A partir da estimulação de um cristal de rubi, Maiman53 (1960), realizou o primeiro estudo de emissão estimulada da luz visível, surgindo o LASER (Light Amplificated by Stimulated Emission of Radiation - amplificação da luz por emissão estimulada de radiação)
Stern e Sognnaes81 (1964) relataram que o esmalte dental poderia ser vaporizado pelo laser de rubi. Contudo, também observaram consideráveis danos aos tecidos dentais: o esmalte tratado com laser
apresentava-se fundido e vitrificado e a dentina com sinais de
carbonização. Outros estudos com laser de Co2 e Nd:YAG também
relatam estas alterações nas estruturas dentais.
Gordon29 (1966) chamou de ablação a vaporização do esmalte tratado com o laser de Rubi. Ele relatou ocorrer uma formação de material denso e amorfo na superfície do esmalte quando ocorre a utilização do laser na confecção do preparo cavitário e também concluiu neste trabalho que o laser pode ser um possível substituto das brocas na confecção do preparo cavitário.
Em revisão de literatura realizada por Stern80 (1974), os efeitos dos lasers nos tecidos duros dentais foram descritos, mostrando que o lasers não necessariamente deve promover a cavitação, e extensa remoção do tecido dental, podendo promover alterações na microestrutura do esmalte, com mínimas alterações macroscópicas, sem causar injúrias à polpa, tornado o esmalte irradiado resistente a desmineralização, abrindo novas perspectivas para a prevenção da cárie.
A utilização do laser de Er: YAG em odontologia foi primeiramente demonstrada por Hibst et al.40(1988), mostrando que o laser apresenta
comprimento de onda de 2,94μm coincidindo com o pico máximo de
absorção de água e dos radicais hidroxila (OH-) presentes na
hidroxiapatita dos tecidos minerais, causando microexplosões e promovendo a remoção tecidual.
Keller e Hibst45 (1989) avaliaram a eficiência de ablação do esmalte e dentina e tecido cariado pelo laser de Er:YAG analisando, pelo MO, o diâmetro e profundidade das cavidades e a elevação da temperatura através de uma termo-câmera. Foi observado que o laser de
Er:YAG é efetivamente absorvido pelos tecidos mineralizados dentais, causando um aquecimento rápido, superficial e em pequeno volume, promovendo a remoção tecidual pelo processo de ablação termo- mecânica, através da vaporização da água e aumento da pressão intra- tecidual, ocorrendo a expansão e fragmentação tecidual, sendo o material ejetado através de microexplosões. O limiar de ablação do esmalte é superior ao da dentina, portanto, utilizando uma mesma energia de irradiação, as cavidades produzidas no esmalte pela ablação eram menores do que na dentina.
Keller e Hibst46 (1989) estudaram os efeitos do laser Er: YAG em radiação focalizada em pequenos pulsos nos tecidos mineralizados, através do MO e MEV, comparando os resultados com a aplicação do laser de CO2. Para isso, utilizaram 30 dentes humanos seccionados em
fatias de 2mm de espessura. Utilizaram a irradiação focalizada com laser de CO2, emitindo um comprimento de onda de 10,6 μm, sendo focalizado
nos dentes com uma peça de mão (distância focal de 125mm) aplicado em combinação de potências e tempos de exposição 20W/ 50ms e 2w /500ms e utilizaram o laser de Er:YAG com energia de 30 a 360 mJ e 1 hz de freqüência a fim de se comparar os resultados para os dois tipos de laser. Após a aplicação dos lasers os espécimes foram fixados com formaldeído 4% e então observados em MO. Foi observado que as cavidades formadas pelos dois lasers apresentavam aproximadamente as mesmas dimensões. As cavidades formadas pelo laser de Er:YAG não apresentavam zonas de carbonização ou fusão como as observadas em MO pelos espécimes tratados com CO2 e nem fissuras e fraturas na
região ao redor dos tecidos duros dentais. Em MEV apresentavam aspecto rugoso sem sinais de injurias térmicas e sem modificações na disposição dos cristais de hidroxiapatita do esmalte e dentina. As cavidades produzidas pelo laser de CO2 apresentavam aspecto prismas
fragmentos derretidos. De acordo com estes autores a remoção da substância dura do dente, quando da utilização do laser de Er:YAG, teria sido realizada através de um processo de explosão onde parte da energia incidente foi consumida neste processo e somente uma pequena fração energética resultou em aquecimento do tecido remanescente e, por isso, não houve danos.
