Le onde d’urto sono impulsi acustici che vengono utilizzati fin dagli anni ‘80 del secolo scorso per il trattamento di diversi disturbi medici, tra cui i calcoli renali. Un ambito di applicazione speciale delle onde d’urto è la neurologia: quando si applicano le onde d’urto sul cervello, si parla di stimolazione transcranica a impulsi (TPS).
Qui di seguito desideriamo illustrarvi l’affascinante mondo delle onde d’urto impiegate in medica, approfondendo alcuni aspetti, quali la storia, le caratteristiche fisiche e il principio di azione di questa tecnologia.
Onde d'urto in natura
Le onde d'urto sono un fenomeno affascinante che si riscontra in natura. Si verificano quando un oggetto si muove a velocità superiore a quella del suono in un mezzo (come l'aria o l'acqua), creando una variazione improvvisa e significativa di pressione, temperatura e densità. Queste onde possono essere osservate in vari ambienti naturali.
Uno degli esempi più comuni di onde d'urto nell'atmosfera è il cosiddetto boato sonico. Quando un oggetto, come un aereo a reazione, viaggia a una velocità superiore a quella del suono, genera onde d'urto che si propagano nell'aria, provocando il caratteristico boato. Le onde d'urto si presentano anche durante i temporali. Quando un fulmine si abbatte, riscalda rapidamente l'aria circostante fino a raggiungere temperature estreme. Di conseguenza, l'aria si espande in modo esponenziale, creando un'onda d'urto che si propaga nell'atmosfera. Quando l'onda d'urto viaggia attraverso l'aria, crea un suono ondulatorio che noi riconosciamo come tuono.
Un altro affascinante esempio di onde d'urto in natura si incontra nel mondo sottomarino, grazie ai gamberi pistola. Nonostante le dimensioni ridotte, i gamberi pistola hanno una notevole capacità di generare onde d'urto. Lo fanno sfregando le chele a una velocità incredibile per creare onde d'urto che stordiscono le piccole prede e che permette così ai gamberi di procurarsi il cibo. L'onda d'urto prodotta da un gambero pistola si sente anche sott'acqua.
I principi alla base delle onde d'urto naturali hanno trovato preziose applicazioni nel campo della medicina come trattamento non invasivo in varie condizioni mediche.
Storia e caratteristiche fisiche delle onde d’urto in medicina
Utilizziamo le onde d’urto per la terapia extracorporea dei calcoli renali fin dalla fine degli anni ‘80 del secolo scorso. Oggi, le onde d’urto sono utilizzate per svariate applicazioni mediche con diversi range di energia, ad esempio per il trattamento delle malattie muscoloscheletriche e la medicina rigenerativa. Sono documentate applicazioni efficaci delle onde d’urto per il trattamento delle malattie dell’apparato locomotore e delle pseudoartrosi, per la stimolazione dell’angiogenesi, per i disturbi di guarigione delle ferite e per il trattamento dell’angina pectoris e dell’insufficienza cardiaca.
Le onde d’urto sono impulsi acustici prodotti meccanicamente, caratterizzati da una singolare forma dell’impulso e da una durata ultra breve. Grazie a queste caratteristiche, le onde d’urto non inducono effetti termici, quindi non surriscaldano il tessuto. Le onde d’urto vengono trasmesse al tessuto corporeo in modo non invasivo. Per la trasmissione e la diffusione all’interno del corpo, le onde d’urto necessitano di un mezzo elastico, come acqua o gel di accoppiamento. Le onde d’urto hanno la proprietà di rendere efficace l’energia fisica in zone di tessuto localizzate.
