Con l’acronimo L.A.S.E.R. (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation cioè amplificazione della luce per emissione stimolata di radiazioni) si indica una tipologia di dispositivi in grado di produrre radiazioni elettromagnetiche con specifiche caratteristiche di direzionalità e monocromaticità, attraverso l’amplificazione di una sorgente. Da qui il termine “laser”, che indica un dispositivo in grado di emettere, oltre alle radiazioni visibili dall’occhio umano, radiazioni ultraviolette e infrarosse. La caratteristica della radiazione emessa dal laser è di essere monocromatica, cioè caratterizzata da una ben precisa frequenza e lunghezza d’onda. Esistono diverse tipologie di laser con differenti lunghezze d’onda, affinità verso differenti tessuti e diverse indicazioni. Possiamo distinguere laser dedicati ai tessuti molli (diodi, neodimio, CO2), con lunghezze d’onda e affinità cromofora che li rendono attivi per tessuti ad alto contenuto di emoglobina e melanina (gengiva e mucosa), e laser con affinità per tessuti duri ad alto contenuto di acqua (smalto e dentina) grazie a una lunghezza d’onda che corrisponde al picco di massimo assorbimento di tale lunghezza d’onda nell’acqua (laser ad erbio).

Fisica del laser ER-YAG

Nei laser a stato solido o YAG laser, di cui il laser ad erbio fa parte, il materiale attivo è costituito da barrette di vetro o monocristalli “drogati” con atomi: gli atomi danno vita all’emissione stimolata, mentre il vetro o il cristallo funzionano come materiale ospitante. Tutti i laser a stato solido utilizzano come mezzo attivo un cristallo di granato di alluminio e ittrio (YAG), ma si differenziano per gli elementi con cui questi cristalli vengono “drogati”: il neodimio (Nd-YAG), l’olmio (HO-YAG) e l’erbio (Er-YAG). Poiché ciascuno di questi elementi ha un diverso sistema di elettroni, il tipo di laser che li sfrutta sarà caratterizzato da una lunghezza d’onda differente. La maggior parte dei laser a stato solido può lavorare in regime continuo, con potenze nell’ordine delle decine di watt, o pulsato, con impulsi dell’ordine di nanosecondi.

Il laser Er-Yag lavora sui tessuti duri e molli in assenza di carbonizzazione, tagliando in modo netto e atraumatico, in totale assenza di vibrazioni.

In merito agli effetti della luce laser sui tessuti dentali, i tessuti duri in particolare, i fattori da considerare includono la specifica lunghezza d’onda, la densità energetica, la durata dell’impulso della radiazione e le proprietà del tessuto con cui la luce interagisce. Tali proprietà includono assorbimento, trasmissione, scattering e riflessione dell’energia del laser. Il meccanismo di pompaggio ottico è costituito da una lampada flash che fa lavorare la macchina esclusivamente in regime pulsato. La lunghezza d’onda della radiazione laser è di 2,94 mm; ha la caratteristica di essere assorbita molto bene dall’acqua e, quindi, di lavorare bene sui tessuti biologici che la contengono. La radiazione ha alta affinità per collagene e idrossiapatite, elemento che spiega la sua capacità di lavoro su smalto, dentina e osso.

La radiazione lavora in modo pulsato e la durata di ogni singolo impulso varia tra i microsecondi e i nanosecondi. In campo odontostomatologico si utilizzano frequenze oscillanti tra i 10 e i 20 Hz con frequenze di ripetizione dell’impulso tra i 2 ed i 60 Hz dato che, nei tessuti, il picco di assorbimento per questa lunghezza d’onda è posseduto dall’acqua (3000 nm). Con il laser ad erbio si possono ottenere ablazioni nei tessuti dentali e nell’osso. Quando il raggio laser è focalizzato sul dente, lo strato superficiale della struttura dentale, con l’acqua contenuta, viene velocemente riscaldato. L’acqua si vaporizza quasi istantaneamente e il vapore generato determina un aumento di volume del tessuto irradiato. Questa espansione vince la resistenza dei cristalli delle strutture dentali, che si fratturano. L’eiezione esplosiva dei detriti generati dall’erosione inizia poco tempo dopo l’inizio dell’irradiazione e dura fino a che la potenza scende. L’assorbimento da parte dell’acqua fa sì che l’energia fornita sia subito sfruttata dal tessuto bersaglio con ridotta penetrazione tissutale. Il fatto che la profondità di asportazione del tessuto sia dell’ordine di centinaia di micron e la diffusione di energia in profondità praticamente nulla consente il perfetto controllo dell’operatività. Il risultato è tanto più soddisfacente quanto più alta è la concentrazione d’acqua nel tessuto trattato; è possibile lavorare anche sullo smalto nonostante l'alta mineralizzazione, ma più lentamente.

