Efectele unor factori fizici utilizati in terapie

Efectele unor factori fizici utilizati in terapie

1. Termoterapie

2. Crioterapie

3. Electroterapie

4. Ultrasonoterapie

5. Radioterapie

6. Fototerapie

Termoterapie

Incalzirea locala sau generala a organismului produce efecte terapeutice, legate indeosebi de vasodilatatie si de cresterea debitului sanguin, precum si de faptul ca dezvoltarea tumorilor canceroase este inhibata prin cresterea temperaturii acestor tumori

Incalzirea locala se poate face prin :

   - conductie, situatie in care zona ce trebuie incalzita este pusa in contact cu obiecte calde (perna electrica, pilota cu apa calda, bai calde  etc.);

   - radiatie, prin expunere la soare sau la raze infrarosii generate de lampi de infrarosii (lampi cu filament incandescent si cu filtru de infrarosii ce lasa sa treaca radiatii cu lungimi de unda cuprinse intre 0,8 si 40 mm, radiatii ce patrund la adancimi de pana la 3 mm in piele);

    - diatermie, care se clasifica in :

    a) diatermie cu unde lungi sau D'Arsonvalizare, care utilizeaza curenti electrici alternativi cu frecventa de 10 kHz, aplicati prin intermediul unor electrozi aflati in contact cu pielea;

    b) diatermie cu unde scurte, care utilizeaza unde electromagnetice cu frecventa de 30 MHz, aplicate tesutului prin placi metalice situate la o oarecare distanta (capacitiv) sau  inductiv prin bobine (magnetodiaflux), adica prin dispozitive care nu intra in contact cu pielea;

    c) diatermie cu microunde, care foloseste microunde cu frecventa de 2450 MHz

    - ultrasonare, care foloseste fascicule de ultrasunete cu frecventa de ordinul MHz si permite o buna localizare a incalzirii, atat prin directionarea fasciculului cat si pe baza capacitatii diferite de absorbtie a ultrasunetelor de catre tesuturi.

Crioterapie

Obtinerea unor temperaturi scazute cu ajutorul bioxidului de carbon solid (zapada carbonica) la - 79ºC sau a azotului lichid (-196ºC), a permis utilizarea frigului in scopuri medicale, atat pentru conservarea unor tesuturi sau organe (sperma, maduva osoasa etc. sau chiar a unor persoane decedate sau a capetelor acestora) in vederea revitalizarii si/sau utilizarii lor ulterioare cat si pentru executarea unor manevre chirurgicale (criochirurgie). Avantajele criochirurgiei constau in lipsa durerii, sangerari putin importante si distrugeri bine localizate ale tesuturilor (tumori, nevi sau chiar nuclee din talamus, ca in cazul tratamentului maladiei Parkinson).

Fara a se incadra strict in crioterapie, tehnicile de realizare a hipotermiei controlate (coborarea temperaturii corpului cu cateva grade) permit efectuarea unor operatii pe cord in conditiile unei mai mici crize de timp.

Electroterapie

In aplicatiile medicale, electricitatea se utilizeaza sub urmatoarele forme :

 - electricitate statica sau franklinizare

   - curent electric continuu sau galvanizare

    - curent electric alternativ sau faradizare

    - curent electric in impulsuri

Electricitatea statica produsa de un generator de curent continuu de inalta tensiune poate fi utilizata pentru a administra unui pacient o asa numita baie electrostatica, prin simpla conectare a acestuia la polul pozitiv sau negativ al sursei. Pacientul, asezat pe un suport bine izolat de pamant, poate fi adus cu usurinta la un potential de cateva mii de volti. Electricitatea statica poate fi administrata si local, sub forma de efluvii sau de scantei, prin apropierea de corpul pacientului a unui electrod aflat la un potential electric ridicat.

