Como funciona o laser Nd:YAG no olho?

Tem uma pergunta que quase todo paciente faz antes do laser YAG, e ela é excelente: "se o laser precisa atravessar o meu olho todo para chegar lá atrás, por que ele não queima o que está no caminho?"

A resposta é uma das coisas mais elegantes da física aplicada à medicina, e ela explica de quebra por que esse laser não trata grau, não trata retina e não tem nada a ver com o laser de depilação.

O nome é uma receita de material. YAG é um cristal sintético, granada de ítrio e alumínio, transparente e resistente. Nd é o neodímio, um elemento raro que é dopado dentro desse cristal em pequena quantidade.

Quando esse cristal recebe energia, os átomos de neodímio devolvem luz num comprimento de onda muito específico: 1064 nanômetros. É infravermelho próximo, invisível para o olho humano. A luz visível vermelha termina por volta de 700 nm, então o feixe de trabalho não pode ser visto.

Por isso o aparelho tem um segundo feixe, este visível e fraquinho, só para o médico enxergar onde o foco vai cair. Os pontos vermelhos que alguns pacientes percebem são a mira, não o laser que trabalha.

O outro ingrediente é temporal. O aparelho guarda energia e a libera de uma vez, numa técnica chamada Q-switch, produzindo pulsos de poucos nanossegundos. Um nanossegundo é um bilionésimo de segundo. É a brevidade que transforma uma energia modesta em algo capaz de romper tecido.

Aqui está a resposta à pergunta do começo, e ela cabe numa analogia conhecida: é a lupa concentrando sol num ponto de papel. A luz que chega em toda a área da lupa é a mesma que atravessa o ar sem consequência. Concentrada num ponto, ela queima.

O feixe do Nd:YAG entra pela pupila largo e vai convergindo. Ao longo desse caminho, a energia está diluída numa área grande e os tecidos transparentes simplesmente deixam a luz passar. A córnea, o humor aquoso e a lente intraocular são transparentes justamente em 1064 nm: a luz não é absorvida, então não há trabalho a fazer ali.

No ponto de foco, a mesma energia se comprime em alguns micrômetros. A intensidade local dispara e cruza um limiar físico, chamado limiar de ruptura óptica. A partir dali a matéria deixa de se comportar como matéria comum.

Fora do foco, é apenas luz atravessando vidro. No foco, é uma explosão microscópica. A diferença entre um e outro é a distância de alguns décimos de milímetro, e é por isso que a precisão do posicionamento é tudo nesse procedimento.

O que acontece no foco tem quatro tempos, e todos cabem em muito menos de um milionésimo de segundo:

• O campo elétrico arranca elétrons dos átomos. A intensidade luminosa no foco é tão alta que os elétrons se soltam. O tecido deixa de ser tecido e vira um gás de partículas carregadas.
• Forma-se um microplasma. É o quarto estado da matéria, o mesmo do interior de uma lâmpada fluorescente ou de um relâmpago, mas confinado num volume de poucos micrômetros e durando nanossegundos.
• O plasma se expande. Essa expansão brutal empurra o que está em volta e gera duas coisas: uma onda de choque que se propaga pelo meio e uma bolha de cavitação, que cresce e depois colapsa em microssegundos. Quem cresce e colapsa é a bolha, não o plasma, que se desfaz ainda dentro dos nanossegundos do pulso.
• O tecido se rompe. A membrana no ponto de foco é rasgada mecanicamente. Disparo a disparo, os pontos de ruptura se unem e formam a abertura desejada.

O nome desse mecanismo é fotodisrupção. É a palavra que aparece nos laudos e nos textos técnicos, e ela descreve exatamente isso: luz que desmonta matéria por efeito mecânico.

Os estalos que você ouve durante o procedimento são as ondas de choque. Elas viajam pelos tecidos e chegam ao ouvido interno. É o barulho de uma explosão microscópica dentro do seu próprio olho, e ele significa que o laser está funcionando.

Esta é a distinção que separa o Nd: YAG da maioria dos lasers que as pessoas conhecem.

Num laser térmico, a luz é absorvida por alguma coisa, essa absorção vira vibração molecular, a vibração vira temperatura e o calor se espalha para os lados. É assim que funciona a depilação, a coagulação de retina e o bisturi de CO₂. O tecido em volta sofre junto, e existe uma zona de dano térmico ao redor do alvo.

