08/04/14 THIERY Louis L2 Revêtement cutané Pr. Marie-Aleth Richard Relecteur 4 10 pages Les lasers dermatologiques Plan A. Généralités sur les lasers I. Qu'est ce qu'un laser? II. Éléments constitutifs d'un laser III. Les différents milieux actifs ou amplificateurs IV. Mode d'émission et paramètres V. L'absorption tissulaire de la lumière VI.Mécanismes d'action des lasers B. Effet photothermique I. Généralités II. Les appareils C. Effet photoablatif I. Les appareils II. Les indications III. Les avantages/inconvénients IV. Autres indications : Remodelage non-ablatif et mode fractionné D. Effet électromécanique I. Les appareils II. Indications : les détatouages III. Autre indication : l'épilation laser E. La photothérapie dynamique ou PTD Ce cours a été vraiment tendaaax à prendre mais elle lisait ses diapos donc possibilité de voir l'ent (même si un peu brouillon...) A. Généralités sur les lasers. I. Qu'est ce qu'un laser? Laser signifie «Light Amplification by Stimulation Emission of Radiation». Il s'agit d'une émission lumineuse qui est : Cohérente en phase Unidirectionnelle Monochromatique (=une seule longueur d'onde) Il s'agit donc d'une tache très petite et très intense : la lumière est puissante et concentrée sur des surfaces faibles. 1/12
II. Éléments constitutifs des lasers Les éléments constitutifs d'un laser sont : 1. Un milieu actif (solide, gaz, colorant, semi-conducteur). 2. Un dispositif d'excitation des atomes ou molécules du milieu actif. 3. Une cavité résonante permettant d'augmenter la densité de la lumière. Il est constitué de 2 miroirs placés à chaque extrémité du milieu actif, l'un étant à moitié transparent pour permettre la sortie du faisceau laser. III. Les différents milieux actifs ou amplificateurs Solide : Nd YAG doublé avec cristal NTP (532 nm) ; rubis (693 nm) ; alexandrite ; Er-glass ; Er:YAG... Gaz : excimère AfF (193 nm) ; krypton ;vapeur de cuivre ; CO2 ; hélium ; azote... Liquide : colorant. Semi-conducteur. Ces différentes longueurs d'ondes (entre parenthèses) ont diverses cibles et vont permettre d'agir électivement sur un ou plusieurs chromophores présents sur les tissus biologiques. IV. Mode d'émission et paramètres Modes d'émission du faisceau laser : «on joue sur la façon dont la lumière sort» La puissance (intensité) est inversement proportionnelle au temps d'émission du laser. - Mode continu : puissance faible 1 à 10 W (émission de photon = de l'ordre de la seconde) : long (peu puissant) action thermique. - Mode impulsionnel : puissance en kw (milli ou microseconde) : court action thermomécanique (phénomènes de contraction et de relaxation des tissus). - Mode déclenché : puissance en mégaw (nanoseconde) : très très bref action disruptive = explosion. Exemple : l'action thermique dans un laser en mode continu permet de chauffer un vaisseau et donc on peut traiter des angiomes ou des vaisseaux dilatés simplement en chauffant le contenu de la paroi et du vaisseau effet coagulant. Lorsqu'il y a un tatouage avec une pigmentation dans la peau on peut utiliser un faisceau en mode déclenché avec un tir extrêmement bref qui va faire exploser ce pigment en des milliers de petites 2/12
particules qui seront phagocytées dans les tissus. Paramètres d'un faisceau laser REVËTEMENT CUTANE - Les lasers dermatologiques Ceux-ci dépendent de : Longueur d'onde Temps de tir ou d'exposition Surface illuminée par le laser (plus la surface est petite, plus la puissance localisée est grande) Diamètre du spot laser (D) Surface du spot Irradiance Fluence = puissance x temps de tir/ surface Énergie = puissance x temps de tir Les faisceaux de lumière laser sont toujours parallèles, la divergence y est très faible et la lumière très concentrée. En résumé, on y délivre des puissances lumineuses considérables sur des surfaces très faibles. Les paramètres lasers sont multiples: La longueur d'onde qui sélectionne le chromophore. La puissance Watt L'irradiance (W/cm²): puissance / surface qui