Curentul continuu de joasa tensiune, generat de baterii, acumulatori sau redresori de curent alternativ,  se aplica tesuturilor prin intermediul a doi electrozi, numiti anod si catod. Curentul circula prin tesuturi nu numai de-a lungul liniei drepte ce uneste electrozii ci si prin regiuni aflate in afara acestei linii, dispersandu-se sub forma de curenti din ce in ce mai slabi, pe masura ce se departeaza de aceasta linie. Acesti curenti poarta numele de curenti electrotonici (figura). In vecinatatea anodului circula curenti anelectrotonici iar in apropierea catodului, curenti catelectrotonici. Primii au proprietatea de a micsora excitabilitatea tesuturilor iar ceilalti de a o mari; aceste efecte justifica utilizarea lor medicala.

O aplicatie medicala importanta a curentului continuu este defibrilarea cardiaca, ce poate salva viata unui om aflat in stop cardiac

Deoarece tesuturile sunt conductori ionici, curentul continuu da nastere in ele unor fenomene de electroliza, soldate cu aparitia la catod a hidroxidului de sodiu si la anod a acidului clorhidric. Asa se explica de ce, la intensitati mari ale curentului electric continuu, pot aparea escare negative cenusii in zona de contact a tegumentului cu catodul si escare pozitive brune la anod. Asemenea efecte sunt folosite pentru distrugerea pe cale galvanocaustica a unor tumori.

Curentul continuu de mica intensitate poate fi folosit pentru introducerea in organism, prin piele si prin mucoase, a unor ioni medicamentosi (iod, salicilat etc.) prin fenomenul numit ionoforeza in cadrul  ionoterapiei.

Curentii alternativi de joasa frecventa (50-100 Hz) produc modificari circulatorii locale, senzatii dureroase, contractii musculare precum si o incalzire locala.

Curentii alternativi de inalta frecventa nu produc excitatii. Efectele lor principale sunt cele termice iar aplicarea lor in medicina poarta numele de diatermie.

Efectul curentilor de inalta frecventa poate fi folosit si pentru distrugerea unor tumori prin diatermocoagulare, ca si pentru taierea tesuturilor (bisturiu electric), precum si in electrofiziologia interventionala

Curentul electric poate fi aplicat si sub forma de impulsuri. In functie de forma, durata, amplitudinea si frecventa lor, impulsurile pot produce efecte biologice dintre cele mai diverse (de la stimulare, contractii musculare, durere si pana la sedare, anestezie sau somn).  Impulsurile de durata mare se supun legilor lui Pflger conform carora, la inchiderea circuitului electric, excitarea nervilor si a muschilor se produce la catod iar la deschiderea circuitului, excitarea se produce la anod. Aplicate la nivelul capului, impulsurile pot produce sedare, electrosomn, electronarcoza sau electrosoc (in aceleasi scopuri se folosesc si curentii alternativi de joasa frecventa).

Ocazional,  pentru grabirea vindecarii fracturilor, pseudoartrozelor etc. se utilizeaza campuri electromagnetice pulsate.

In anumite conditii, curentul electric poate deveni primejdios, provocand electrocutarea. Cel mai periculos, in acest sens, este curentul alternativ de joasa frecventa, care poate produce moartea prin electrocutare la o intensitate de patru ori mai mica decat cea la care produce electrocutarea mortala un curent continuu, in conditii identice. Curentii alternativi de frecvente inalte nu produc electrocutare.

    Procedeele electroterapeutice sunt extrem de numeroase si variate, un loc deosebit in randul lor fiind ocupat de stimulatoarele electrice, cu intrebuintari multiple (defibrilatoare, stimulatoare cardiace, aparate de electroanestezie, aparate pentru electrosocuri etc.).