Embora a irradiação com laser de Er:YAG possa ser efetiva na remoção de tecidos duros do dente, Hibst e Keller 47(1989), mostraram que essa irradiação pode resultar numa temperatura nociva á polpa. Entretanto uma escolha apropriada dos parâmetros de energia, quantidade de repetição e número de pulsos, podem evitar danos, mesmo numa cavidade próximo a polpa.
Koke et al.41(1990) avaliaram "in vivo" a capacidade da mudança de temperatura intrapulpar de dentes humanos durante a aplicação do laser Er:YAG e observaram um aumento de 2,2º C quando foi utilizada a refrigeração á água durante a aplicação do laser e relatam que o uso da água aumenta a eficiência de ablação do laser de Er:YAG sobre as estruturas dentais.
Kayano et al.44 (1991) avaliaram, através da MEV, a resistência
ácida dos tecidos duros dentais irradiados (esmalte, cemento e dentina) pelo laser de Er:YAG e para isso utilizaram 35 dentes humanos (pré- molares e caninos superiores e inferiores). O experimento foi dividido em 2 partes: na primeira parte o esmalte vestibular e lingual dos dentes foram irradiados com energia de 500 mJ por pulso e densidade de energia de 15,9 J/cm2, com repetição de 1 ou 3 hz; já na segunda parte do experimento o esmalte e o cemento foram irradiados com energia de 39 ou 74 mJ por pulso e freqüência de 10 hz e a dentina foi irradiada com 211 mJ e 10 hz. Ao autores concluíram, após MEV, que o laser de
Er:YAG promoveu a ablação dental, formando crateras e imperfeições que foram restritas a área ablacionada com o laser, sem ocorrer fraturas ou trincas, utilizando o modo contato ou não contato. Também observaram no esmalte marginal, adjacente as imperfeições promovidas pela ablação do laser e a formação de um tecido ácido resistente.
Morioka et al.57 (1991) estudaram os efeitos do laser de Er:YAG sobre o tecido duro dental, comparando os resultados com os outros lasers (CO2, Argônio, Nd:YAG pulsado e Nd:YAG contínuo). O laser de
Er:YAG foi aplicado com o foco incidindo perpendicularmente na superfície do esmalte de incisivos humanos, com ou sem pigmentação prévia, com 0,5 a 0,9J de energia total e taxa de repetição de 10Hz. Em seguida os dentes foram observados em lupa estereomicroscópica e posteriormente imersos em gel tamponado de 0,1M lactato (pH 4,5) por uma semana, para formação das cáries artificiais. Apos este período os dentes foram cortados longitudinalmente na área ablacionada e novamente observados. Através de fotografias foram medidas a profundidade e diâmetro das cavidades formadas após a aplicação do diferentes lasers. Os autores concluíram que o laser de Er:YAG tem a capacidade de promover perfurações no tecido duro e que também foi eficaz na redução da descalcificação e aumento da resistência ácida da superfície e subsuperfície do esmalte dental, apresentando resultados superiores aos outros lasers.
Burkes et al.11(1992) realizaram um estudo "in vitro" para avaliar os efeitos, na estrutura dental e na temperatura pulpar, da irradiação com o laser de Er:YAG (ER3000, Schwartz, EUA), em dentes humanos, com ou sem refrigeração de "spray" de água. Quando foi realizada a irradiação sem a refrigeração, houve mínima ablação do esmalte, observou-se pela MEV alterações térmicas como a fusão do esmalte, "bolhas" e fraturas, ocorrendo uma elevação da temperatura intrapulpar maior do que 27ºC.
Quando o laser foi utilizado, com refrigeração, o esmalte e a dentina foram eficientemente removidos pela ablação, formando crateras cônicas, sem a fusão ou arredondamento do esmalte marginal remanescente; e a elevação na temperatura intrapulpar foi de 4ºC. Os autores concluíram que o laser de Er:YAG utilizado com água pode remover a estrutura dental sem produzir uma mudança significativa na temperatura intrapulpar.