Per ulteriori informazioni sulle caratteristiche fisiche delle onde d’urto si rimanda al link: Cosa sono le onde d’urto? Caratteristiche fisiche e tecniche
In neurologia, quando parliamo di trattamento ad onde d’urto con il NEUROLITH® intendiamo la stimolazione transcranica a impulsi – abbreviata in TPS. Il NEUROLITH® è un dispositivo che dal 2018 è omologato CE per il trattamento di pazienti con sintomi della demenza di Alzheimer. Gli impulsi prodotti dalla TPS vengono trasmessi in modo controllato e non invasivo, attraverso cuoio capelluto e calotta cranica, nelle regioni cerebrali del paziente solitamente colpite dalla demenza di Alzheimer.
Per ulteriori informazioni sulla TPS si rimanda al link: Stimolazione transcranica a impulsi con il NEUROLITH
In che modo agiscono le onde d’urto?
Il meccanismo su cui si basa l’azione delle onde d’urto nel tessuto è la meccanotrasduzione, un fenomeno che consiste nella conversione degli impulsi fisici, ovvero le onde d’urto, in processi cellulari responsabili di effetti positivi sul metabolismo e sul ciclo cellulare.1 Ciò include la migrazione e la differenziazione delle cellule staminali, la liberazione di ossido di azoto (NO)2 e la stimolazione di fattori di crescita (VEGF, BDNF)3,4, con conseguente formazione di nuovi vasi sanguigni, miglioramento dell’irrorazione sanguigna e rigenerazione dei nervi.*
Onde d’urto e ultrasuoni a confronto: le differenze principali
Onde d’urto e onde ultrasonore sono entrambe onde sonore impiegate in medicina. Esiste tuttavia una differenza sostanziale tra queste due tecnologie. Gli ultrasuoni terapeutici sono formati da un’onda continua con numerose vibrazioni nell’intervallo dei megahertz. Le onde d’urto, invece, sono formate da un unico impulso ad incremento pressorio molto rapido (1 µs), seguito da un decremento più lento (4 – 5 µs). Sebbene le due tecnologie utilizzino frequenze simili, agiscono in modo sostanzialmente diverso.
Le onde ultrasonore presentano vibrazioni periodiche che possono provocare surriscaldamento del tessuto, il che le rende adatte per l’impiego nella cosiddetta tecnologia HIFU. Le onde d’urto svolgono un’azione stimolante in un range a bassa energia, senza comportare fenomeni di surriscaldamento.
In virtù dei loro diversi principi d’azione, le onde d’urto e gli ultrasuoni terapeutici trovano applicazione in differenti ambiti medico-clinici con diversi obiettivi.
Onda d’urto
- Impulso pressorio singolare, seguito da un decremento pressorio di ampiezza inferiore
- Forma asimmetrica dell’impulso
- Nessun surriscaldamento significativo del tessuto
- Le onde d’urto sono percepite come eventi sensoriali di breve durata
- Stimolazione del tessuto
Ultrasuono
- Onda continua con numerose vibrazioni
- Forma continua e simmetrica dell’onda
- L’energia è assorbita dal tessuto con conseguente surriscaldamento dello stesso
- Le onde ultrasonore non sono percepibili
- Coagulazione del tessuto
Purtroppo, nelle pubblicazioni scientifiche il termine "ultrasuoni" viene spesso utilizzato in modo errato in relazione alla stimolazione transcranica a impulsi (TPS). In realtà, la TPS prevede onde d'urto (onde acustiche a impulsi) e non ultrasuoni.
*Gli effetti menzionati in relazione ai trattamenti con onde d’urto riguardano diversi tipi di tessuto e non possono essere estesi in modo generalizzato a tutte le indicazioni senza prova scientifica.
1 d´Agostino, M. C. et al.: International Journal of Surgery, 24(Pt B):147-153, 2015.
2 Mariotto, S. et al.: Nitric Oxide, 12(2):89-96, 2005.
3 Yahata, K. et al.: Journal of Neurosurgery, 25(6):745-755, 2016.
4 Hatanaka, K. et al.: American Journal of Physiology-Cell Physiology, 311(3):C378-85, 2016.