équivaut à une longueur (l) Le temps d'exposition L'énergie = puissance x temps de tir. La surface du tir ou du spot. La fluence = W.Temps/ S Ces paramètres vont déterminer les mécanismes d'action des lasers. Lorsque l'on met un rayonnement laser à travers un tissu, il se produit 3 événements : Une partie du rayonnement lumineux va être réfléchie vers l'extérieur Une grande partie de la lumière est transmise à travers l'épiderme plus ou moins profondément vers le derme et l'épiderme la lumière va être absorbée et progressivement faire l'objet de phénomènes de diffusion au sein du tissu cible. 3/12
Absorption V. L'absorption tissulaire de la lumière Celle-ci est liée à une longueur d'onde, à une cible privilégiée et surtout à un chromophore. L'absorption sera différente selon le milieu traversé et donc influera sur la diffusion intra-tissulaire. Chaque laser aura une indication selon le milieu ciblé : - Eau intracellulaire : infrarouge, CO2, erbium - Hémoglobine : KTP, colorant pulsé (fenêtre de 500 à 600 nm) - Mélanine : Q Switched (fenêtre de 500 à 800 nm). Plus l'absorption du rayonnement lumineux est faible, plus l'illumination est profonde! Les paramètres liés à la source de laser déterminent les mécanismes d'action du laser : longueur d'onde, durée du spot, fluence... C'est ce qui permet de choisir ce que va faire un laser. Les paramètres optiques d'un tissu (réflexion, absorption et diffusion) conditionnent la pénétration de la lumière dans la peau. La durée d'émission est le paramètre majeur déterminant l'action du laser sur la peau. VI. Mécanismes d'action du laser de la lumière Pour une dose d'énergie lumineuse équivalente, ses actions dépendent uniquement de la durée d'impulsion. On distingue: - Effet photochimique : d'une durée d'une dizaines de secondes à une dizaines de minutes l'irradiance est très faible. Il définit un principe thérapeutique qu'on appelle la photothérapie dynamique. - Effet photothermique : d'une durée de quelques microsecondes à quelques secondes. - Effet photoablatif : dont les impulsions sont très brèves. - Effet photomécanique : effet de destruction 4/12
On classe l'action des lasers en 4 types d'effet. Leur distinction dépend du temps d'exposition et par conséquent de l'irradiance appliquée. L'effet électromécanique obtenu avec des impulsions de 10ps à 10ns et des irradiances de 107 à 1012 W/cm² action disruptive-explosion (effet utilisé pour le pigment). L'effet photothermique obtenu avec des impulsions de 1ms à quelques secondes et des irradiances de l'ordre 101 à 106 W/cm² destruction - dénaturation d'un volume tissulaire (effet pour le poil et les vaisseaux). L'effet photochimique obtenu en combinaison avec un photosensibilisant et des LED avec des durées d'illumination s'étendant de la dizaine de seconde à la dizaine de minute avec des irradiances généralement très faibles. Il s'agit de la photothérapie dynamique ou PTD. L'effet photoablatif obtenu avec des impulsions de 10ns à 100ns. Il nécessite des photons très énergétiques (longueur d'onde < 300nm) effet destructeur contrôlé. B. Effet photothermique I. Généralités Il consiste en un changement de température au sein du tissu irradié. On utilise des lasers continus ou pulsés qui entraînent une dénaturation ou une destruction d'un volume tissulaire. Il y a : 1. conversion de la lumière en chaleur 2. transfert de chaleur, et création d'un gradient de température d'où la notion de temps de relaxation thermique qui est la durée nécessaire pour qu'il y est un transfert d'énergie en dehors de la cible, permettant d'obtenir au centre de la source, une diminution de 50% de la valeur maximale atteinte. Il dépend de la cible ; c'est-à-dire de sa capacité à dissiper la chaleur et donc à se refroidir (diffusivité thermique). La conséquence directe de ce phénomène de transfert est le refroidissement de la cible et l'élévation de la température des tissus adjacents à la cible. 3. dénaturation tissulaire 5/12