O primeiro estudo clínico com o laser de Er: YAG (KaVo KEY laser,Alemanha) foi realizado por Keller e Hibst 48(1992), comparando a remoção do tecido cariado e o preparo de cavidades, com o laser de Er: YAG ou com alta ou baixa rotação, sendo as cavidades restauradas com resinas compostas. Neste estudo cavidades classe I, II, III, IV e V foram realizadas na remoção do tecido cariado com o laser focado 0,8mm, taxa de repetição de 1 a 4 hz e energia variando de 150 mJ a 450 mJ e sob refrigeração a água. Os resultados do acompanhamento clínico mostraram que nenhum dente perdeu a vitalidade, nem houve sensibilidade à percussão com o laser de Er: YAG; a anestesia foi utilizada em um caso, sendo que, a maioria dos pacientes preferiram o laser para a remoção de cáries, devido à reduzida sensibilidade dolorosa. Os autores concluíram que a remoção da cárie e o preparo cavitário com o laser de Er:YAG é viável na prática diária,sem causar danos à polpa, mostrando grande aceitação pelos pacientes.
Li et al.51 (1992) avaliaram a relação da profundidade de ablação com a densidade de energia do laser de Er: YAG (Quantronix, EUA). Foi observado que os limiares de ablação para o esmalte foram superiores à dentina; o laser de Er:YAG promoveu uma efetiva ablação do esmalte e dentina, com mínimos efeitos térmicos, utilizando taxa de repetição de pulso de 2 a 5Hz, resultando em um padrão morfológico micromecânico favorável à adesão.
Hibst e Keller39 (1993) estudaram o mecanismo de ablação da estrutura dental pelo laser de Er:YAG, mostrando que através da evaporação da água, que esta confinada no tecido mineralizado, e elevação da pressão intra-tecidual, desencadeia-se um processo de microexplosões, denominado de ablação termomecânica, que promove a remoção dos tecidos dentais.
Paghdiwala et al.65 (1993) estudaram os efeitos do laser de Er: YAG (Schwartz Electro-Optics) na elevação da temperatura pulpar, utilizando ou não refrigeração com "spray" de água e diferentes parâmetros de energia. Os resultados, da MEV e da termo-câmera, indicaram que a elevação da temperatura é proporcional à potência e tempo de exposição, e inversamente proporcional à espessura do remanescente dental. Os efeitos térmicos podem ser minimizados com a redução da taxa de repetição de pulsos, mantendo-se a energia constante, que leva a redução da velocidade de corte, mas também, do risco de danos térmicos. O uso da refrigeração, durante o preparo das cavidades, promoveu maior eficiência de ablação, redução da temperatura e ocorrência de alterações estruturais e térmicas, sem áreas de carbonização ou trincas, comparando com os dentes que foram irradiados pelo laser sem refrigeração.
O propósito do estudo realizado por Sakakibara et al.76 (1994) foi
comparar a morfologia e tamanho das cavidades preparadas com laser de Er: YAG (Osada, Japão), em dentes bovinos, refrigerados a ar ou água, com energias de 50, 100 e 150mJ e pulso simples (200s). Foi observado que o diâmetro e profundidades aumentaram com a energia; no esmalte não houve diferença na morfologia cavitária preparada com refrigeração a ar ou água, em dentina, o diâmetro das cavidades foi maior com refrigeração a ar do que à água. Segundo os autores, isto decorre devido
á alta absorção da energia pela água que está na superfície do tecido, e pelo espalhamento do feixe laser, havendo energia insuficiente para preparar cavidades maiores, porém,os autores acreditam que melhores cavidades são decorrentes de parâmetros de energia altos, associados à refrigeração com "spray" de água. A MEV mostrou que a superfície do esmalte irradiada pelo laser de Er: YAG, refrigerados com "spray" de água, apresentou padrão semelhante ao "favo de mel", com exposição
dos prismas de esmalte, as margens dos prismas de esmalte apareceram mais definidas quando utilizou a água ao ar. Na dentina, todos os espécimes apresentaram morfologia semelhante, com ausência da "smear layer", a dentina intertubular "escavada" e a dentina peritubular
"elevada", provavelmente, devido à diferença de mineralização destes tipos de dentina. Debris, originados do processo de fragmentação mecânica do tecido, foram evidentes nas superfícies irradiadas, porém, em menor quantidade na presença de refrigeração à água.
Eduardo et al.22 (1996) estudaram, por meio da MEV e teste de resistência ao cisalhamento, os efeitos do laser de Er:YAG no esmalte dental. A superfície vestibular de molares humanos foi condicionada com o laser de Er:YAG (KaVo KEY 2, Alemanha), focalizado, com 140 e 300mJ de energia por pulso e 1Hz de taxa de repetição, sob refrigeração à água. Os resultados mostraram que o condicionamento com ácido fosfórico promoveu maiores valores de adesão (21,22 MPa) que o realizado somente com o laser de Er:YAG, não havendo diferenças entre as energias utilizadas (140mJ e 300mJ). A análise morfológica pela MEV, diferenciou com nitidez, a área não irradiada da irradiada, nesta verificaram–se alterações no esmalte, com grande irregularidade superficial, aparência de "escamas" ou "flocos", e a exposição dos
prismas de esmalte, parecidos com "favos de mel", concluindo que estas
modificações eram insuficientes para propiciar uma efetiva adesão da resina composta ao esmalte dental.