I laser ad erbio sono dotati di spray d’acqua che accompagna l’emissione del raggio, con il duplice scopo di raffreddare e di apportare substrato su cui questa specifica lunghezza d’onda possa lavorare. Una caratteristica del laser ad erbio è il suono che emette quando è in uso sui tessuti dentali: uno scoppiettìo che ricorda il rumore dei popcorn noto come effetto fotoacustico, ossia un’onda d’urto molto rapida che si crea quando l’energia del laser si dissipa con la microesplosione delle molecole di acqua legate all’idrossiapatite. La tonalità e la risonanza di questa onda sonora variano a seconda della presenza o dell’assenza di carie nel dente trattato. Il laser ad erbio ha anche effetto battericida: la lunghezza d’onda è assorbita dall’acqua contenuta nelle cellule batteriche, che vanno incontro alla stessa vaporizzazione che interessa i tessuti duri. La distruzione dei batteri è uno dei vantaggi legati all’utilizzo del laser sui tessuti duri e molli.

Esistono laser ad erbio diversi per la lunghezza d’onda di emissione. Più la lunghezza d’onda di emissione sarà vicina alla lunghezza d’onda di assorbimento dell’acqua, migliore sarà l’azione di ablazione sul tessuto e minore il surriscaldamento. Il laser ad erbio è stato definito laser freddo proprio per il ridotto riscaldamento che produce.

La conduzione della radiazione laser può avvenire con diverse modalità:

• fibre ottiche (a base di zafiro o fluoruri); tale sistema di conduzione offre vantaggi legati alla maneggevolezza e alla semplicità d’uso, ma dà svantaggi in quanto più delicato, costoso e di inferiore efficacia clinica per le perdite di energia che la radiazione subisce;
• fibra cava;
• braccio meccanico articolato (la radiazione si conduce lungo una serie di specchi presenti al suo interno). Tale sistema ha meccanica complessa ma elevata efficienza di trasmissione e le potenze necessarie per un corretto effetto ablativo sono inferiori rispetto all’uso di fibre ottiche o cave. Può essere utilizzato con duplice modalità: con manipolo a contatto (il laser viene condotto sino a una punta di zefiro sintetico, spesso fornita come intercambiabile, con cui si può agire con precisione sul tessuto da trattare, e che si adatta su manipoli di semplice utilizzo specie in conservativa e nella piccola chirurgia orale ablativa) e con manipolo non a contatto (la maneggevolezza è inferiore e maggiori sono le difficoltà d’uso, per cui è necessaria una maggior esperienza clinica.

La sostituzione del braccio articolato dei primi laser con il cordone morbido è stato fondamentale per l’uso odontoiatrico e ha favorito la diffusione del laser come nostro strumento di lavoro. Bisogna però sapere che la riflessione del raggio nel cordone cala nel tempo fino a richiederne la sostituzione con una spesa non indifferente. I manipoli possono essere dritti o angolati. Il manipolo dritto facilita il trattamento dei tessuti molli, quello angolato è impiegato nel trattamento dei tessuti duri. Tali macchinari non possono essere paragonati per velocità ed efficacia ablativa agli strumenti rotanti, ma offrono minor dolorabilità, minor rumore durante l’esecuzione dei trattamenti e possibilità di utilizzo senza anestetico. In conservativa, il laser ad erbio si avvicina sempre più a costituire un’apparecchiatura sostitutiva di turbina e micromotore, mentre in chirurgia dei tessuti molli permette di effettuare tagli molto precisi, ma con scarsa emostasi.

Applicazioni cliniche

Conservativa

L’ErCr: YSGG (2780 nm) e l’Er: YAG (2940 nm) hanno lunghezze d’onda ben assorbite da acqua e idrossiapatite contenute nei tessuti dentali; offrono impiego sicuro nelle preparazioni di cavità e diversi vantaggi in odontoiatria restaurativa:

• precisione;
• ablazione selettiva delle lesioni cariose;
• minore conduttività termica verso la polpa;
• ridotti danni collaterali che potrebbero derivare da strumentazione rotante;
• assenza di vibrazioni;
• minore necessità di ricorrere ad anestetici.

L’utilizzo del laser non è scevro da effetti collaterali; deve fornire energia di valore sufficiente a produrre un cambiamento del tessuto senza danni indesiderati come quelli derivanti dalla conduzione di calore in eccesso ai tessuti circostanti. Perciò è indispensabile stabilire un tasso di interazione commisurato a un lasso di tempo clinicamente accettabile in termini di tempo totale necessario per ogni procedura.

