PBM pulsado vs. contínuo: o tempo como variável da dose

Resposta curta: a onda contínua (CW) entrega um fluxo constante de fotões; a onda pulsada (PW) entrega a mesma energia em rajadas. Essa diferença acrescenta à dose a frequência, a largura de pulso, o ciclo de trabalho e a potência de pico e, em experiências com energia equiparada, esses parâmetros adicionais deslocaram resultados celulares nos dois sentidos. O PBM pulsado pertence a um segundo eixo da dose, a par do eixo que a maioria das pessoas já mede.

Dois dispositivos em cima da bancada. Ambos emitem a 808 nm. Ambos estão especificados em 10 J/cm². Ambos trazem o mesmo valor de potência impresso na carcaça. Correm-se os dois na mesma linha celular, durante o mesmo tempo de tratamento, e as leituras de ATP não coincidem.

A questão da pulsação não é exótica. IPL significa luz pulsada intensa, por isso qualquer dispositivo de depilação construído nas linhas de produção deste site já depende de uma decisão sobre a forma como a luz é dividida em rajadas, e os parâmetros por trás dessa decisão raramente chegam a uma ficha técnica. Para a versão voltada para o consumidor de como essa luz deve funcionar, veja o que é realmente a depilação IPL.

Nada nessa descrição da dose, feita numa única linha, permite prever para que lado a balança pende, porque a descrição nunca esteve completa. A fluência diz quanta energia chegou por unidade de área. Não diz nada sobre se essa energia chegou como fluxo contínuo ou como uma sequência de rajadas, nem sobre a forma como essas rajadas foram moldadas.

O que muda realmente quando a luz é dividida em pulsos

CW significa que o emissor está ligado durante todo o tratamento. PW significa que liga e desliga num ciclo definido, pelo que quatro novos parâmetros entram na especificação:

Parâmetro	O que controla
Frequência	Quantos pulsos ocorrem por segundo
Largura de pulso	Quanto tempo dura cada pulso individual
Ciclo de trabalho	A fração de cada ciclo em que o emissor está de facto ligado
Potência de pico	Potência instantânea enquanto o pulso está ligado
Potência média	Potência calculada ao longo do ciclo completo, incluindo o tempo desligado

A potência média e a potência de pico estão ligadas entre si, se os pulsos forem aproximadamente retangulares:

potência média ≈ potência de pico × ciclo de trabalho

Um pico de 100 mW com um ciclo de trabalho de 10% dá uma média de 10 mW. Um emissor contínuo a funcionar a 10 mW também dá uma média de 10 mW. O mesmo número na ficha técnica, um estímulo completamente diferente no tecido.

É essa aritmética que impede que “100 mW”, por si só, descreva um protocolo pulsado. Dois dispositivos podem imprimir o mesmo valor e entregar potências de pico que diferem numa ordem de grandeza. Um entrega uma taxa de fluência contínua e suave; o outro entrega rajadas curtas e intensas, separadas por intervalos escuros, e a média esconde isso. Deparámo-nos com a mesma lacuna de informação pelo lado oposto quando colocámos um dispositivo IPL de consumo num medidor de potência e medimos o que o rótulo entregava de facto: de onde vêm os 28 joules.

Pulsado não significa frio

O argumento intuitivo a favor da pulsação é térmico. A pulsação cria intervalos, os intervalos permitem que o calor se difunda, e a difusão limita a subida de temperatura. Esse raciocínio é sólido até onde vai, mas resvala para uma afirmação que não se sustenta.

A pulsação não é a ausência de aquecimento. A fotobiomodulação é habitualmente descrita como não térmica ou de baixa componente térmica, e essa descrição diz respeito ao regime pretendido, não a uma garantia sobre o tecido. Os fotões que são absorvidos transformam-se em calor, e a subida de temperatura resultante depende da potência média, do ciclo de trabalho, da largura de pulso, do tempo total de tratamento, da área da mancha e das propriedades térmicas do tecido em causa. Nos dispositivos de depilação é exatamente por isso que existe o arrefecimento por contacto em safira, e por isso o conjunto de arrefecimento importa mais do que a classificação de flashes na caixa: o que o arrefecimento a gelo de safira faz na realidade.

Uma formulação melhor: alterar a distribuição temporal da entrega de fotões altera a forma como o calor se acumula. Essa é uma afirmação testável. “A luz pulsada não aquece” não é, e um protocolo pulsado de alta potência de pico com um tempo de tratamento longo pode depositar mais calor do que um protocolo CW moderado.

A frequência aparece nos dados celulares

Se o único papel da pulsação fosse a gestão do calor, este seria um tema de engenharia térmica e nada mais. As experiências com células apontam para outro lado.

Kim e colegas compararam 810 nm contínuo com 810 nm pulsado em várias frequências, em células estaminais da polpa dentária humana. Nas condições do estudo deles, a frequência foi relevante: frequências de pulso diferentes produziram respostas bioenergéticas diferentes, com os braços pulsados a divergir do contínuo em vez de simplesmente o amplificarem. O braço de 300 Hz mostrou o desvio mais acentuado nas espécies reativas de oxigénio e em vários outros marcadores biológicos.