Ultrasonoterapia

Producerea ultrasunetelor

Undele acustice cu frecvente mai mari de 20.000 Hz, produse prin vibratiile mecanice ale unui mediu elastic, se numesc ultrasunete. Printre organismele vii, cea mai mare parte a insectelor si unele vertebrate (delfini, lilieci) pot produce si receptiona ultrasunete (pana la 200 kHz), pe care le folosesc pentru orientare spatiala. In tehnica, ultrasunetele se obtin cu ajutorul unor traductoare aero-, hidro-, electro- sau magnetomecanice. Cel mai frecvent utilizate sunt traductoarele electro- sau magnetomecanice. Dintre acestea, traductoarele piezoelectrice se bazeaza pe proprietatea unor cristale (cuart, tartrat dublu de sodiu si potasiu - numit sare Seignette-, fosfat de amoniu etc.), taiate dupa anumite plane geometrice, de a se comprima si dilata succesiv atunci cand sunt supuse unei tensiuni alternative de mare frecventa. Amplitudinea vibratiilor produse in cristal este maxima pentru o frecventa egala cu frecventa proprie de rezonanta a cristalului. Traductoarele electrostrictive folosesc dielectrici (ex. titanat de Ba) in loc de cristale. Traductoarele magnetostrictive sunt reprezentate de materiale feromagnetice plasate in interiorul unui solenoid alimentat cu curent alternativ de inalta frecventa. Miezul solenoidului se comprima atunci cand curentul alternativ instantaneu trece prin valorile maxime si revine la starea initiala atunci cand acesta trece prin valoarea de zero.

Proprietatile fizice ale ultrasunetelor

Ca si sunetele, ultrasunetele se propaga cu viteze care depind numai de proprietatile mediului prin care se propaga. Ele se reflecta, refracta, difracta, interfereaza si difuzeaza. Absorbtia in diferite medii se face exponential conform legii Lambert:

I = I₀ e^-mx

m - coeficientul de atenuare, proportional cu n

I₀ - intensitatea undei incidente

I - intensitatea undei emergente

x - grosimea stratului de substanta strabatut

Energia absorbita este disipata sub forma de caldura. Deci, in acelasi mediu, ultrasunetele vor disipa cu atat mai multa caldura cu cat frecventa lor este mai mare. Deoarece ultrasunetele sunt folosite in medicina, atat in explorari functionale, cat si in terapie, trebuie sa se tina seama de acest efect important.

Reflexia la suprafata de separare a doua medii este caracterizata prin coeficientul de reflexie R: R = E_r/E_i, unde E_r este energia undei reflectate, iar E_i energia undei incidente. In functie de impedanta acustica caracteristica, Z_c = rv (r - densitatea mediului, v - viteza undei), coeficientul de reflexie va fi:

R = ((Z₁ - Z₂)/(Z₁ + Z₂))²

La interfata aer/apa, coeficientul de reflexie este practic egal cu unitatea, de aceea, in explorarile ultrasonografice, trebuie sa fie evitat stratul de aer care s-ar forma intre sonda emitatoare si pielea pacientului (de ex. prin ungerea pielii cu ulei de parafina prin care se poate realiza un contact bun).

Efectele ultrasunetelor

1. Efecte fizice

2. Efecte chimice si electrochimice

3. Efecte biologice

1. Efectele fizice pot fi: mecanice (cavitatie, omogenizare, precipitare, coagulare, dispersie), electrice (formarea dublului strat ionic la suprafata de separare dintre doua medii cu aparitia unor diferente de potential, ionizari), optice (modificarea indicelui de refractie al substantei).

Cavitatia

Unul dintre efectele fizice de mare interes este cavitatia. In anumite conditii, ultrasunetele produc intr-un lichid ruperi locale ale acestuia, cu aparitia unor bule care contin vapori de lichid sau gaze rarefiate. Acest fenomen se produce datorita faptului ca lichidul este supus unor dilatari si comprimari succesive cu o frecventa identica cu aceea a ultrasunetelor. De exemplu, la 2 MHz ( l = 0,75 mm) doua puncte situate la d = l/2 sunt unul comprimat, altul decomprimat, atingand o diferenta de presiune de zeci de atmosfere. Un calcul simplu arata ca pentru o unda cu I = 30 W/cm²:

