Láser excimer

Qué es el láser excimer

El nombre "excimer" es una contracción del inglés excited dimer, "dímero excitado". Estrictamente, la mayoría de los láseres que reciben este nombre deberían llamarse exciplex (excited complex), porque su medio activo está formado por dos átomos diferentes —un gas noble y un halógeno— y no por dos átomos iguales. Pero el término excimer se ha impuesto en el uso clínico y en la literatura científica, y es el que recoge la práctica totalidad de las fuentes médicas.

El concepto fue demostrado por primera vez en 1970-1971 por Nikolái Básov y colaboradores en el Instituto Lébedev de Moscú, utilizando xenón líquido excitado por un haz de electrones. La variante de fluoruro de argón (ArF, 193 nm) —la que se usa en oftalmología— fue construida en 1975 por Hoffman, Hays y Tisone en los Laboratorios Sandia de Estados Unidos. Dentro de la cavidad del láser, una descarga eléctrica de alto voltaje ioniza una mezcla de argón, flúor molecular y un gas tampón (neón o helio). Los átomos de argón ionizados se combinan brevemente con los de flúor para formar moléculas de ArF* que solo existen en estado excitado. Al disociarse —en cuestión de nanosegundos—, liberan su energía como un pulso de luz ultravioleta profunda a 193 nm.

El mecanismo de la fotoablación fría

Lo que distingue al excimer de los demás láseres médicos es su mecanismo de acción: la fotoablación. A diferencia del láser de CO₂, que vaporiza el tejido por calentamiento del agua intracelular, y del láser de argón, que coagula por absorción en melanina y hemoglobina, el excimer a 193 nm aporta una energía por fotón (6,4 eV) suficiente para romper directamente los enlaces covalentes entre los átomos de carbono y nitrógeno del estroma corneal. Las moléculas se disgregan y se disipan en forma de un penacho gaseoso, sin que se produzca calentamiento significativo del tejido adyacente.

En la práctica, cada pulso del láser elimina una capa de tejido corneal de aproximadamente 0,25 micras de espesor. Esa precisión submicrónica es la que permite al cirujano tallar un perfil óptico calculado por ordenador sobre la superficie corneal, modificando su curvatura para que las imágenes se enfoquen correctamente sobre la retina. El resultado es un cambio permanente en el poder dióptrico de la córnea.

Trokel, IBM y el nacimiento de la cirugía refractiva con excimer

El vínculo entre el excimer y la oftalmología lo estableció en 1983 Stephen Trokel, oftalmólogo de la Universidad de Columbia, en colaboración con tres científicos de los laboratorios IBM de Yorktown Heights: Rangaswamy Srinivasan, Samuel Blum y James Wynne. Srinivasan llevaba años estudiando la fotoablación de polímeros orgánicos con láser ultravioleta, y Trokel intuyó que el mismo principio podía aplicarse al colágeno corneal. Su artículo seminal, publicado en diciembre de 1983, demostró que el ArF a 193 nm ablacionaba la córnea de un ojo de buey con bordes nítidos y sin daño térmico apreciable. Ese trabajo desencadenó una carrera investigadora que conduciría, en menos de una década, a la aprobación de las dos grandes técnicas de cirugía refractiva con excimer: la PRK (queratectomía fotorrefractiva) y el LASIK.

Aplicaciones clínicas

Cirugía refractiva corneal. Es con diferencia la aplicación principal. En la PRK, el epitelio corneal se retira mecánicamente o con alcohol y el excimer talla directamente sobre la superficie del estroma. En el LASIK, se crea primero un colgajo superficial (hoy habitualmente con láser de femtosegundo) y el excimer actúa sobre el estroma expuesto bajo ese colgajo. En ambos casos, el perfil de ablación se calcula a partir de la refracción del paciente y, en los sistemas más avanzados, a partir de la topografía y la aberrometría corneal individualizadas. Las técnicas de queratotomía con láser excimer y la queratectomía fotorrefractiva comparten el mismo instrumento.