Fried et al.25 (1996) avaliaram a eficiência de ablação, a elevação de temperatura e possíveis alterações no esmalte dental após irradiação com os lasers de Er:YAG (2,94m) e Er:YSGG (2,79m). Segundo os autores, o esmalte é 90%, em volume, constituído de hidroxiapatita e 8- 12% de água, havendo nos minerais, devido à hidroxila (OH-), uma estreita faixa de absorção pelos lasers com comprimento de onda próximo ao de 2,8m; e uma larga faixa de absorção de 3m devido à água intersticial que esta confinada no interior do tecido mineralizado, formando uma "capa de hidratação" que envolve os cristais de hidroxiapatita; esta camada de água teria um maior papel na absorção e ablação pelos lasers de Érbio. A radiometria e MEV mostraram que para o laser de Er: YAG a ablação tem início à temperatura aproximada de 300°C, apresentando grande elevação de temperatura de 320 a 1000°C, com aumento da fluência de 7 para 9J/cm2; com o laser de Er:YSGG, a ablação tem início à temperatura de 800°C, com fluência de18J/cm2; portanto, para o laser de
Érbio, a ablação ocorre abaixo da temperatura de fusão ou "melting" do esmalte, e das alterações térmicas e na microestrutura dos cristais de hidroxiapatita (1000°C). Diferente do laser de CO2 (9-11m) que é
altamente absorvido pelo carbonato e fosfato da hidroxiapatita, em temperaturas acima de 1200°C, havendo a fusão do esmalte. Ainda, foi levantada a hipótese que em temperaturas entre 100-400°C há substancial redução da água e do carbonato mais solúvel da hidroxiapatita, alterando a cristalinidade do mineral, reduzindo a solubilidade e aumentando sua ácido resistência após irradiação com o laser.
Cozean et al.16 (1997) avaliaram, através de estudo clínico, a eficiência e segurança do laser de Er:YAG para remoção de cárie e preparo cavitário, em esmalte e dentina comparado-o com a alta-rotação, avaliando a necessidade de anestesia para a realização dos
procedimentos. Foram realizados em dentes humanos "in vivo", preparos cavitários Classes I a V, restaurados com amálgama e resina composta. Os dentes, que tinham indicação prévia, foram submetidos à extração imediata ou em diferentes períodos de tempo, para a avaliação das alterações histológicas no tecido pulpar, ou então, foi realizado o acompanhamento dos pacientes por um período superior a 18 meses. Os resultados mostraram que as características histológicas da polpa foram semelhantes entre os dentes tratados com o laser e com a alta-rotação. A avaliação clínica após 18 meses mostrou que o laser foi tão efetivo quanto a alta-rotação, na remoção do tecido cariado, preparo cavitário e condicionamento do esmalte; alguns pacientes relataram pequeno desconforto durante a irradiação com o laser, sendo que, apenas 2% requisitaram o uso de anestesia durante os procedimentos. O laser de Er:YAG mostrou efetividade e segurança para o tratamento dos tecidos duros dentais, com boa aceitação pelos pacientes.
Groth30 (1997) avaliou a resistência adesiva ao cisalhamento, da resina composta à superfície do esmalte dental humano condicionado com ácido fosfórico 37% por 30 seg, com o laser de Er:YAG (KaVo KEY 2,Alemanha), focalizado (com 60mJ/10Hz, 300mJ/6Hz e 500mJ/2Hz), com"spray" de água, ou ainda, associando o laser de Er:YAG (60mJ/10Hz) com o ácido fosfórico. Foram observados maiores valores de adesão para o condicionamento com ácido (12,19MPa), ou a associação laser + ácido (12,42MPa), sendo superiores á aplicação somente do laser (5,6 a 7,4MPa), sendo que, quanto maior a energia utilizada menores os valores de adesão. A MEV revelou que o laser promoveu alterações na superfície do esmalte, decorrentes do processo de ablação, com grande irregularidade de superfície, exposição dos prismas de esmalte e um padrão morfológico semelhante ao condicionamento ácido, parecido com
Er: YAG e comparando a efetividade do laser de Er:YAG, com a alta- rotação convencional, na remoção do tecido cariado e preparo cavitário.
