Fuentes lumínicas para la fotoactivación en Odontología

Fuentes lumínicas para la fotoactivación en Odontología

 

Cabanes Gumbau

Odontólogo. Miembro de la sociedad española de implantes. Práctica privada.

RESUMEN:

    Ante el aumento en la demanda de Odontología estética y conservadora, la industria ha incrementado sus esfuerzos en el desarrollo y aplicación de nuevas fuentes de luz cada vez más rápidas y eficaces para la fotoactivación de materiales clínicos y compuestos blanqueadores.

        Los Odontólogos, que hasta hace muy pocos años sólo utilizábamos y conocíamos un único tipo de lámparas de polimerización, nos vemos ahora obligados a "navegar" entre múltiples opciones tecnológicas a la hora de elegir una fuente lumínica adecuada.

    Es por tanto imprescindible conocer los tipos y características básicas de las diferentes tecnologías de fotoactivación para poder decidir cual se adapta mejor a nuestras necesidades.

    Todas las lámparas de fotoactivación existentes actualmente en el mercado, pueden ser clasificadas, en función del tipo de fuente lumínica que posean, en cuatro grupos:

1.- LÁMPARAS HALÓGENAS: CONVENCIONALES O DE ALTA DENSIDAD DE POTENCIA.
2.- LÁMPARAS DE PLASMA (DE ARCO, XENÓN O PAC). 
3.- LÁMPARAS LÁSER. 
4.- LÁMPARAS DE DIODOS.

PALABRAS CLAVE:

Lámparas de fotoactivación, halógenas, plasma, láser, diodos.

    Es evidente la estrecha relación existente entre la Odontología estética y los materiales fotoactivables. Esta necesaria "dependencia", que inicialmente quedaba limitada a la aplicación de las lámparas de fotopolimerización sobre resinas compuestas, se ha visto incrementada en los últimos tiempos por la utilización, cada vez más frecuente, de la activación lumínica sobre productos para el blanqueamiento dental. Así pues, ante esta nueva demanda, la industria ha incrementado sus esfuerzos para el desarrollo y aplicación en Odontología de nuevas fuentes de luz cada vez más rápidas y eficaces.

    Los Odontólogos, que hasta hace muy pocos años sólo utilizábamos y conocíamos un único tipo de lámparas de polimerización, nos vemos ahora obligados a "navegar" entre múltiples opciones tecnológicas a la hora de elegir una fuente lumínica adecuada para la fotoactivación de nuestros materiales clínicos. Es por tanto imprescindible conocer los tipos y características básicas de las diferentes tecnologías de fotoactivación para poder decidir cual se adapta mejor a nuestras necesidades.

    La luz ultravioleta fue el primer tipo de fuente lumínica utilizada para la fotoactivación de composites en la década de los setenta, aunque se reemplazó rápidamente por otros sistemas debido a su escasa capacidad de penetración, lentitud de fotoactivación y riesgo de dermatosis o lesión ocular ante exposiciones prolongadas (1,2). No obstante, es interesante recordar que, a pesar de que su uso se abandonó hace ya más de 25 años, todavía en la actualidad seguimos leyendo o escuchando en ocasiones el concepto incorrecto de "polimerizamos mediante luz ultravioleta...".

    Así pues, desde mediados de los ochenta y hasta mitad de los noventa, la principal fuente de iluminación utilizada ha sido la lámpara halógena, la cual ha sufrido una escasa evolución cualitativa durante este periodo ya que los principales esfuerzos científicos se encaminaban hacia la mejora de la polimerización mediante el desarrollo y evolución sobre la propia composición química de los materiales fotocurables.

    En la actualidad, la industria ha vuelto a prestar atención a la fuente lumínica de fotoactivación como nueva posibilidad para la mejora en las propiedades clínicas de estos materiales, introduciendo en el mercado, en ocasiones de forma masiva, nuevas lámparas de fotopolimerización que pretenden mejorar las prestaciones de las antiguas lámparas halógenas o que incorporan otros tipos de fuentes lumínicas teóricamente más eficientes.