Il tasso e la velocità di ablazione dei tessuti duri dentali dipendono da:

• energia prodotta dal laser;
• lunghezza d’onda utilizzata;
• durata e forma dell’impulso;
• frequenza di pulsazioni in un secondo;
• densità di potenza;
• tempo di rilassamento termico che si conferisce al tessuto;
• modalità di trasmissione del raggio.

La velocità di ablazione è influenzata anche da fluorizzazione del tessuto, presenza di prodotti di ablazione e angolo di incidenza del raggio rispetto al dente: per massimizzare la velocità di ablazione bisogna indirizzare il raggio in modo che risulti parallelo all’asse dei prismi dello smalto, al fine di accedere ai fluidi organici interprismatici con più alto contenuto di acqua. L’ablazione tessutale è più efficiente e il trasferimento di calore è minimo quando la durata dell’impulso è corta e la potenza di picco è elevata. L’uso di curette taglienti o escavatori manuali per rimuovere la carie più grossolana può ridurre l’uso del laser a un arco di tempo accettabile. La profondità di ablazione dipende dall’energia utilizzata per impulso e dal numero di impulsi impostati. Per evitare cracks o modifiche strutturali, la punta non deve toccare la superficie, né eccessi di energia devono essere applicati (Iaria et al., 2011). Quando sono utilizzate fluences (densità di energia per area irradiata) relativamente alte è possibile che la luce laser venga assorbita dai minerali, il che si traduce in ablazione e/o modifiche strutturali della componente minerale.

Molti fattori possono interferire con il valore di potenza consigliata per l’ablazione laser di tessuti duri dentali.

Con le lunghezze d’onda dei laser ad erbio la soglia di ablazione dello smalto risulta essere nel range di 12-20 Joule/cm² e per la dentina, 8-14 Joule/cm². Usando una modalità di emissione pulsata, ciò potrebbe equivalere a circa 150-250 mJ/impulso.

È necessario seguire le linee guida d’utilizzo per stabilire i protocolli di trattamento più adeguati. È fondamentale l’uso dello spray integrato, perché l’uso di getti d’acqua spray contestuali all’emissione di raggi laser permette di lavorare sui tessuti duri con aumenti termici inferiori ai 5 °C. Inoltre, previene l’accumulo di detriti sul fondo della cavità che potrebbe portare a danni pulpari da conduzione termica. In letteratura si è discusso sugli effetti derivanti dall’uso di potenze eccessive, sull’accumulo di prodotti di ablazione sul fondo cavitario che causano danni termici ai tessuti irradiati e a quelli circostanti e la rimozione di tali prodotti per mezzo di un getto d’acqua coassiale. L’irradiazione di smalto e dentina da parte dei laser ErCr: YSGG ed Er: YAG si traduce in una superficie con micro-cavità che, oltre ad aumentare la superficie di adesione, può predisporre alla ritenzione ideale per le resine composite.

La scelta di nano-compositi o compositi micro-riempiti è fondamentale per ripristinare la cavità preparata dal laser. Se la profondità del restauro lo permette, si consiglia di utilizzare prima uno strato di composito fluido e poi resine composite. Per lo stesso motivo non è consigliabile l’uso di laser per l’approntamento di cavità per intarsi che prevedono ampie cavità con superfici lisce e preangolate: in questi casi l’uso del laser va limitato alla rimozione di tessuto carioso e alla decontaminazione delle superfici, mentre il disegno di cavità deve essere affidato a frese specifiche.
Molti studi si sono occupati della possibilità di mordenzare lo smalto con laser ad erbio anziché con acido ortofosforico. L’irradiazione con laser ad erbio produce una superficie simile a quella preparata con l’uso di acido ortofosforico, ma priva di smear layer.
Mentre nella dentina le superfici prodotte dal laser Er: YAG sono abbastanza simili a quelle convenzionalmente preparate, nello smalto le superfici risultanti richiedono una finitura ed è obbligatorio l’uso dell’acido per ottenere un legame con valori equivalenti di resistenza.
Il condizionamento per smalto e dentina è fortemente consigliabile prima dell’applicazione dei vari sistemi di bonding. Diverso è il discorso per la fissazione degli attacchi ortodontici: la mordenzatura laser può significativamente ridurre la probabilità di formazione di white spot conseguenti a bandaggio ortodontico (Faizee et al., 2022).