Na fotodisrupção, o pulso acaba antes de o calor ter tempo de se espalhar. Nanossegundos são rápidos demais para condução térmica relevante. A energia vai para ionização e trabalho mecânico, não para aquecimento do vizinho.

Isso tem duas consequências práticas que aparecem no consultório:

• Depende muito menos da cor da íris. Como o efeito não vem da absorção por pigmento, íris claras e escuras podem ser tratadas com o mesmo laser. Os lasers térmicos antigos, de argônio, dependiam de pigmento e tinham desempenho pior em íris claras. Menos dependente não quer dizer indiferente: íris espessas e muito pigmentadas costumam exigir mais energia, e um ensaio randomizado mostrou vantagem em pré-tratar com laser de 532 nm nesses olhos.¹
• A lente intraocular sobrevive ao lado do disparo. Na capsulotomia, o alvo é a membrana logo atrás da lente artificial. Como o efeito é confinado ao foco, dá para romper a cápsula sem destruir a lente que está a poucos décimos de milímetro dali.

Quase todo paciente estranha a lente de contato apoiada no olho com gel, e é comum achar que ela só serve para não piscar. Ela faz muito mais do que isso.

• Aumenta o ângulo de convergência do feixe. Isso comprime o foco num volume ainda menor, o que reduz a energia necessária por disparo. Menos energia significa menos onda de choque, e menos onda de choque significa menos risco.
• Estabiliza o globo ocular, porque o médico apoia a lente e o olho fica firme.
• Mantém as pálpebras abertas sem esforço seu.
• Magnifica a imagem do alvo, dando ao cirurgião uma visão muito mais detalhada do ponto exato.

Existem modelos diferentes para cada procedimento, com potências ópticas próprias, e a escolha faz parte do planejamento. É por isso que o gel e a lente aparecem tanto na descrição dos dois procedimentos, na capsulotomia e na iridotomia.

A máquina é a mesma. O que muda é onde o foco cai, quanta energia por disparo e como o alvo reage.

Um detalhe da íris merece nota: em íris muito espessas ou pigmentadas, às vezes se usa primeiro um laser térmico de 532 nm para afinar o tecido, e só então o Nd:YAG completa a abertura. A abordagem sequencial reduz a energia total necessária.

A pergunta "já fiz laser no olho antes, é o mesmo?" aparece direto, e a resposta quase sempre é não:

• Excimer, 193 nm. É o laser da cirurgia refrativa. Cada fóton carrega energia suficiente para quebrar diretamente uma ligação química do colágeno, sem passar pela fase do calor. É fotoablação, e toda a energia para na superfície da córnea. O artigo sobre como o laser do grau não esquenta o olho percorre essa física.
• Femtossegundo, cerca de 1053 nm. É o parente próximo do Nd:YAG, e usa o mesmo princípio de fotodisrupção. A diferença é a escala: pulsos milhões de vezes mais curtos e energia por pulso muito menor, o que gera plasmas minúsculos e permite desenhar planos de corte dentro da córnea. É o laser do flap do LASIK e do lentículo do SMILE. O artigo sobre microbolhas e plasma na córnea detalha o mecanismo.
• Lasers verde e amarelo, 532 a 577 nm. São os da retina, usados em retinopatia diabética e em roturas retinianas. Aqui o calor é a ferramenta, não o efeito colateral: a luz é absorvida pelo pigmento e produz uma cicatriz controlada.
• Lasers de depilação e dermatológicos. Trabalham por fototermólise seletiva, aquecendo alvos pigmentados. Curiosamente, alguns usam cristal de Nd:YAG, mas em modo contínuo ou de pulso longo, o que muda completamente o efeito no tecido.

Existe um caso que confunde por bom motivo. O SLT, o laser de primeira linha para glaucoma de ângulo aberto, também nasce de um cristal Nd:YAG, mas com a frequência dobrada para 532 nm. Mesmo cristal, luz verde, mecanismo seletivo sobre células pigmentadas do trabeculado. Não é o mesmo procedimento nem trata a mesma coisa que a iridotomia.

A divisão que organiza tudo isso é simples: fotodisrupção e fotoablação rompem matéria sem aquecer; fotocoagulação usa o calor de propósito. É por isso que um laser de retina não abriria a cápsula, e o Nd:YAG não trata grau nem doença de retina.