Les conséquences de la connaissance du temps de relaxation thermique pour l'effet photothermique. Si la durée d'émission est plus courte que le temps de relaxation thermique alors la chaleur générée n'a pas le temps de diffuser en dehors de la cible. Il y a alors augmentation de la pression de la cible puis photothermolyse (ou action thermomécanique). Si la durée d émission est égale au temps de relaxation thermique alors la zone (surface) affectée thermiquement est égale au triple de celle de la source de chaleur entraînant le chauffage de la cible aboutissant à une photocoagulation sélective. Si la durée d'émission est plus longue que le temps de relaxation thermique, le transfert de chaleur est très important ce qui entraîne une photocoagulation importante. Le transfert de chaleur-notion de temps de relaxation thermique Il est particulier aux différents chromophores. On modulera alors ainsi l'action thérapeutique du laser. Pour l'utiliser en tant que pigment (tatouage) : on expose pendant un temps bref, l éclatement est très ciblé. Pour l'utiliser sur les poils : le temps d'exposition est long ce qui permet une action sur les cellules germinatives par la température et non pas seulement sur le pigment du poil (action de la pince à épiler). II. Les lasers vasculaires Les lasers vasculaires sont des appareils dont la longueur d'onde est préférentiellement absorbée par l'hémoglobine et faiblement par les autres chromophores de l'épiderme. Son but est de détruire sélectivement des vaisseaux en épargnant les tissus avoisinants. La longueur d'onde choisie détermine la cible vasculaire (hémoglobine). La durée d'impulsion est un paramètre majeur qui détermine avec le temps de relaxation thermique de la cible le type d interaction laser/tissus : une durée d'impact inférieure au temps de relaxation thermique (durée inférieure au traitement) permet de réaliser de la photothermolyse sélective (son effet est d'exploser le vaisseau, mais peut avoir comme conséquence un purpura). Une durée supérieure au temps de relaxation thermique permet la photocoagulation du vaisseau (il chauffe le vaisseau). Elle ne doit pas être trop supérieure au traitement thermique sinon la sélectivité de l'action disparaît (il y aura donc un érythème mais attention au risque cicatriciel). Les appareils Le laser à colorant pulsé (LCP : 585 595 nm) : il s'agit de l'appareil de référence, on peut travailler avec ces appareils en photothermolyse sélective avec de brefs temps d impulsion et dans le cadre notamment du purpura. - soit 585nm avec pulses de 450 micros - soit 595 nm avec choix de pulses très courts de 450 micros, 1,5ms, 1 à 40ms avec un spot de 5 à 10mm. Dans les deux cas il y a rupture vasculaire pseudo-mécanique et lésion de la paroi vasculaire. Le laser KTP (Nd-YAG-KTP Yag doublé de fréquence par KTP-(532 nm) : (tout cela pour dire que le temps d'impulsion est de 532nm). Ce laser est un laser continu dont la longueur d onde de 1064 nm et est doublée en fréquence par un cristal KTP 6/12
pour émettre à 532 nm. Cette longueur d onde est bien absorbée par l hémoglobine mais est peu pénétrante. Son action est réalisée par photocoagulation sélective. Sa cible est l'hémoglobine, de part son effet thermique ce laser dilate le vaisseau. Les inconvénients sont la rougeur et l'œdème. Autre application : le laser continu couplé à une pièce automatisée (hexascan) avec spots de 1mm. Cela implique une sclérose du vaisseau. Les lasers vasculaires doivent être couplés à un système de refroidissement afin de protéger l'épiderme et le derme superficiel lors du traitement. C. Effet Photo-ablatif I. Les appareils La laser ablatif C02 en mode continu émet dans l'infrarouge (10600 nm) avec un guide HeNe. Il y a absorption par l'eau tissulaire de façon localisée puis effet de coupe de manière défocalisée entraînant une vaporisation. Erbium : YAG II. Les indications : - La correction du vieillissement cutané du visage (= relissage ou resurfacing) par des modes