Endodonzia

Nelle patologie pulpari e periapicali, il principale fattore patogenetico è l’invasione del sistema canalare radicolare da parte di microrganismi patogeni. Il trattamento canalare è il metodo più efficace per controllare l’infezione, promuovere la guarigione periapicale ed eliminare il rischio di reinfezione mediante le sue tre fasi: sagomatura, disinfezione e otturazione del canale radicolare.

La sagomatura del canale radicolare è di solito eseguita con strumenti manuali e rotanti. Lo smear layer prodotto deve essere rimosso dalle pareti del canale anche perché i batteri in esso contenuti possono mettere a repentaglio il buon esito della terapia (Violich et al., 2010). Nello sviluppo del laser si è visto che esso era in grado di sagomare le pareti del canale radicolare aprendo i tubuli dentinali e di rimuovere lo smear layer in virtù della sua capacità di vaporizzare i tessuti duri dentali e ablare i tessuti circostanti. Studi in vitro hanno dimostrato che con il laser Er:YAG questo processo avviene molto bene se la punta del laser è molto vicina alla dentina, e che è possibile ridurre la formazione di alterazioni dentinali che predispongono a fratture radicolari (Kokuzawa et al., 2012).

Nel corso della terapia canalare l’irrigazione ha un ruolo fondamentale nel controllare l’infezione. È consuetudine utilizzare una siringa con ago per rimuovere detriti e biofilm, seppure non si possano ignorare limitazioni legate alla difficoltà di standardizzare e controllare la procedura oltre alla difficoltà di penetrazione dell’irrigante in canali anatomicamente irregolari (Robberecht et al., 2023). Per superare tali limitazioni sono state sviluppate tecniche quali attivazione con ultrasuoni, attivazione sonica e attivazione laser (Galler et al., 2019).

L’irrigazione laser attivata si basa sull’effetto che la punta della fibra ha sull’irrigante: nella soluzione irrigante si formano piccole bolle di cavitazione che generano un flusso verticale veloce in grado di far muovere in senso verticale i contenuti del canale.
Con tale movimento rapido e continuo, i residui attaccati alle pareti del canale si staccano e possono essere portati fuori con il lavaggio (Swimberghe et al., 2022). Evoluzione dell’irrigazione laser attivata sono la Photon-Induced Photoacustic Streaming (PIPS) e la Shock Wave-Enhanced Emission Photoacustic Streaming (SWEEPS).
Nella SWEEPS, quando la bolla di cavitazione inizia a collassare, un nuovo impulso viene trasmesso, generando una seconda bolla di cavitazione. Questa accelera il collasso della prima, generando un collasso violento ed emissione di un’onda d’urto.

Il collasso delle bolle di cavitazione secondarie in prossimità delle pareti del canale genera altre onde d’urto, con distacco dei detriti dalle pareti
(Lukac et al., 2018).

Uno studio ha dimostrato che la quantità di detriti rimasti nel canale dopo SWEEPS effettuati con speciali punte (600) per laser ER:YAG 2940 nm era inferiore a quella presente dopo irrigazione attivata con ultrasuoni o dopo PIPS con punte 600/9 soprattutto in presenza di anatomie canalari complesse quali gli istmi (Yang et al., 2020). Neppure il biofilm riesce a essere completamente eliminato dal sistema canalare, da nessuna di queste procedure adiuvanti (Liu et al., 2022). Non va dimenticato che l’irrigazione laser attivata ha limitazioni dovute all’aumento del rischio di estrusione apicale. L’estrusione apicale di detriti, tessuto pulpare, irriganti, batteri e loro bioprodotti è una delle cause di infiammazione e dolore post trattamento canalare, che può ritardare la guarigione dei tessuti periapicali. Studi hanno dimostrato che l’irrigazione attivata con laser Er:YAG o con laser Nd:YAP causa maggior estrusione di detriti se comparata con la semplice irrigazione con ago (Arslan et al., 2018). In contrasto con la terapia canalare, le terapie della polpa vitale, quali incappucciamento pulpare e pulpotomia, sono opzioni terapeutiche che, in caso di esposizioni pulpari dovute a lesioni cariose, offrono minor invasività e tasso di guarigione superiore.

In caso di esposizione pulpare, l’utilizzo di irradiazione laser può accelerare la formazione della matrice fibrosa e del ponte di dentina e può promuovere, nei tessuti pulpari esposti, l’espressione di lectine e collageni, con conseguente guarigione della ferita pulpare.

Per l’incappucciamento pulpare la tecnica deve essere effettuata con basse potenze, senza spray d’acqua, ma con il solo raffreddamento ad aria. La punta deve toccare la superficie per pochi istanti.