    La principal misión de la lámpara de fotoactivación en el proceso de endurecimiento del composite o en su aplicación sobre un agente blanqueador, consiste en la activación, mediante su energía lumínica, de los compuestos químicos fotoiniciadores existentes en la propia formulación del material, los cuales desencadenarán la reacción química de transformación del producto inicial en el producto final deseado. Estos compuestos, cuyo principal representante son las canforoquinonas, son especialmente sensibles a la energía lumínica en el rango de los 470-475 nm de longitud de onda (luz azul), provocando tras su fotoactivación, la aparición de radicales libres capaces de desencadenar la reacción química deseada sobre el compuesto (3) (figura 1).

Fig 1: Espectro electromagnético

    Teniendo esto en cuenta, podemos comprender cómo el desarrollo tecnológico de las lámparas de fotopolimerización se centra en la búsqueda de una fuente luminosa que en virtud de su máxima potencia y espectro lumínico adecuado, consiga estimular, en el menor tiempo posible, el mayor número de moléculas fotoactivadoras presentes en el compuesto fotoactivable.

    Así pues, según lo anteriormente expuesto, todas las lámparas de fotopolimerización existentes actualmente en el mercado, pueden ser clasificadas, en función del tipo de fuente lumínica que posean, en cuatro grupos:

1.- LÁMPARAS HALÓGENAS:

    Son lámparas de tipo "incandescente", es decir, su luz es emitida por un filamento de Volframio puesto en incandescencia por el paso de corriente. En el interior de su ampolla de vidrio existe una atmósfera gaseosa de halógeno (grupo VII de la tabla periódica) cuya función es evitar que el filamento incandescente se queme.

    Generan una luz blanca intensa que deberá ser filtrada mediante la interposición de un filtro óptico que permita obtener una luz azul que incluirá únicamente el rango de longitud de onda eficiente para la fotoactivación de las canforoquinonas y elimine en lo posible la emisión de fotones de longitud de onda "no útil" para la activación del citado fotoiniciador, que además podrían provocar sobrecalentamiento del diente durante la polimerización (figura 2).

Fig 2: Bombilla halógena y filtro óptico para luz azul.

    El espectro de emisión de estas lámparas es de 360-500 nm, con pico energético en los 460 nm.

    En función de su potencia lumínica pueden subdividirse a su vez en 2 tipos:

    1.1.- HALÓGENAS CONVENCIONALES: Densidad de potencia (potencia lumínica por unidad de superficie) de 350-700 mW/cm2 (figura 3).

Fig 3: Ejemplo de halógena convencional - Spectrum 201 RE (Dentsply)

    1.2.- HALÓGENAS DE ALTA DENSIDAD DE POTENCIA: Densidad de potencia mayor de 700 a 1700 mW/cm2, que se consigue mediante el uso de bombillas más potentes o puntas "turbo" que enfocan y concentran la luz en un área más pequeña que por tanto recibirá una mayor densidad lumínica (4) (figura 4).

Fig 4: Ejemplo de halógena de alta intensidad - Bluelight Pro (Mectron).

2.- LÁMPARAS DE PLASMA (DE ARCO, XENON O PAC):

    Su aplicación en Odontología ha sido relativamente reciente (año 1997-98). Son lámparas de "arco", es decir, emiten la luz mediante una descarga eléctrica en forma de arco voltaico entre dos electrodos de tungsteno separados a una determinada distancia. En el interior de la lámpara existe gas Xenón a elevada presión que evita la evaporación de los electrodos (figuras 5 y 6).

Fig 5: Ejemplo de lámpara de plasma - Apollo 95 E (DMDS).

 

Fig 6: Bombilla de plasma

    La luz generada con este tipo de dispositivo es de elevada potencia (1400-2700 mW/cm2) y ,al igual que en las lámparas halógenas, de color blanco, por lo que también requiere de la interposición de un filtro óptico para la obtención de la banda de longitud de onda deseada (5-7).