impulsionnels qui détruisent par photocoagulation de très minces couches de peau : il y a abrasion programmée supprimant en une seule séance les tissus endommagés. L'effet recherché est de lisser et d'aplanir les rides et de déclencher une néocollagénèse qui sera de meilleure qualité. Le principe basé sur l'ablation de l'épiderme jusqu'au fond des rides et sur la destruction du derme élastosique et la contraction contrôlée du derme (obtention d'un collagène régénéré non cicatriciel). L'épiderme et le derme papillaire constituant les cibles biologiques. - En mode continu, destruction des tumeurs bénignes de la peau. - En mode pulsé ou focalisé, destruction de façon régulière mais superficielle de grandes étendues, il y aura vaporisation. On traitera donc des lésions superficielles sans la nécessité d'un contrôle de l'anapath (lésions à HPV, neurofibromes, petites lésions bénignes superficielles de la peau) mais aussi des dermatoses superficielles étendues (cas de la maladie de Bowen, de Hailey-Hailey, de Darier...). 7/12
III. Les avantages/inconvénients Les avantages : un effet de destruction avec peu de diffusion (<1mm) se produit. (rôle dans l'inflammation et douleur moindre) ; de plus la profondeur est limitée et contrôlée (meilleure cicatrisation) ; et enfin il y a un effet d'hémostase sur les petits vaisseaux (meilleure visibilité pour le praticien). Les inconvénients : il se produit une émission de fumée avec potentiellement une libération de particules virales d'où le risque infectieux ; de plus une anesthésie est nécessaire et l'opérateur est dépendant d'une protection optimale (gant, masque...) On notera que l'on module l'effet des lasers ablatifs en fonction de la vitesse de déplacement de la main, de la puissance et de la distance focale. Remodelage non ablatif : IV. Autres indications Le laser induit une action thermique limitée au derme superficiel et moyen. Il y a réaction inflammatoire, suivie d'une activation et d'une prolifération fibroblastique à l'origine de la formation d'un néocollagène, et à terme, à un remodelage du derme induit. Aussi utilisé dans le traitement des cicatrices d'acné mais l'effet y est modéré. Mode fractionné : Laser CO2 10600 nm et Erbium 2940 Le but est de focaliser l'énergie lumineuse sur des micro-spots et les distribuer sur la zone à traiter de manière régulièrement espacée avec des pièces à main : l'effet ablatif s'ajoutant à un effet thermique modéré. L'autre objectif étant de créer un réseau dense de micro-plaies thermiques ou micro-puits qui induisent autour d'elles des colonnes de réponse cicatricielle, il y a remodelage. Cela permet aussi la pénétration dans la peau de médicaments ou substances actives (ex : pénétration de la substance photosensibilisante de la PDT ; cf chapitre PDT). On retiendra que l'on préserve des zones épidermiques intactes entre les micro-zones endommagées entraînant moins de suites opératoires ; l'objectif est de réduire le risque cicatriciel. Modes fractionnels ou fractionnés : 8/12
D. Effet électromécanique : le détatouage les lasers pigmentaires I. Les appareils Les lasers-switched (appelés aussi déclenchés) ont révolutionné la technique du détatouage. Plusieurs longueurs d'onde possibles et disponibles : 694 nm, 532 nm, 755 nm et 1064 nm. Cette famille d'appareils a en commun une durée d'impulsion de l'ordre de la nanoseconde, et est associée à des puissances importantes avec un effet photo-acoustique pour détruire la cible pigmentaire. II. Indications : les détatouages Un effacement des tatouages de couleur noire ou rouge peut être obtenu en totalité, avec néanmoins un degré de satisfaction moindre pour les autres couleurs, en particulier le vert et le jaune. Cependant, le traitement des tatouages nécessite de multiples séances, dépendant de nombreux facteurs comme la densité, la profondeur des pigments utilisés. L'intervalle entre deux séances est classiquement d'un à deux mois avec un traitement long, parfois au delà de dix a quinze séances sur plusieurs années, donc coûteux et parfois imparfait, source d'insatisfaction des patients et d'un abandon de traitement. Les résultats dépendent de nombreux facteurs (tatouages amateurs, professionnels, rituels, accidentels par bombage ou «croûtage» sur le bitume, esthétiques, de radiothérapie...) III. Autre indication : L'épilation laser 9/12