Nella pulpotomia convenzionale l’operatore, amputata la porzione coronale infetta della polpa con una fresa a rosetta a bassa velocità, la rimuove mediante un escavatore. Dopo aver lavato e asciugato la camera pulpare, posiziona al suo interno un batuffolo di cotone imbevuto di solfato ferrico, di formocreosolo o di un altro agente coagulativo. L’utilizzo del laser può contribuire alla procedura, completata l’emostasi, abladendo la polpa camerale fino all’imbocco dei canali e favorendo la coagulazione e la guarigione della polpa.

Il successo della pulpotomia dei denti decidui può essere influenzato dall’uso del laser.
Per affrontare le sfide della gestione del comportamento dei piccoli pazienti durante le cure odontoiatriche, il laser è stato introdotto sia per il poco rumore che emette sia per il contatto ridotto tra dente e apparecchiatura, elementi molto interessanti per un pedodontista.
In uno studio che valuta gli effetti di un laser Er-YAG utilizzato per pulpotomie di denti decidui interessati da carie profonde, la punta del laser è stata posizionata a 1 mm di distanza dal tessuto pulpare dell’imbocco del canale per effettuare l’irradiazione.
A differenza di quanto accade se si utilizza la fresa a rosetta a bassa velocità, il laser Er-YAG ha dimostrato garantire emostasi più rapida, ridotto tempo di trattamento e migliore efficacia clinica durante il follow-up a lungo termine (Wang et al., 2022).

Ipersensibilità dentinale

L’irradiazione laser è una terapia non invasiva, utilizzabile in combinazione con i classici interventi desensibilizzanti. La tecnica si esegue senza l’uso contemporaneo dello spray d’acqua e senza che la punta del laser sia direttamente a contatto con il dente.
Il laser va utilizzato per un breve periodo, con bassa potenza: l’impostazione prevede poche pulsazioni al secondo, il che equivale a periodi di rilassamento termico più lunghi; anche l’energia espressa in mJ deve essere contenuta. Uno studio ha dimostrato che, in presenza di ipersensibilità dentinale, il laser può promuovere l’occlusione dei tubuli dentinali con un’alterazione di superficie o ridurre la sensibilità attraverso coagulazione proteica (Asnaashari et al., 2012).

Tessuti molli

Il processo di rimozione dei tessuti molli con laser ad erbio consiste in una rasatura o planing del tessuto, che differisce dal processo di ablazione degli strati profondi del tessuto tipico dei laser dedicati ai tessuti molli (Bornstein et al., 2003). La profondità di penetrazione del laser ad erbio, con pulsazione di 200/400 microsecondi, è tra 5 e 40 mm; la penetrazione di un laser a diodo arriva a 500 mm o più.
È possibile utilizzare il laser ad erbio per eseguire:

• gengivectomie;
• gengivoplastiche;
• frenulectomie;
• vestiboloplastiche;
• procedure escissionali;
• allungamenti coronali;
• incisioni e drenaggi;
• esposizione di impianti;
• trattamento di afte;
• rimozione di pigmentazioni melaniche.

L’operatore deve porre attenzione a non danneggiare strutture anatomiche adiacenti quali osso, cemento o dentina per cui il laser ha affinità (Stabholtz et al., 2003).

Pedodonzia

La pedodonzia è un ambito dove il laser Er:YAG trova la massima indicazione.
La mancanza del rumore tipico della turbina o della vibrazione di un micromotore ottimizza la compliance del piccolo paziente. Il laser ad erbio ha una sonorità molto particolare, che nulla ha a che fare con il rumore degli strumenti rotanti meccanici tradizionali.
La preparazione di cavità viene effettuata senza contatto, ponendo la punta a circa un millimetro dalla superficie dentale. Ciò attenua la stimolazione meccanica che potrebbe risultare fastidiosa per il bambino, dando luogo a minor invasività e minore azione tattile.
Inoltre il laser induce spiccata analgesia: attenuando la percezione dolorosa, riduce la necessità di effettuare un'anestesia locale e rende il trattamento meno invasivo.

Parodontologia

Il laser ad erbio può essere una valida alternativa terapeutica per la levigatura radicolare perché in grado di abladere il tartaro senza provocare importanti effetti collaterali di tipo termico sui tessuti adiacenti.
Data la sua specificità per i tessuti duri, avremo un coinvolgimento non solo del tartaro ma anche di dentina, cemento, osso e tessuti circostanti.
La quantità di cemento asportato è sovrapponibile a quella asportata da strumenti manuali o da ablatori a ultrasuoni.
L’effetto battericida di questo laser in parodontologia si rivela utilissimo anche nel trattamento di parodontiti e perimplantiti.