Biophysik von Lasern für das Resurfacing im Gesicht

Das Konzept der selektiven Photothermolyse ermöglicht dem Chirurgen, die Laserwellenlänge zu wählen, die vom Zielgewebebestandteil – dem Gewebechromophor – maximal absorbiert wird. Der Hauptchromophor für Kohlendioxid- und Erbium:YAG-Laser ist Wasser. Es lässt sich eine Kurve erstellen, die die Absorption von Laserenergie durch Wasser oder andere Chromophore bei verschiedenen Wellenlängen widerspiegelt. Dabei sind auch andere Chromophore zu berücksichtigen, die eine Welle dieser Länge absorbieren können. Beispielsweise wird Laserenergie bei einer Wellenlänge von 532 nm von Oxyhämoglobin und Melanin absorbiert. Bei der Laserauswahl ist die Möglichkeit einer kompetitiven Absorption zu berücksichtigen. Der zusätzliche Effekt eines kompetitiven Chromophors kann erwünscht oder unerwünscht sein.

Bei modernen Lasern zur Haarentfernung ist Melanin der Zielchromophor. Diese Wellen können auch vom kompetitiven Chromophor Hämoglobin absorbiert werden. Die Absorption durch Hämoglobin kann zudem zu einer Schädigung der Blutgefäße führen, die die Haarfollikel versorgen, was unerwünscht ist.

Die Epidermis besteht zu 90 % aus Wasser. Daher dient Wasser als Hauptchromophor für moderne Laser zur Hauterneuerung. Bei der Laserbehandlung absorbiert intrazelluläres Wasser die Laserenergie, siedet sofort und verdunstet. Die vom Laser auf das Gewebe übertragene Energiemenge und die Dauer dieser Übertragung bestimmen das Volumen des verdampften Gewebes. Bei der Hauterneuerung ist es notwendig, den Hauptchromophor (Wasser) zu verdampfen und gleichzeitig eine minimale Energiemenge auf das umgebende Kollagen und andere Strukturen zu übertragen. Kollagen Typ I ist extrem temperaturempfindlich und denaturiert bei Temperaturen zwischen +60 und +70 °C. Übermäßige thermische Schäden am Kollagen können zu unerwünschter Narbenbildung führen.

Die Energiedichte eines Lasers ist die Energiemenge (in Joule), die auf eine Gewebeoberfläche (in cm²) einwirkt. Daher wird die Energiedichte in J/cm² angegeben. Bei Kohlendioxidlasern beträgt die kritische Energie zum Überwinden der Gewebeablationsbarriere 0,04 J/cm². Zur Hauterneuerung werden üblicherweise Laser mit einer Energie von 250 mJ pro Puls und einer Spotgröße von 3 mm verwendet. Das Gewebe kühlt zwischen den Pulsen ab. Die thermische Relaxationszeit ist die Zeit, die das Gewebe zwischen den Pulsen zum vollständigen Abkühlen benötigt. Bei der Lasererneuerung wird mit sehr hohen Energien das Zielgewebe nahezu augenblicklich verdampft. Dadurch kann der Puls sehr kurz sein (1000 μs). Folglich wird eine unerwünschte Wärmeleitung an benachbarte Gewebe minimiert. Die spezifische Leistung, die üblicherweise in Watt (W) gemessen wird, berücksichtigt die integrierte Energiedichte, die Pulsdauer und die Fläche des behandelten Bereichs. Ein weit verbreiteter Irrtum besteht darin, dass eine geringere Energie- und Leistungsdichte das Risiko einer Narbenbildung verringert. Tatsächlich bringt eine geringere Energie das Wasser jedoch langsamer zum Kochen, was zu größeren thermischen Schäden führt.

Die histologische Untersuchung von Biopsien, die unmittelbar nach der Laserbehandlung entnommen wurden, zeigt eine Zone der Gewebeverdampfung und -ablation, darunter eine basophile Zone thermischer Nekrose. Die Energie des ersten Durchgangs wird vom Wasser in der Epidermis absorbiert. In der Dermis angekommen, wo weniger Wasser vorhanden ist, um die Laserenergie zu absorbieren, verursacht die Wärmeübertragung mit jedem weiteren Durchgang größere thermische Schäden. Im Idealfall führt eine größere Ablationstiefe mit weniger Durchgängen und geringerer konduktiver thermischer Schädigung zu einem geringeren Narbenbildungsrisiko. Die ultrastrukturelle Untersuchung der papillären Dermis zeigt kleinere Kollagenfasern, die zu größeren Kollagenbündeln organisiert sind. Nach der Laserbehandlung reichern sich mit der Kollagenproduktion in der papillären Dermis Moleküle an, die mit der Wundheilung in Zusammenhang stehen, wie beispielsweise das Glykoprotein Tenascin.

Moderne Erbiumlaser können zwei Strahlen gleichzeitig abgeben. Ein Strahl im Koagulationsmodus kann jedoch die Schädigung des umliegenden Gewebes verstärken. Ein solcher Laser verursacht aufgrund der längeren Pulsdauer und der damit verbundenen langsameren Gewebeerwärmung größere thermische Schäden. Umgekehrt kann zu viel Energie zu einer tieferen Verdampfung als nötig führen. Moderne Laser schädigen Kollagen durch die beim Schleifen entstehende Hitze. Je stärker der thermische Schaden, desto stärker ist die Synthese von neuem Kollagen. Schleiflaser, die gut von Wasser und Kollagen absorbiert werden, könnten in Zukunft klinisch eingesetzt werden.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]