Ondas de Choque: O Que São e Como Funcionam

Considera-se uma onda de choque como sendo uma forte onda de pressão em qualquer meio (gasoso, líquido ou sólido), produzido por fenômeno que causa uma violenta variação de pressão neste, como, por exemplo: explosões, raios, trovões, aviões supersônicos etc). Tais ondas são sentidas como uma poderosa e aguda detonação, com alta amplitude de pressão.

Diferem-se das ondas sonoras porque na região em frente a onda, onde há a compressão, ocorre violenta modificação no stress, na densidade e na temperatura do meio. Por esta razão a onda de choque se propaga de maneira diferente da onda acústica habitual.

As ondas de choque se propagam de maneira mais rápida que as ondas sonoras, porque parte da energia daquelas é gasta para aquecer o meio em que viajam. Sua amplitude (como, por exemplo, a criada no ar por uma explosão) diminui praticamente ao inverso do quadrado da distância que percorre, até tornar-se tão fraca que obedece às leis das ondas acústicas.

Desta forma, as ondas de choque alteram as propriedades mecânicas, elétricas e térmicas dos sólidos, vez que têm elevação da pressão até grandes picos em um curto período de tempo.

Esta intensa variação de pressão ger, fortes ondas de compressão e de tensão, que podem viajar através de qualquer meio elástico (ar, água, sólido).No momento em que uma onda de choque atinge um meio causa a concentração e expansão neste, com isto modificando a densidade local.Com relação à propagação de uma onda de choque, pode ser esta descrita como a alternância entre a compressão e o relaxamento de um meio, na direção da propagação.

Quando aplicada à terapia extracorpórea por ondas de choque, define-se esta como sendo um pulso sônico caracterizado por:

  • Alto pico de pressão: 500 bars (50 MPa)
  • Curto período de duração: 10 ms
  • Elevação de pressão muito rápida: < 10 ns
  • Espectro de freqüencia larga: (16 – 20 Hz)

A energia de pulso sônico, conforme demonstra a figura anterior, precisa ser focada para ser aplicada exatamente na região desejada. Isto é para assegurar que tenham efeitos apenas na região a ser tratada, evitando danos a tecidos circunvizinhos.

Geradores de Onda de Choque Para Uso Ortopédico

Ondas de choque para uso em medicina tem quatro tipos de geradores:

  • Eletromagnéticos
  • Piezoelétricos
  • Eletropneumáticos
  • Eletrohidráulicos

• Nos equipamentos ELETROMAGNÉTICOS a geração da onda é feita com uma bobina que se opõe a uma membrana metálica. Uma corrente elétrica de alta intensidade é passada pela bobina, gerando um forte campo eletromagnético, o que induz uma alta corrente na membrana metálica oposta, o que a faz afastar-se rapidamente, comprimindo o meio fluido no qual ela está, produzindo uma onda de choque, que através de uma lente é
focada no ponto F2.

• Nos equipamentos que utilizam o princípio PIEZOELÉTRICO, um grande número de cristais (de centenas a alguns milhares) é montado sobre uma superfície esférica. Recebe uma rápida e intensa carga elétrica. Isto causa deformação (contração e expansão dos cristais) o que induz a formação de uma onda de choque no meio líquido no qual o equipamento está imerso. A focalização para o ponto F2 é feito pela própria forma geométrica da esfera.

• Nos equipamentos ELETROPNEUMÁTICOS a geração da onda é feita utilizando o princípio físico da 3° Lei de Newton (action and reaction). Através de um sistema específico de conversão de energia localizado dentro dos Geradores, energia cinética é convertida em energia acústica que são as Ondas de Choque. Essa energia pode ser dosada em baixa, média ou alta energia. Na extremidade do Gerador existe a interface entre o Gerador e a superfície, que são os aplicadores. Dependendo do uso do tipo de aplicador, existe um ou dois pontos focais. Quando só temos F1 a propagação das Ondas de Choque é Radial. Quando temos F1 e F2 temos um foco no aplicador e outro mais afastado, F2. Os aplicadores podem ser cambiáveis de modo que para cada patologia utiliza o mais adequado.

Aplicador Radial:

 

 

Max. Positive Energy Flux Density: ED+ max 0,4 mJ/mm² ;
Max. Positive Pressure: P+ max + 16,1 MPa ;
Max. Negative Pressure: P- max -8,6 MPa ;
Max. Penetration Depth: 40 mm

Aplicador Focal:

Max. Positive Energy Flux Density: ED+ MAX 0,55 mJ/mm² ;
Max. Positive Pressure: P+ MAX + 19,2 MPa
Max. Negative Pressure: P- MAX -10,2 MPa
Max. Penetration Depth: 45 mm

• Nos equipamentos ELETRO HIDRÁULICOS uma fagulha entre duas pontas de um eletrodo, imerso em um meio líquido, aquece e vaporiza a água, produzindo uma bolha de gás cheia de vapor. A expansão desta bolha produz um pulso sônico e a subsequente implosão de um pulso reverso, manifestando-se uma onda de choque. Esta onda é esférica e é refletida em uma superfície elipsóide e focada (concentrada) em um ponto focal, chamado foco F2.

As ondas de choque eletro hidráulicas são geradas por um emissor e enviadas para um eletrodo (1) chamado F1 que por sua vez gera um disparo de onda, de características predefinidas e controladas, envolvido num meio líquido.

As ondas de choque passam a ser propagadas em todas as direções pelo líquido e vão de encontro a um refletor (2). Este refletor está dimensionado geometricamente para refletir todas as ondas de choque de maneira que elas se concentrem em um ponto chamado de F2. Assim temos o F2 como o nosso foco terapêutico, que será aplicada região a ser tratada.

