Czasopisma pedagogiczne

Od ultasonoterapii do termoterapii

Tomasz Kubiak

(fragment artykułu)

 

Medycyna fizykalna coraz częściej stanowi uzupełnienie leczenia chirurgicznego czy farmakologicznego. Dzięki wykorzystaniu różnych rodzajów energii możliwe jest bowiem wywołanie pożądanych reakcji fizjologicznych oraz uaktywnienie naturalnych mechanizmów obronnych organizmu.

 

Na łamach „Fizyki w Szkole” zostały już przedstawione fizyczne podstawy światłolecznictwa, laseroterapii oraz elektroterapii.[1] W bieżącym artykule omówione zostaną kolejne metody stosowane w fizykoterapii, czyli ultrasonoterapia, termoterapia oraz magnetoterapia. Warto przypomnieć, że w terminologii stosowanej przez fizjoterapeutów złożona reakcja organizmu na określone bodźce fizyczne nazywana jest odczynem. Ma on charakter miejscowy (gdy obejmuje wyłącznie obszar wystawiony na działanie danego czynnika), ogólny (jeśli dotyczy całego organizmu) albo oddalony (kiedy występuje w znacznej odległości od miejsca ekspozycji). Przyjrzyjmy się zatem, w jaki sposób oddziaływanie ultradźwięków, niskich i wysokich temperatur oraz pól elektromagnetycznych generowanych przez urządzenia terapeutyczne może wpływać na organizm człowieka.

Ultrasonoterapia

Ultradźwięki są powszechnie stosowane we współczesnej medycynie. Umożliwiają przede wszystkim wykonywanie bezpiecznych i nieinwazyjnych badań diagnostycznych. Stali czytelnicy pamiętają zapewne, że ultrasonografii, wykorzystywanej do obrazowania różnych struktur anatomicznych oraz badania przepływów krwi w tętnicach oraz żyłach, poświęcono osobny tekst w „Fizyce w Szkole”.[2] Fale akustyczne o częstotliwości wyższej od dźwięków słyszalnych mają również coraz szersze zastosowanie w lecznictwie. W przypadku fizykoterapii komercyjnie dostępne aparaty (fot.1) generują fale o częstotliwościach w zakresie 0,5 – 5 MHz i natężeniach 0,5 – 2,5 W/cm2.

Takie wysokie częstotliwości i stosunkowo małe natężenia są rekomendowane ze względu na wymogi bezpieczeństwa, tzn. zmniejszenie ryzyka wystąpienia kawitacji inercyjnej.[3]  Warto dodać, że biofizycy traktują tkanki miękkie jako płyn, w którym rozchodzą się fale podłużne ze średnią szybkością vśr ≈ 1540 m/s. Ciało człowieka jest oczywiście niejednorodne.

Właściwości poszczególnych tkanek określa się zazwyczaj, podając dla nich wartość impedancji akustycznej Z:

Z = ρ · v

gdzie: ρ – średnia gęstość danego ośrodka, v – prędkość rozchodzenia się w nim fali akustycznej. Na granicy ośrodków różniących się wartościami Z dochodzi do zmiany kierunku propagacji ultradźwięków.

Generalnie przy określaniu zachowania się fal akustycznych niebagatelną rolę odgrywa stosunek ich długości λ do wymiarów d poszczególnych struktur anatomicznych. W medycynie najistotniejszy jest oczywiście zakres geometryczny (d >> λ), dla którego stosujemy prawa odbicia i załamania analogiczne do tych, znanych z optyki. Uwzględniając podany wcześniej zakres częstotliwości oraz średnią szybkość propagacji fal akustycznych w tkankach miękkich, λ zawiera się bowiem w przedziale ≈ 0,3 – 3 mm.

Co ciekawe, fale odbite (np. od kości) mogą interferować z padającymi, przyczyniając się do powstania fal stojących. Te ostatnie nie są jednak pożądane w przypadku fizjoterapii, bo mogłyby prowadzić do miejscowego kumulowania się energii. Warto również dodać, że zdecydowanie mniejsze znaczenie mają zakresy Rayleigha (d << λ) oraz stochastyczny (dλ). W przypadku pierwszego z wymienionych ultradźwięki ulegają rozproszeniu na małych obiektach, np. erytrocytach, natomiast w drugim fale rozproszone na sąsiadujących ze sobą niejednorodnościach struktur anatomicznych mogą interferować. Pochłanianie fal akustycznych zależy natomiast od ich częstotliwości oraz właściwości ośrodka.

Warto wspomnieć, iż tkanki miękkie, które zawierają w swoim składzie znaczne ilości wody, posiadają mniejszy współczynnik absorpcji niż kości. W kontekście fizykoterapii najistotniejsze jest oczywiście oddziaływanie biologiczne ultradźwięków. Ma ono charakter mechaniczny (w literaturze pojawia się określenie „mikromasaż”, odnoszące się do niewielkich zmian objętości komórek na skutek pojawiającej się różnicy ciśnień), także cieplny (przyrost temperatury na skutek absorpcji energii fali jest największy w okolicach kości, co umożliwia przegrzanie np. torebek stawowych czy więzadeł) oraz fizykochemiczny (wpływ na koloidy tkankowe, procesy utleniania i przesuwanie pH roztworów w stronę zasadową).

Należy jednak podkreślić, że w przypadku stosunkowo małych natężeń fal akustycznych stosowanych w fizykoterapii efekty fizykochemiczne mają najmniejsze znaczenie. W kontekście skutków terapeutycznych warto wymienić: rozszerzenie naczyń krwionośnych, powodujące poprawę ukrwienia tkanek i zwiększenie metabolizmu, hamowanie układu współczulnego, zwiększenie rozciągliwości włókien kolagenowych, zmniejszanie napięcia mięśni oraz uśmierzanie bólu. Dlatego ultradźwięki wykorzystuje się u pacjentów po urazach lub ze schorzeniami narządu ruchu oraz układu nerwowego(…)

Więcej przeczytacie w artykule Tomasza Kubiaka „Od ultrasonoterapii do termoterapii, czyli o wykorzystaniu czynników fizykalnych w lecznictwie i rehabilitacji” w najnowszym wydaniu (3/2022) „Fizyki w Szkole”.

Foto – Dreamstime

 

 

[1] T. Kubiak, Od światłolecznictwa do elektroterapii, czyli podstawy wybranych metod fizykoterapii, Fizyka w Szkole z Astronomią, nr 1 (2022), s. 4-11.

[2] T. Kubiak, Ultrasonografia, czyli fale akustyczne w służbie medycyny, Fizyka w Szkole z Astronomią, nr 5 (2017), s. 4-9.

[3] W przypadku kawitacji inercyjnej (ang. inertial cavitation) powstałe w cieczy pęcherzyki gazu gwałtownie zapadają się, powodując powstanie fali uderzeniowej.