Ondas de pressão x Ondas de choque

Stosswellen x Druckwellen

Tradução do artigo publicado pela Sociedade Suíça de Ondas de Choque SGST, através do seu site www.sgst.ch

Índice

INTRODUÇÃO

Porque é necessário diferenciar entre ondas de pressão, produzidas balisticamente, e ondas de choque.

CAPÍTULO 1 - Ondas de choque, ondas sonoras ou ondas de pressão ?

CAPÍTULO 2 - Ondas de choque

A.     Geração

B.     Propriedades

C.    Efeitos

D.    Focalização

E.     Localização

CAPÍTULO 3 - Ondas de pressão balísticas

F.     Geração

G.    Propriedades

H.     Efeitos

CAPÍTULO 4 - Ondas de choque vs. Ondas de pressão

I.         Diferenças físicas

J.      Na aplicação medicinal

K.     Diferenças de aplicação

CAPÍTULO 5 - Resumo

INTRODUÇÃO

Porque é necessário diferenciar entre ondas de pressão, geradas balisticamente, e ondas de choque.

Dr. O. Wess, Kreuzlingen

Ultimamente, assim chamadas “ondas de choque balísticas” são utilizadas para diversas indicações ortopédico-traumatológicas, como cotovelo de tenista e espora calcânea. A utilização do conceito “ondas de choque” sugere aí um parentesco próximo em relação a ou a identidade com a “Terapia por ondas de choque extracorpóreas, ESWT”, usual na medicina.

Esta equiparação é errada do ponto de vista da física e enganosa do ponto de vista da medicina.

Para uma melhor diferenciação, deveria se falar mais corretamente de “Terapia por pulsos de pressão, não-focalizada”, UDPT, (em inglês UPPT, unfocussed pressure pulse therapy). Neste tratado, porém, utilizamos a expressão mais popular “Ondas de pressão (balísticas)”.

Ambos os processos diferenciam-se entre si, de forma substancial, devido aos parâmetros de energia utilizados, o efeito da energia sobre o corpo, a precisão de direcionamento, a realização técnica e os custos.

CAPÍTULO - Ondas de choque, ondas sonoras ou ondas de pressão? 

No âmbito da aplicação medicinal entende-se, sob o conceito genérico de ondas de pressão, ondas sonoras que se propagam no corpo à velocidade do som. Para partes moles, a velocidade de propagação é parecida com a na água, 1500 m/seg. Em tecido ósseo e em tecido que contém gás (pulmão) estes valores variam significativamente para cima, respectivamente para baixo. As gamas de freqüências das ondas vão do infra-som (<20 Hz), passando pela gama audível (20 – 20000 Hz) até a gama do ultra-som usado na medicina (>20 kHz, tipicamente 1-20 MHz).

Fala-se de ondas de choque, no sentido da física, em ondas de pressão de alta amplitude (típico > 10 MPa = 100 bar), não–linear e que no meio de propagação gera um pico acentuado da onda, resultando em tempos de elevação muito curtos, de poucos nanosegundos (10^-9 seg).

Ondas de choque utilizadas na medicina ainda são caracterizadas por se tratar de pulsos de pressão curtos (< 1 microsegundo (10^-6 seg)) com amplitudes de pressão de cerca de 10-100 MPa. Esta forma de pulso abrange freqüências de vários 100 Khz até aproximadamente 20 MHz. Ultra-som diagnóstico possui, ao contrário, uma largura da banda de freqüências muito menor, de poucos MHz, e pressões significativamente mais baixas, de aproximadamente1 Mpa.

Stosswelle = Onda de Choque

Druckwelle = Onda de Pressão

Ultraschall = Ultra-som

Vorläufer = predecessor

Langer Druckpuls = pulso de pressão longo

Zeit = tempo

CAPÍTULO 2 – ONDAS DE CHOQUE

A. Geração de ondas de choque

Para a geração de ondas de choque atualmente são empregados três processos diferentes. Historicamente, as primeiras ondas de choque usadas medicinalmente para a desintegração de pedras foram geradas pelo princípio eletro-hidráulico.

Baseando-se na técnica de ultra-som, também são empregados métodos piezoelétricos.

Outro sistema baseia-se no princípio eletro-magnético (alto-falante), no qual uma membrana cilíndrica é repelida por forças eletromagnéticas.

A onda cilíndrica resultante é concentrada por meio de um refletor parabólico sobre a área de terapia.

Ao contrário das ondas de pressão balísticas, ondas de choque podem ser geradas dentro de um meio semelhante ao tecido (água) e introduzidas no corpo sem perdas significativas através de uma membrana de acoplamento. Devido ao curto comprimento de pulso podem ser empregadas as leis da ótica acústica, isto é, os pulsos são conduzidos na forma de ondas, eles são refletidos, refratados e difundidos, e – muito importante – eles podem ser focalizados.