    No obstante, el espectro luminoso original (sin filtrar) de este tipo de lámparas, al contrario de lo que sucede con las lámparas halógenas, carece prácticamente de rayos infrarrojos, por lo que teóricamente, según el fabricante, se trata de un tipo de luz con menor poder calorífico y por tanto con menos riesgo de provocar sobrecalentamiento pulpar durante la fotopolimerización. De todas formas, este es un tema un tanto controvertido y no existe unanimidad entre los distintos investigadores a este respecto, ya que también se han publicado estudios experimentales contradictorios en este campo (8,9).

    El sobrecalentamiento pulpar durante la polimerización de capas profundas de composite puede ser una cuestión de elevado interés si consideramos la existencia de estudios in vivo sobre monos, que establecen el límite admisible de elevación de la temperatura pulpar en 5,5º C, apareciendo a partir de dicho incremento térmico lesiones odontoblásticas irreversibles.

    El filtrado óptico que se utiliza en este tipo de lámpara, comparado con el de las halógenas, logra un estrecho espectro de emisión mucho más aproximado al que requiere el fotoiniciador canforoquinona, presentando un pico de longitud de onda de elevada intensidad entre 460-480nm. Esto explicaría el hecho de la posible mayor eficiencia lumínica de este tipo de lámpara que permite fotopolimerizaciones rápidas del composite.

    Por contrapartida, el presentar este estrecho espectro de emisión conlleva el inconveniente de que estas lámparas no podrán fotopolimerizar adecuadamente algunos materiales (la minoría) que poseen otro tipo de fotoactivador (1-fenil-1,2-propandiona) cuya longitud de onda óptima son los 410 nm.

3.- LÁMPARAS LÁSER:

    De entre todos los sistemas láser con aplicación terapéutico-quirúrgica en Odontología (He-Ne, CO2, Argón, Diodos, Ne:YAG, Er:YAG...) sólo existen dos tipos que a su vez puedan ser utilizados para la fotoactivación de composites y/o agentes blanqueadores (10-13):

3.1.- LÁSER DE ARGÓN:

    Es un láser con medio activo de tipo gaseoso (gas Argón). Según modelos, emite una luz azul de 488 nm o azul-verde de 488-514 nm y densidad de potencia entre 750 y 1300 mW/cm2 (14). No requiere filtro óptico, ya que su longitud de onda se aproxima bastante a la longitud de onda de la canforoquinona, por lo que puede utilizarse tanto para la fotopolimerización de composites como para la activación de la mayoría de agentes blanqueadores fotoactivables existentes en el mercado.

    El haz luminoso del láser altamente monocromático y coherente (fotones con una única longitud de onda y emitidos en una misma dirección con mínima divergencia del haz) puede conseguir una disminución de la potencia necesaria para lograr el mismo efecto que los otros tipos de lámparas (mayor eficiencia lumínica). Posee, por tanto, una importante capacidad de penetración y genera poco sobrecalentamiento pulpar. Según algunos estudios, permite una fotopolimerización rápida de resinas (3 veces más rápida que con una lámpara halógena convencional) y con mayor fuerza de adhesión (15,16). No obstante al tratarse de un haz luminoso monocromático con espectro de longitud de onda extremadamente estrecho podrá existir un mayor número de materiales fotoactivables no compatibles con este sistema de fotopolimerización, lo que unido a su elevado precio explica el hecho de su escasa difusión para este tipo de aplicaciones clínicas.

3.2.- LÁSER DE DIODOS:

    Es un láser con medio activo de tipo sólido (diodo semiconductor de Arseniuro de Galio y Aluminio). Constituye una de las formas más recientes de producción de láser aplicadas en medicina.

    Emite una luz roja con longitud de onda entre 830 y 904 nm (espectro infrarrojo). Su longitud de onda fuera del espectro visible justifica el hecho de que este tipo de láser no pueda ser utilizado para fotopolimerizar composites.

    Sus principales aplicaciones en Odontología son las terapéutico-quirúrgicas propias del resto de láseres médicos y el blanqueamiento dental pero únicamente con geles blanqueadores específicamente formulados para ser activados con la longitud de onda particular de este láser (17) (figuras 7 y 8). 

Fig 7: Ejemplo de laser de diodo - Opus 5 (Opus Dent).