O resultado que vale a pena reter: com a energia mantida aproximadamente constante, alterar a frequência de pulso mudou a resposta biológica de forma mensurável. Isso coloca a frequência no conjunto de parâmetros do PBM como candidata a variável independente, a par do comprimento de onda e da fluência, em vez de ficar atrás delas como uma definição do dispositivo.

Ciclo de trabalho: potência média equiparada, instante não equiparado

Este é o parâmetro que é ignorado com mais frequência.

Considere-se dois protocolos, ambos com uma média de 10 mW. O protocolo A é contínuo a 10 mW. O protocolo B tem 100 mW de pico com um ciclo de trabalho de 10%. Relatados como potência média, são idênticos. No momento da estimulação, não têm nada em comum. O protocolo B concentra a mesma energia em janelas breves de grande amplitude e depois apaga-se.

Tang e colegas testaram luz vermelha e infravermelho próximo a 660 nm e 850 nm em células de neuroblastoma, ao longo de uma gama de frequências de pulso e de ciclos de trabalho, contra exposição contínua. A viabilidade celular, o ATP, as espécies reativas de oxigénio e o potencial de membrana mitocondrial mostraram todos sensibilidade à frequência de pulso, e alterar o ciclo de trabalho com uma frequência fixa voltou a deslocar esses marcadores.

Leia isto como uma restrição à interpretação. Quando um artigo relata “850 nm, 10 mW/cm²”, a pergunta seguinte é se esse valor é irradiância contínua ou uma média ao longo de um trem de pulsos. Se for uma média, o resultado não é reproduzível sem a potência de pico, a frequência, o ciclo de trabalho e a largura de pulso. Quatro números, não um.

Maior potência de pico não compra maior penetração

A cadeia de raciocínio é esta: a pulsação eleva a potência de pico, maior potência significa luz mais forte, luz mais forte penetra mais fundo, logo o PBM pulsado trata tecido mais profundo. Cada passo soa plausível. A cadeia quebra no segundo elo.

O transporte da luz no tecido é governado pela absorção e pela difusão no comprimento de onda utilizado, pela composição do tecido no percurso e pela geometria do feixe. Entregar a mesma energia total em rajadas mais curtas eleva a potência instantânea à superfície sem alterar as propriedades ópticas do que está por baixo. A potência de pico não é um substituto da profundidade de penetração. O comprimento de onda é a variável que de facto desloca a penetração, e é por isso que a diferença entre uma janela de 510–1200 nm e uma de 610–1200 nm não é cosmética: como a gama de comprimentos de onda altera o que chega ao folículo.

Ando e colegas compararam 810 nm contínuo com 810 nm pulsado a 10 Hz e a 100 Hz num modelo de lesão cerebral traumática em ratinhos, mantendo a densidade de potência média, o tempo de tratamento e a densidade de energia equiparados entre os braços. O grupo pulsado a 10 Hz saiu-se melhor em algumas medidas neurológicas e histológicas. Note-se que a melhoria não precisou de uma explicação baseada na penetração: com a densidade de potência média equiparada, os braços pulsados não estavam a entregar mais luz ao tecido em nenhum sentido simples. Alguma coisa na estrutura temporal alterou a resposta.

Onde a onda contínua ganha

Esta é a parte que fica de fora dos resumos centrados na pulsação.

Khalaj e colegas compararam infravermelho próximo CW com infravermelho próximo pulsado em fibroblastos gengivais humanos e concluíram que a onda contínua era mais eficaz para a proliferação e a migração celular numa condição específica de 5,2 J/cm². É um resultado in vitro nas condições deles. É também um contraexemplo direto a qualquer afirmação generalizada de que o pulsado supera o contínuo.

Keshri e colegas, a trabalhar em ratos imunossuprimidos com feridas dérmicas, verificaram que determinados parâmetros pulsados de 810 nm melhoraram os resultados de cicatrização em relação aos braços de comparação. Tomados em conjunto com o resultado nos fibroblastos, o resumo honesto é que a literatura tem o pulsado a ganhar em algumas preparações e o contínuo a ganhar noutras.

Porque é que o mesmo comprimento de onda continua a produzir respostas diferentes

O PBM depende dos parâmetros de uma forma que poucas modalidades terapêuticas apresentam. Troque-se uma variável e o resultado pode inverter-se. Com 808 nm fixos, ainda se pode alterar a irradiância (baixa ou alta), o tempo de tratamento, a densidade de energia, o modo, a frequência de pulso e o ciclo de trabalho. Mesmo com a energia total equiparada, 10 J entregues de forma contínua e 10 J entregues como um trem de pulsos não são o mesmo estímulo.

É o mesmo comportamento bifásico que a literatura da fotobiomodulação já documentou para a própria dose (Huang et al., 2009), estendido um nível mais fundo. A resposta bifásica à dose diz que mais energia não é monotonamente melhor. A literatura sobre a pulsação acrescenta que o cronograma de entrega da energia também transporta informação.