Devido aos altos gradientes de pressão eles libertam consideráveis forças em superfícies de separação, através do que, por exemplo, pedras dos rins podem ser desintegradas sem contato.

Além disto, eles produzem cavitação, um mecanismo que contribui decisivamente para o efeito da onda de choque no tecido.

B. Propriedades de ondas de choque

As propriedades das ondas de choque são mais uma vez resumidas na tabela a seguir:

C. Efeitos das ondas de choque

As distintas propriedades da onda de choque também tem por conseqüência distintos efeitos medicinais relevantes no tecido, diretos e indiretos. Eles são resumidos nas duas tabelas a seguir:

D. Focalização

Porque é importante a focalização ?

Como em toda parte na medicina, também para a aplicação de energia acústica (ondas de pressão e de choque) em doses terapêuticas vale o princípio de Paracelsus:

Em outras palavras: Também o melhor remédio sempre tem um efeito colateral.

Também ondas de pressão e de choque tem – em uma dosagem demasiada alta – efeitos colaterais.

Assim, hemorragias petequiais são freqüentemente observadas, ocasionalmente também hematomas, extrasístoles e outros efeitos colaterais.

Também aqui é importante, aumentar o efeito no local desejado e minimizá-lo em todo o resto. Portanto, deve-se cuidar que a dosagem seja dirigidamente alta na zona de terapia e baixa em todas as outras zonas.

Desde que não se deseja tratar somente locais de terapia superficiais, a focalização da energia é o método a escolher. Somente assim pode-se alcançar que zonas próximas à superfície (local de penetração na pele) e a vizinhança do objetivo terapêutico sofram pouco, com simultânea concentração da energia sobre a zona essencial de terapia.

 E. Localização

Devido à concentração da energia das ondas de choque, é possível dirigir o efeito a zonas de terapia bastante restritas.

Com o auxílio de um equipamento de localização (ultra-som e/ou raios-X) as regiões alvo podem ser localizadas de forma optimizada e ajustadas também em zonas de tecido mais profundas.

Uma combinação de um aplicador de ondas de choque com um dispositivo de localização por ultra-som “in line” é apresentada esquematicamente na figura a seguir. 

In Line Ultraschall = Ultra-som em linha

Gezielte Anwendung = Aplicação dirigida

CAPÍTULO 3 – ONDAS DE PRESSÃO BALÍSTICA

F. Geração de ondas de pressão

Em comparação com as acima mencionadas ondas de choque, ondas de pressão possuem propriedades significativamente diferentes. Ondas de pressão geradas balisticamente originam-se segundo o princípio do martelete pneumático, através da frenagem abrupta de um êmbolo acelerado pneumaticamente.

O impacto do êmbolo é transmitido ao corpo por meio de uma peça de metal, que por sua vez é pressionada sobre a pele e sobre o local a ser tratado.

O êmbolo movimentado tem por ocasião do impacto uma velocidade de aproximadamente 2-20 m/seg. Com isto, esta velocidade é menor aproximadamente pelo fator 100 do que a velocidade do som no tecido (cerca de 1500 m/seg).

Já em uma onda de choque no sentido da física (formação de um pico acentuado),  seria de esperar que o êmbolo  impactaria com uma velocidade superior a do som. Porém estamos distantes desta situação em cerca de duas ordens de grandeza.

G. Propriedades das ondas de pressão

No local de impacto na superfície da pele é introduzida uma alteração de pressão no tecido subjacente. O pulso de pressão propaga-se no tecido à velocidade do som. Ele possui, porém, parâmetros significativamente diferentes do que o pulso de ondas de choque, tratadas anteriormente. Assim, as pressões alcançáveis estão na faixa de 0,1-1 Mpa, (semelhante ao ultra-som diagnóstico), e a duração do pulso corresponde à de um golpe mecânico de 1-5 milisegundos. O pulso de pressão, assim, é mais longo aproximadamente pelo fator 1000 do que um pulso de onda de choque, com uma duração de < 1 microssegundo.

Em função do comprimento do pulso, nenhuma focalização pode ocorrer no âmbito de todo o corpo. A energia acústica introduzida reduz-se rapidamente com profundidade crescente do tecido (r), proporcional a 1/r². Após poucos milímetros a densidade de energia caiu para valores, que são terapeuticamente ineficazes.

Como ambos os pulsos se propagam no corpo aproximadamente com a mesma velocidade de 1500 m/seg, resulta também na extensão espacial dos pulsos (comprimento do pulso) uma diferença pelo fator 1000, isto é, < 1 mm para ondas de choque em comparação com > 1 m para ondas de pressão geradas balisticamente.