p_max² = 2ZI = 2 rcI = 2

p_max = 10⁶ N/m² = 10 atm

Se formeaza cavitati, cu durata de viata foarte mica (10^-6 s), dar in care se pot produce o serie de fenomene cum ar fi: excitarea si ionizarea unor molecule, aparitia unor diferente de potential electric intre peretii cavitatii, care pot duce la descarcari electrice in gazele rarefiate din cavitate, emisii de radiatii luminoase (ultrasonoluminescenta), formare de radicali liberi foarte activi si nocivi. Disparitia cavitatii se face printr-o decompresie violenta (implozie) in cazul in care frecventa ultrasunetelor este egala cu frecventa proprie de rezonanta a cavitatii. Presiunea in cavitate poate ajunge la mii de atmosfere, iar temperatura la mii de grade. Acestea pot avea ca efect ruperea unor structuri sau a unor macromolecule aflate in apropiere.

2. Efectele chimice si electrochimice pot fi de oxidare, reducere, polimerizare, depolimerizare, sinteza, modificare a conductibilitatii electrice a lichidelor.

3. Efectele biologice ale ultrasunetelor sunt consecinta efectelor fizico-chimice asupra structurilor vii. In functie de intensitatea ultrasunetelor, exista trei categorii de efecte:

a. Ultrasunetele de intensitate mica, < 0,5 W/cm², produc modificari functionale.

b. Ultrasunetele de intensitate medie, 0,5 < I < 5 W/cm²,  produc modificari structurale reversibile.

c. Ultrasunetele de intensitate mare, > 5 W/cm², produc modificari structurale ireversibile. Pot fi utilizate la distrugerea bacteriilor, prepararea vaccinurilor si distrugerea tumorilor.

Utilizarea ultrasunetelor in medicina

Ultrasunetele se pot utiliza atat in terapie cat si in diagnostic. Frecventele optime de utilizare sunt cuprinse intre 800-1200 kHz, iar adancimea de patrundere in tesuturi este de 5-7 cm. Ultrasunetele de inalta frecventa sunt puternic absorbite si produc efecte locale. Ultrasunetele de joasa frecventa produc efecte generale. La doze moderate pielea are o permeabilitate marita pentru substantele medicamentoase. Dozele mijlocii produc vasodilatatie, cele mari vasoconstrictie. Ultrasunetele din categoriile a si b pot fi folosite in tratamentul starilor reumatismale, afectiunilor sistemului nervos periferic, nevralgiilor, nevritelor (diatermie cu ultrasunete). Sunt spasmolitice, antialgice, antiinflamatorii. Se pot folosi, de asemenea, in afectiuni ale aparatului locomotor, nervilor periferici, aparatului circulator, in tratamentul bolii ulceroase, spasme pilorice, intestinale etc.

Personalul care lucreaza cu ultrasunete (16-25 kHz, 100 dB) pot sa prezinte anumite manifestari neurovegetative cum ar fi perturbarea functiilor de termoreglare si a functiei suprarenalei, tulburari psihice (halucinatii), tulburari de echilibru, bulimie.

Radioterapie

Radioterapia este folosita, aproape in exclusivitate, pentru tratamentul bolii canceroase. Principiul de baza al radioterapiei este concentrarea iradierii in zona tumorii, asociata cu menajarea zonelor sanatoase ale organismului. Respectarea acestui principiu presupune:

    - localizarea precisa a tumorii (in special cu ajutorul tehnicilor de imagerie medicala

    - iradierea tumorii cu fascicule de radiatii proiectate pe mai multe directii, care converg in centrul tumorii, sau prin iradiere locala strict delimitata;

    - ecranarea si protejarea pe cat posibil a zonelor sanatoase; 

    - cunoasterea cat mai precisa a dozelor de radiatie absorbite de tumora si de tesuturile sanatoase, in scopul optimizarii dozelor administrate (in acest scop se utilizeaza microdozimetre si se fac calcule teoretice cu ajutorul computerelor).

    Radioterapia consta din proceduri teleradioterapice si brahiradioterapice.