La cible c'est le bulbe du poil via le noir que ce soit pour le poil intermédiaire (pigmenté, 3 à 4 mm de profondeur) ou le duvet (plus clair, superficiel, 1 à 2 mm de profondeur). L'épilation laser est basée sur l'absorption de la lumière par la mélanine contenue par le poil. Deux aspects sont encore débattus quant à la périodicité des séances lasers en fonction du cycle pilaire de la zone à traiter et quant à l'élimination des poils où la mélanine est en très faible quantité, le poil blanc en particulier. Laser est de type Nd : YAG Les résultats: Réduction stable des poils terminaux en taille et en nombre Diminution du temps de repousse Efficacité différentielle : maillot et aisselles > visage > jambe > tronc Cependant les risques sont multiples ; risque pour la pigmentation tout d'abord, risque de tirs sur un «naevus», possibilité de brûlures épidermiques, de repousse paradoxale ou même accélérée. E. La photothérapie dynamique ou PTD La PTD est une réaction photochimique utilisée pour la destruction sélective de cellules normales. Il se produit un effet photochimique : c'est-à-dire une interaction entre chromophore et lumière d'où l'activation de l'oxygène et la réaction photochimique : ex PDT : il y a génération d'espèces réactives en oxygène. Principe : dans le tissu cible : substance chimique photosensible + lumière O2 + radicaux libres Pour les lésions cutanées : c'est la protoporphine IX (PpIX), d'origine naturelle et endogène, qui est photosensibilisante et qui s'accumule particulièrement dans les kératinocytes en prolifération. On cherche à augmenter cette protoporphine IX via des précurseurs topiques favorisant l'accumulation de la PpIX, exemple : Acide 5 aminolévulinique (ALA)= précurseur de PpIX Levulan Méthyl amino lévulinate (MAL) = précurseur de PpIX Metvixia (une étude via la flurescence du produit témoigne de la haute sélectivité de Metvixia dans les tissus lésés). La voie topique limite les effets indésirables consécutifs à une administration systémique. Notons que la photosensibilité cutanée est limitée à la zone traitée et ne dure que quelques jours. Les éléments indispensables sont l'utilisation d'une source lumineuse émettant dans la longueur d'onde du photosensibilisant (savoir que la lumière rouge pénètre plus que la lumière bleue) - Les sources lumineuses sont des appareils «bricolés» type projecteurs diapos, lampes flash, lasers colorants Plus récemment on utilise les Light Emitting Diodes ou LED qui sont peu onéreuses, mobiles, ont une longue durée de vie, une géométrie adaptable. - Les techniques sont le curetage de la lésion si hyperkératose, l'utilisation de photosensibilisant appliqué en couche épaisse, d'un pansement occlusif opaque : Tegaderm, papier aluminium, Omnifix... - 3h - Photo-illumination LED rouge 635 nm : 16mn4, 80 J/cm² - Éviction et protection solaire 48h L'illumination est la durée à prévoir en fonction du nombre de champs à illuminer (l'illumination est de 8/9 mn par champ). 10/12
Les effets indésirables possibles : sensations douloureuses transitoires de l'irradiation (varie en fonction de l'individu), érythème, œdème à la fin de la séance, érosions superficielles, croûtes, suintement, photosensibilité, alopécie sur zone traitée (= perte de cheveux), troubles pigmentaires transitoires... Ce qu'il faut retenir de ce cours dense et difficilement structurable (sorry) ce sont les applications thérapeutiques des différents types de lasers sur leurs cibles privilégiées. Les lasers ouvrent un grand champ de traitement pour les patients. 11/12
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