Queratectomía fototerapéutica (PTK). Una variante no refractiva en la que el excimer se emplea para eliminar opacidades y cicatrices del estroma corneal superficial, distrofias corneales anteriores o irregularidades tras traumatismos. Aquí el objetivo no es cambiar la graduación sino restaurar la transparencia de la córnea.

Dermatología. La variante de cloruro de xenón (XeCl), que emite a 308 nm, se utiliza como fuente de fototerapia ultravioleta B de banda estrecha para la psoriasis en placas, el vitíligo y la alopecia areata. A diferencia de la cabina de fototerapia convencional, el excimer permite dirigir la radiación exclusivamente a las lesiones, sin exponer la piel sana circundante.

Diferenciación con otros láseres

Excimer frente a CO₂. Ambos ablacionan tejido, pero el mecanismo es opuesto. El CO₂ actúa por efecto térmico (calienta el agua y vaporiza la célula); el excimer actúa por efecto fotoquímico (rompe enlaces sin calor). Esa diferencia tiene una consecuencia práctica directa: la zona de daño térmico lateral es de 50-100 micras en el CO₂ y prácticamente nula en el excimer, lo que hace a este último indispensable cuando se necesita una precisión del orden de fracciones de micra, como en la córnea.

Excimer frente a Nd:YAG. El YAG emite en el infrarrojo (1.064 nm) y actúa por fotodisrupción mecánica. Se utiliza en capsulotomía posterior e iridotomía, no en remodelado corneal. Sus territorios clínicos no se solapan.

Excimer frente a láser de femtosegundo. El femtosegundo (habitualmente un Nd:YAG de pulso ultracorto) crea microincisiones intracorneales por fotodisrupción, pero no ablaciona tejido en cantidad significativa. En el LASIK moderno, ambos se utilizan de forma complementaria: el femtosegundo crea el colgajo y el excimer esculpe el estroma.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra "excimer"?

Es una contracción del inglés excited dimer, "dímero excitado": una molécula formada por dos átomos que solo existe en estado energético excitado y que, al disociarse, libera un fotón ultravioleta. El primer láser excimer fue demostrado en 1970-1971 por Nikolái Básov en Moscú, utilizando xenón líquido.

¿Es lo mismo LASIK que láser excimer?

No. El LASIK es una técnica quirúrgica; el láser excimer es el instrumento que esa técnica emplea para tallar la córnea. De hecho, la PRK también usa excimer, pero sin colgajo corneal. Decir "me operé con excimer" y "me hice un LASIK" no es exactamente lo mismo: en el LASIK intervienen dos dispositivos (un láser de femtosegundo para el colgajo y el excimer para la ablación), mientras que en la PRK solo interviene el excimer.

¿El excimer genera calor en el ojo?

Prácticamente no. Su mecanismo es fotoquímico, no térmico: los fotones ultravioleta a 193 nm rompen directamente los enlaces covalentes del colágeno corneal sin transferir calor al tejido adyacente. Es lo que se denomina "ablación fría", y es la propiedad que hace al excimer idóneo para la córnea, un tejido extremadamente sensible al daño térmico.

¿El excimer solo se usa en los ojos?

No. La variante de cloruro de xenón (XeCl, 308 nm) se emplea en dermatología como fuente de fototerapia ultravioleta dirigida para psoriasis, vitíligo y alopecia areata. Y fuera de la medicina, los láseres excimer tienen un papel central en la litografía de semiconductores: el mismo ArF a 193 nm que esculpe córneas se utiliza para grabar los circuitos de los microprocesadores más avanzados.

Referencias

1. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Cirugía del ojo con rayos láser. MedlinePlus en español.
2. Alió del Barrio JL, Al-Shymali O, Alió JL. Excimer Lasers in Refractive Surgery. J Ophthalmol Res (PMC).
3. StatPearls (NCBI Bookshelf). Laser Principles in Ophthalmology.
4. Real Academia Española. Láser. Diccionario de la lengua española.