A aplicação ocular do Nd:YAG foi descrita em 1980 por Danièle Aron-Rosa, em Paris, junto com seus colaboradores. O relato inicial já trazia a observação que sustenta tudo até hoje: tecidos pigmentados e não pigmentados foram cortados sem efeito térmico adverso e sem abrir o olho.²

Antes disso, tratar a opacidade da cápsula posterior exigia entrar no olho com instrumento, e abrir a íris exigia cirurgia. Em poucos anos, dois procedimentos cirúrgicos viraram procedimentos de consultório.

O princípio físico não mudou nas quatro décadas seguintes. O que evoluiu foi o controle: sistemas de mira mais precisos, estabilidade de energia por pulso, ópticas de foco melhores e lentes de contato desenhadas para cada procedimento. É a mesma história do excimer e do femtossegundo, e é o padrão da tecnologia médica que dá certo: a física se mantém, a engenharia refina.

O meio ativo é uma granada de ítrio e alumínio (Y₃Al₅O₁₂) dopada com íons de neodímio (Nd³⁺), com emissão principal em 1064 nm, no infravermelho próximo. Em modo Q-switched, a cavidade acumula inversão de população e libera pulsos de poucos nanossegundos, cujas potências de pico atingem a ordem de megawatts com energias por pulso na faixa de milijoules.

A ruptura óptica ocorre quando a irradiância no foco excede o limiar de ionização do meio, gerando plasma por ionização multifotônica seguida de avalanche de elétrons. A expansão do plasma produz onda de choque e bolha de cavitação, cujo colapso completa o efeito disruptivo. Como o mecanismo é mecânico e não depende de absorção linear, ele funciona em meios transparentes e é muito menos sensível à pigmentação do alvo do que os mecanismos térmicos, embora a energia necessária ainda varie com a espessura e a densidade do tecido.³

Na capsulotomia, o plano de foco é deliberadamente deslocado para trás da cápsula, e não posicionado sobre ela, o que afasta o ponto de ruptura da lente intraocular e reduz o risco de pitting. Os deslocamentos descritos na literatura ficam na faixa de 100 a 200 micrômetros, com técnicas padronizadas em torno de 150 micrômetros. Lentes de contato de Abraham (+66 D) e de Wise (+103 D) aumentam o ângulo de convergência, reduzindo o diâmetro do foco e, portanto, a energia necessária por disparo.⁴

O tamanho da abertura tem consequências mensuráveis: capsulotomias maiores associaram-se a maior desvio hipermetrópico e a maior elevação da pressão intraocular na primeira semana, sem diferença no aumento da espessura macular em relação às menores.⁵

Fontes institucionais consultadas: AAO EyeWiki, AAO Preferred Practice Pattern sobre catarata no adulto e sobre doença de ângulo fechado primário.

1. Aron-Rosa D, Aron JJ, Griesemann M, Thyzel R. Use of the neodymium-YAG laser to open the posterior capsule after lens implant surgery: a preliminary report. J Am Intraocul Implant Soc. 1980;6(4):352-354.
2. Aslam TM, Devlin H, Dhillon B. Use of Nd: YAG laser capsulotomy. Surv Ophthalmol. 2003;48(6):594-612.
3. Karahan E, Er D, Kaynak S. An overview of Nd: YAG laser capsulotomy. Med Hypothesis Discov Innov Ophthalmol. 2014;3(2):45-50.
4. Karahan E, Tuncer I, Zengin MO. The effect of Nd: YAG laser posterior capsulotomy size on refraction, intraocular pressure, and macular thickness. J Ophthalmol. 2014;2014:846385.
5. Radhakrishnan S, Chen PP, Junk AK, Nouri-Mahdavi K, Chen TC. Laser peripheral iridotomy in primary angle closure: a report by the American Academy of Ophthalmology. Ophthalmology. 2018;125(7):1110-1120.
6. de Silva DJ, Day AC, Bunce C, Gazzard G, Foster PJ. Randomised trial of sequential pretreatment for Nd:YAG laser iridotomy in dark irides. Br J Ophthalmol. 2012;96(2):263-266.
7. Min JK, An JH, Yim JH. A new technique for Nd: YAG laser posterior capsulotomy. Int J Ophthalmol. 2014;7(2):345-349.
8. AAO EyeWiki. Posterior capsule opacification. n.d.
9. AAO EyeWiki. Laser peripheral iridotomy. n.d.