Se já nas ondas de choque as influências não lineares do meio nem sempre são fortemente pronunciadas, isto é, nem sempre se pode, a rigor, falar de ondas de choque, isto vale tanto mais para ondas de pressão geradas balisticamente.

O conceito “ondas de choque”, portanto, aqui é errado do ponto de vista da física e enganoso do ponto de vista da medicina, pois apesar do mesmo conceito geral (ondas de pressão) trata-se de formas de ondas muito diferentes.

H. Ondas de pressão – Efeitos

Ondas de pressão, produzidas de modo balístico, são geradas com o auxílio de um simples percussor mecânico, na superfície da pele.

Através da deflexão do percussor por uma fração de um milímetro, a pele e o tecido subjacente são deformados e a alteração de pressão introduzida no corpo.

A maior pressão é exercida no local de penetração da pele.

Em função do comprimento do pulso, não pode ocorrer nenhuma focalização no âmbito de todo o corpo. A energia acústica introduzida diminui rapidamente com crescente profundidade de tecido (r), na proporção de 1/r². Após poucos milímetros a densidade de energia reduz-se a valores que são ineficazes terapeuticamente.

Devido ao longo comprimento de pulso (> 1m), todas as zonas de tecido são verberadas quase simultaneamente (de forma síncrona), diferente de pulsos curtos, nos quais uma alteração passa em forma de ondas através do tecido e estimula as diversas zonas de tecido seqüencialmente sob a ação de elevados gradientes de pressão.

As propriedades características das ondas de pressão permitem possíveis efeitos medicinais apenas na superfície, como são apresentados na tabela a seguir.

CAPÍTULO 4 – ONDAS DE CHOQUE x ONDAS DE PRESSÃO

I. Diferenças físicas

As diferentes propriedades físicas têm conseqüências bastante consideráveis para a aplicação:

J. Aplicação medicinal

Ondas de pressão balísticas

Ondas de pressão balísticas são, como descrito acima, geradas na superfície da pele com o auxílio de um simples percussor mecânico: Através da deflexão do percussor por uma fração de um milímetro, a pele e o tecido subjacente são deformados e a alteração de pressão introduzida no corpo.

A maior pressão sobre o tecido é exercida no local de penetração da pele.

Em função do comprimento de pulso, não pode ocorrer nenhuma focalização no âmbito de todo o corpo. A energia acústica introduzida diminui rapidamente com crescente profundidade de tecido (r), proporcional a 1/r².

Após poucos milímetros a densidade de energia reduz-se a valores, que são ineficazes terapeuticamente.

Ballistische Druckwelle = Onda de Pressão Balística

Hohe Haubelastung = Alta Pressão na Pele

Geringe Tiefenwirkung = Pouca Efetividade na Profundidade

Energieabfall in der Tiefe = Redução de Energia na Profundidade

Behandlungszone = Área de Interesse

Ondas de choque

Todos os aparelhos atuais, que utilizam ondas de choque no sentido definido acima, possuem dispositivos de focalização. São utilizados lentes e diversos tipos de refletores. Como exemplo, está representada uma fonte eletromagnética cilíndrica com refletor parabolóide.

Esta forma de focalização porém, devido aos motivos acima mencionados, somente é possível com os pulsos curtos das ondas de choque, não com os pulsos longos das ondas de pressão balísticas.

Com esta focalização, por isso, é possível um efeito máximo dirigido, na profundidade do tecido, no local desejado. As zonas de tecido adjacentes são poupadas na medida do possível.

Stosswelle = Onda de Choque

Geringe Hautbelastung = Pressão Mínima na Pele

Energiekonzentration in der Behandlungszone = concentração de energia na Área de Interesse

K. Diferenças de aplicação

As diferenças de aplicação, resultantes das diferentes propriedades de ondas de pressão balísticas e de ondas de choque, são mais uma vez resumidas na tabela abaixo:

CAPÍTULO 5 - RESUMO

Apesar de certo parentesco, sob o ponto de vista da física, entre ondas de pressão balísticas e ondas de choque, ambas as ondas ou formas de pulso apresentam diferenças significativas.

Destas diferenças resultam diferentes formas de ação e campos de aplicação.

Enquanto para a conhecida terapia por ondas de choque (ESWT) já existem centenas de relatórios relativos a experiências e numerosos estudos, isto só vale em âmbito muito restrito para UDPT.

É, portanto, errado tratar estes dois processos de forma não-diferenciada sob o conceito terapia por ondas de choque. São duas coisas por princípio demasiado diferentes.