O foco terapêutico F2 tem dimensões predefinidas de acordo com as propriedades de geração de onda. As dimensões do foco terapêutico do equipamento são:

Para entendermos melhor os valores apresentados na figura acima iremos estudar com maior profundidade a onda de choque.

A energia E da onda de choque é determinada pela amplitude da pressão e sua duração pela sua propriedade acústica central (densidade e velocidade sônica) e pela propagação espacial da onda de choque.

Esta energia é mediada em mili jouule (mJ). Se a energia E das ondas de choque forem distribuídas a uma superfície muito grande serão aplicadas ao corpo do paciente sem efeito.

Para a atuação de efeito nos tecidos a energia E da onda de choque tem que ser focada em uma área delimitada (F2). Somente nesta área focal, que a onda de choque excede valores capazes de produzir efeitos terapêuticos.

Para a eficácia da onda de choque nos efeitos terapêuticos, a pressão deve atingir níveis iguais ou superiores a 5 MPa (50 bar). Sendo assim, chamamos toda a área atingida por essa pressão de Foco 5 MPa. E a energia aplicada a esta área de E+(5 MPa ) e seu sinal positivo refere-se à pressão positiva da onda, ignorando o ciclo negativo.

O diâmetro do Foco 5 MPa e a energia aplicada a esta área são determinados pela seleção de energia do equipamento. Se o nível de energia aplicado for alto, o diâmetro e a gama de ação das ondas de choque nesta área serão maiores do que a aplicação de energia baixa.

No equipamento dependendo do nível de energia aplicada, a área do Foco 5 MPa varia entre 19 mm (energia baixa) até 58 mm (energia alta).

Parâmetros Físicos

Definições:

– Campo de pressão ou volume focal: a pressão é máxima no ponto focal, mas também afeta e se distribui ao longo das áreas circunvizinhas, ao longo dos eixos X, Y e Z, criando o volume focal.

– Densidade de fluxo de energia: é a quantidade máxima de energia que é transmitida por uma área de 1 mm2, em cada pulso.

– Energia total de cada pulso: é a soma de todas as densidades a cada choque, isto é, a energia total através de todo o perfil do feixe de energia.

A região focal da onda de choque pode ser definida por três condições:

– Área 5 mm: é simplesmente uma área física correspondente a uma esfera de 5 mm de raio, centrada no ponto focal.

– Área de 6 db: é o volume do tecido, em mm, dentro do qual a pressão é ao menos 50% do seu valor de pico.

– Área de 5 MPa: é o valor do tecido, definido em mm, ao longo dos eixos X, Y e Z, onde a pressão ultrapassa 5 MPa.

Efeitos Biológicos

Os efeitos biológicos se devem principalmente à:

  • distribuição de pressão
  • densidade de energia
  • energia acústica total

Ondas de choque se propagam através de tecidos moles, homogêneos, com velocidade > 1500 m/s, com apenas uma leve distorção.

Quando a onda de choque se propaga através de um meio, ela atinge a interface com um segundo diferente meio, a onda de choque é modificada, desvia de sua propagação linear, parte da onda é transmitida, absorvida e parte é refletida em uma liberação localizada de energia.

As ondas de choque geram grande stress, que age nas interfaces gerando ali forças de tensão, que causam cavitação.

Durante a fase tensional da onda de choque, forças tensionais geram bolhas de cavitação temporárias. Algumas delas perduram até por mais de um pulso de onda de choque. Tem tamanhos variados. Podem colidir e podem se juntar. O colapso destas bolhas libera grande quantidade de energia, na forma de jatos e alta temperatura. A nível celular estes jatos podem romper organelas e estrutura intracelulares.

Com isto, os feitos diretos e indiretos das ondas de choque podem provocar pequenas lesões nos tendões, periósteo e tecido ósseo esponjoso como:

  • hematomas
  • lesões endoteliais
  • alteração da permeabilidade da membrana celular
  • alteração de mitocôndrias
  • destruição celular com morte celular
  • promoção de radicais livres
  • promoção de NO (óxido nitroso), que inicia reação de enzimática, estimulando o crescimento vascular na área tratada, o que parece iniciar o processo de regeneração em tecidos cronicamente inflamados.

Existe valor mínimo de densidade de energia que precisa ser ultrapassado para que haja um estímulo ao processo de regeneração celular.

A densidade de energia (mJ/mm2) de uma onda de choque é importante, mas clinicamente o mais relevante parâmetro físico pode ser a quantidade total de energia administrada em um pulso de onda de choque.

Intensidades de Energia

Por definição e consenso:

  • baixa energia: 0,08 – 0,23 mJ/mm2
  • média energia: > que 0,24 mJ/mm2
  • alta energia: > que 0,5 mJ/mm2

0,15 mJ/mm2: membrana celular fica permeável
0,22 mJ/mm2: desintegração de componentes celulares
0,35 mJ/mm2: alteração em mitocôndrias
0,50 mJ/mm2: lesão ao núcleo celular

Efeito analgésico

Existem duas teorias que tentam explicar o efeito analgésico das ondas de choque em ortopedia:

– Melzak e Wall (1965): teoria do “controle de entrada”, onde se estipula que estimulando mecanoreceptores sensitivos, aferentes, não nociceptivos, os neurônios présinapticos espinais do corno posterior são inibidos (“portão de entrada fechado”), de tal maneira que a transmissão do impulso doloroso para o cérebro não é possível.

– Melzak: uma segunda teoria do efeito analgésico das ondas de choque é a de analgesia por hiper estimulação. O autor conseguiu provar que um estímulo forte, duradouro (de segundos, até vários minutos), aplicação ao ponto doloroso inicial, pode reduzir esta dor original definitivamente.