Juntando as peças, a dose é pelo menos duas coisas empilhadas:

• uma camada espacial e energética: comprimento de onda, tamanho da mancha, irradiância, fluência
• uma camada temporal: frequência, largura de pulso, ciclo de trabalho, potência de pico, potência média, tempo de tratamento

Como é um conjunto completo de parâmetros de PBM

Se estiver a comparar dois estudos ou dois dispositivos, este é o mínimo que tem de coincidir para que a comparação signifique alguma coisa.

Parâmetro	Porque é necessário
Comprimento de onda	Define o comportamento de absorção e de difusão
Potência de saída	Base para tudo o que vem a seguir
Irradiância	Determina a taxa de fluência à superfície
Fluência	Energia total por unidade de área
Tamanho da mancha	Geometria do feixe e da área entregue
Frequência	Número de pulsos por segundo, se for pulsado
Ciclo de trabalho	Fração de cada ciclo em que o emissor está ligado, se for pulsado
Largura de pulso	Duração de um único pulso, se for pulsado
Tempo de tratamento	Duração de uma única sessão
Sessões	Número e espaçamento dos tratamentos

Nos dispositivos pulsados, relatar apenas a potência média é a falha mais comum. O leitor consegue calcular a potência média a partir da potência de pico e do ciclo de trabalho, mas não o contrário. Sem a potência de pico, a frequência e o ciclo de trabalho, o seu protocolo não é reproduzível e o resultado não pode ser atribuído a um mecanismo. O lado do tecido nessa equação varia tanto como o lado do dispositivo, e é por isso que os mesmos parâmetros produzem resultados diferentes entre tipos de Fitzpatrick e entre regiões: efeitos secundários do IPL por tipo de pele.

O que fazer com isto

Se estiver a comparar dispositivos de PBM, comece por recusar tratar o valor de potência como uma especificação. Pergunte se é de pico ou média. Depois peça os parâmetros temporais e trate a ausência deles como uma lacuna, não como um detalhe. A mesma disciplina aplica-se aos dispositivos de depilação de consumo, nos quais a ficha técnica tende a anunciar uma contagem de flashes em vez da engenharia óptica e térmica que decide como o tratamento se sente na prática: porque é que o revestimento importa mais do que a contagem de flashes, e como é um conjunto de filtros medido em laboratório quando sete deles são ensaiados lado a lado em vez de descritos num folheto: o relatório de ensaio do filtro passa-alto.

Se estiver a ler um estudo, verifique se a camada temporal foi relatada. Uma secção de métodos que apresenta 808 nm e 10 J/cm² descreveu cerca de metade da dose.

Se conduz experiências, relate as duas camadas. Quem avalia se o seu dispositivo é seguro para utilização doméstica está a fazer um julgamento precisamente sobre estes parâmetros, e é por isso que a versão voltada para o consumidor deste argumento vive no nosso pilar de segurança: a depilação IPL é segura.

O mesmo comprimento de onda não é o mesmo tratamento. A mesma energia total não é o mesmo estímulo. As variáveis que decidem o resultado incluem quando a energia chegou e a forma como foi moldada à entrada. Se quiser ver como estas variáveis são especificadas nas plataformas que fabricamos, a gama de dispositivos lista a fluência, o tamanho da mancha e a configuração de pulsos de cada modelo.

Referências

1. Kim HB, Baik KY, Choung PH, Chung JH. Pulse frequency dependency of photobiomodulation on the bioenergetic functions of human dental pulp stem cells. Scientific Reports 2017;7:15927. PMC5698451 · PubMed 29162863
2. Tang L, Qin H, Lin S, Liu M. Effects of Pulsed Red and Near-Infrared Light on Neuroblastoma Cells: Pilot Study on Frequency and Duty Cycle. Photonics 2023;10(3):315. doi:10.3390/photonics10030315
3. Ando T, Xuan W, Xu T, et al. Comparison of Therapeutic Effects between Pulsed and Continuous Wave 810-nm Wavelength Laser Irradiation for Traumatic Brain Injury in Mice. PLoS ONE 2011;6(10):e26212. doi:10.1371/journal.pone.0026212
4. Keshri GK, Gupta A, Yadav A, Sharma SK, Singh S. Photobiomodulation with Pulsed and Continuous Wave Near-Infrared Laser (810 nm, Al-Ga-As) Augments Dermal Wound Healing in Immunosuppressed Rats. PLoS ONE 2016;11(11):e0166705. doi:10.1371/journal.pone.0166705
5. Khalaj S, Iranpour B, Hodjat M, et al. Photobiomodulation effects of pulsed and continuous wave near-infrared laser on the proliferation and migration of human gingival fibroblasts: An in vitro study. Photochemistry and Photobiology 2023;100:225–232. doi:10.1111/php.13816
6. Zein R, Selting W, Hamblin MR. Review of light parameters and photobiomodulation efficacy: dive into complexity. Journal of Biomedical Optics 2018;23(12):120901. doi:10.1117/1.JBO.23.12.120901
7. Huang YY, Chen AC, Carroll JD, Hamblin MR. Biphasic dose response in low level light therapy. Dose-Response 2009;7(4):358–383. PubMed 20011653