Zezell et al.93 (1997) avaliaram o padrão morfológico de cavidades
de Classe I preparadas com o laser de Er:YAG, através da MO e MEV, e a composição da dentina irradiada, através da fluorescência de raios X. Foram utilizados 40 molares humanos extraídos, divididos em 4 grupos, onde as cavidades foram preparadas com alta-rotação e com laser de Er:YAG (KaVoKEY 2, Alemanha), focalizado, com fluências de 79,61, 89,57 e 99,52J/cm2. Foi observado pela MO que o laser promoveu eficiente ablação do esmalte e dentina, criando cavidades com margens irregulares; a MEV mostrou um padrão de condicionamento da superfície dental, com a exposição dos prismas de esmalte, ausência da "smear layer" e abertura dos túbulos dentinários, sem evidência de fusão, resolidificação ("melting") e trincas na superfície irradiada. Não foram constatadas diferenças, nos padrões micromorfológicos, entre as três fluências utilizadas. Não foram observadas alterações nas concentrações de cálcio, fósforo e oxigênio, no substrato dentinário antes e após a irradiação com o laser. O padrão superficial obtido com o laser de Er:YAG apresenta-se propício para a utilização de materiais restauradores estéticos adesivos.
Aoki et al.1 (1998), fizeram uma revisão de literatura a respeito da
utilização do laser de Er:YAG. As investigações utilizando este laser mostraram sua efetividade nos tecidos duros e moles sem causar danos pelo calor e a mínima influência sobre a polpa. Este laser tem efeito bactericida e sua utilidade no tratamento de lesão de cárie, preparo cavitário e pequenas cirurgias no tecido mole foram demonstrados em vários estudos clínicos. Os autores concluíram dizendo que muitos estudos estão sendo feitos com o laser, porém ainda há necessidade de
esclarecer as suas vantagens e limitações, assim como estabelecer o correto procedimento para sua utilização.
Gutknecht et al.32 (1998) estudaram "in vitro" os efeitos do
condicionamento com os lasers de Er:YAG e Er,Cr:YSGG, na resistência adesiva à tração de uma resina composta, à superfície do esmalte. As faces vestibulares, de 80 molares humanos recém-extraídos, foram condicionadas com laser de Er:YAG (energia de 120mJ/pulso e taxa de repetição de 8, 10,12 e 15Hz), com o laser de Er,Cr:YSGG (potências de 1, 2 e 3W e taxa de repetição de 20Hz) ou com ácido fosfórico 37%. Posteriormente, bráquetes ortodônticos foram fixados com sistema adesivo Dentaurum e realizado o teste de tração. Os resultados mostraram maiores valores de adesão para as superfícies de esmalte condicionadas com o ácido fosfórico, porém, sem diferença significante com as superfícies condicionadas com os lasers, concluindo que os lasers criaram uma superfície microretentiva, favorável à adesão de materiais resinosos.
Watanabe et al.92 (1998) avaliaram a resistência ácida do esmalte irradiado com o laser de Er:YAG (Erwin, Hoya Co.- J. Morita, Japão). Em dentes humanos hígidos foi aplicado o laser de Er:YAG, com 25, 50, 100 e150mJ/pulso de energia e 5HZ de taxa de repetição, sob refrigeração de água (4ml/min.) As amostras foram imersas em solução desmineralizante (0,1M lactato com pH 4,5) por 4 dias e posteriormente analisada em MEV,EDX e microradiografia. Foi observado que o esmalte irradiado apresentou evidente alteração após aplicação do laser, sem evidências de trincas, ou alteração de composição pela EDX. As superfícies irradiadas pelo laser de Er:YAG (a partir de 50mJ), e áreas adjacentes, mostraram aumento da resistência a desmineralização ácida.
Hossain et al.42(1999) avaliaram os efeitos do laser de Er: YAG, no
dentina humanos. Foram realizados preparos cavitários, em 20 molares humanos hígidos, com o laser de Er:YAG (KaVo KEY), focado, com 400mJ/pulso de energia e taxa de repetição de 2Hz, com ou sem "spray" de água. As amostras foram imersas em solução desmineralizante (ácido lático 0,1M, por 24 h) e avaliada a concentração de cálcio, na solução pela espectrofotometria, e as alterações morfológicas, das superfícies dentais pela MEV. As superfícies tratadas com laser de Er:YAG, sem "spray" de água, apresentaram maior resistência ácida, do que aquelas