 

Fig 8: Blanqueador Opus White (específico para lámparas Opus 5 y 10).

 

    Según su fabricante, en el campo del blanqueamiento dental aporta las ventajas de ser una fuente de fotoactivación exenta de radiación U.V., que no provocará sobrecalentamiento pulpar y con resultados muy eficaces (una única sesión de 20-60 min).

4.- LÁMPARAS DE DIODOS:

    Constituyen el tipo de lámparas de fotopolimerización de tecnología más reciente (figura 9). Utilizan como fuente de iluminación los V-LED (visible-light emitting diodes). Este tipo de fuente luminosa es una de las más comúnmente utilizadas en la industria de la optoelectrónica para paneles indicadores de todo tipo.

Fig 9: Ejemplo de lámpara de diodos - Lux o Max (Aqueda).

    Los V-LED, son lámparas de tipo "luminiscente" basadas en la utilización de determinados materiales semiconductores que poseen la propiedad de polarizarse al ser atravesados por la corriente eléctrica emitiendo energía óptica en forma de luz visible (fenómeno de electroluminiscencia).

    El color de la luz emitida (longitud de onda) depende del tipo de semiconductor utilizado en la confección del V-LED (18).

    En las lámparas de fotopolimerización se utilizan simultáneamente varios V-LED (7 a 21) de semiconductor SiC o InGaN, ordenados en círculos concéntricos que emiten una luz azul de 450-480 nm, con pico en los 470 nm y potencia lumínica entorno a 400 mW/cm2 (19-23) (figura 10).

Fig 10: Lámparas de 7, 19 y 21 LED.

    El hecho de utilizar V-LED confiere a este tipo de lámparas una serie de ventajas respecto a sus predecesoras: 

- Pequeño tamaño y ergonómicas debido al pequeño diámetro de la fuente luminosa (el diámetro de un V-LED es de 2 - 4,5 mm). 
- Silenciosas puesto que este tipo de bombillas no requieren refrigeración mediante ventilador. 
- Bajo consumo eléctrico, lo que permite el uso de batería que evita a su vez la incomodidad de la existencia del cable conectado a la base. 
- Son bombillas de larga duración y no presentan (según el fabricante) pérdida de intensidad de iluminación por envejecimiento de la bombilla (a diferencia de lo que ocurre con las bombillas halógenas y de plasma). 
- Los V-LED empleados emiten luz azul con la longitud de onda adecuada para la fotoactivación sin necesidad de interposición de filtro óptico. Ello justifica que con menor potencia lumínica dispongamos de una fuente luminosa de eficiencia comparable a la de las lámparas halógenas de mayor potencia pero con ausencia de las radiaciones caloríficas indeseables próximas a la banda del rojo (figuras 11 y 12). 
- El hecho de no requerir filtro óptico elimina el riesgo de pérdida progresiva de eficiencia lumínica derivada del deterioro por envejecimiento del citado filtro (existente en las lámparas halógenas y de plasma).

Fig 11: Luz azul emitida por diodos.

 

Fig 12: Color original de la luz sin filtrar emitida  por bombilla halógena, de plasma y LEDs.

    Por último, según lo expuesto en la clasificación anterior, podemos comprender cómo, teóricamente el grado de eficiencia lumínica que cada lámpara poseerá para fotoactivar, será directamente proporcional a la intensidad de luz generada y a la coincidencia de su espectro lumínico con el del fotoactivador químico del material a activar. Esto nos permite clasificar también las lámparas en función de la rapidez con que son capaces de fotoactivar adecuadamente el material:

1.- LÁMPARAS DE VELOCIDAD DE POLIMERIZACIÓN RÁPIDA: En este grupo se incluyen la lámpara de plasma (3-6 seg/capa 2 mm de composite), lampara láser (7-14 seg/capa 2 mm de composite), y la lámpara halógena de alta intensidad (5-10 seg/capa 2 mm de composite).

2.- LÁMPARAS DE VELOCIDAD DE POLIMERIZACIÓN CONVENCIONAL: Grupo constituido por las lámparas halógenas convencionales y lámparas de diodos (20-40 seg/capa 2 mm de composite).

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