    In teleradioterapie se utilizeaza surse exterioare de radiatii, care produc fascicule ce pot fi proiectate din multiple directii asupra tumorii, in functie de localizarea acesteia. Printre sursele de radiatii se numara:

    - surse de raze X sub forma de tuburi Coolidge, alimentate cu tensiuni cuprinse intre 250 kV si 1 MV;

    - surse de raze X realizate cu ajutorul unor betatroane (acceleratoare circulare de electroni), in care electroni accelerati la 25 MeV dau nastere la radiatii X de franare;

    - surse de electroni accelerati (betatronul mentionat mai sus si acceleratori liniari in care electronii sunt accelerati sub o tensiune de 4 MV; acesti din urma acceleratori au dimensiuni relativ mici, comparabile cu cele ale unitatilor de cobaltoterapie);

    - surse de raze γ produse de izotopul ⁶⁰Co (cobaltoterapie). Radiatiile γ emise de ⁶⁰Co au energii de 1,25 MeV; sursele utilizate sunt foarte intense, avand o activitate radioactiva de 370 TBq (terabecquereli), adica 3,7.10¹⁴ dezintegrari/secunda sau 10. curie. Sursele se afla in containere de plumb si emit 200 rontgeni/minut la o distanta de 1 m de sursa, ceea ce asigura circa 3 Gray in mai putin de doua minute (vezi dozimetria radiatiilor ionizante in cursul de radiobiologie). Activitatea sursei scade la jumatate dupa 5,3 ani (interval de timp care este perioada de injumatatire a cobaltului 60);

    - surse de protoni, deuteroni, nuclee de heliu accelerate la peste 100 MeV in ciclotroane sau acceleratoare liniare;

    - surse de mezoni p negativi, obtinuti prin ciocnirea protonilor accelerati cu nuclee atomice;

   - surse de neutroni, obtinuti prin franarea de catre tinte de beriliu a deuteronilor accelerati in ciclotron .

    Brahiradioterapia (numita si radioterapie de mica distanta sau radioterapie de contact) consta in introducerea de izotopi radioactivi in tumora sau in imediata ei vecinatate. Forma sub care se introduc sursele radioactive este cea de ace (de ²²⁶Ra sau ¹³⁷Cs) care se lasa 3 - 7 zile in tumora, sau sub forma de capsule implantate permanent in tumora. Capsulele, confectionate din aur sau platina, contin radioizotopi cu viata scurta, asa cum sunt ²²²Rn (T_½ = 3,8 zile), ¹⁹⁸Au (T_½ = 2,7 zile) sau ⁹⁰Y (yttrium cu T_½ 64 de ore; de fapt, capsula de yttrium contine ⁹⁰Sr care, prin dezintegrare produce yttrium, a carui radiatie de 2,27 MeV este lasata sa treaca prin peretii capsulei, spre deosebire de radiatiile de numai 0,54 MeV ale strontiului). Un radioizotop special este ²⁵²Cf (californium), care emite neutroni rapizi.

    In anumite situatii, in tumora se poate injecta solutie coloidala de ¹⁹⁸Au.

    Pacientii supusi brahiradioterapiei devin surse de iradiere pentru ceilalti bolnavi si pentru personalul medical, astfel incat acestia trebuie sa ia masurile de protectie impotriva radiatiilor ionizante (vezi cursul de radiobiologie).

Fototerapie

Iradierea corpului cu radiatii electromagnetice neionizante (radiatii infrarosii, vizibile si ultraviolete), efectuata in asa numitele bai de soare sau bai de lumina (naturala sau artificiala) are efecte terapeutice in unele afectiuni generale, dereglari ale echilibrului hidromineral, boli de piele etc. In cursul de fotobiologie au fost mentionate cateva efecte biologice ale radiatiilor ultraviolete, care justifica utilizarea procedurilor terapeutice de iradiere cu aceste radiatii, fie ca atare, fie dupa o prealabila administrare de substante fotosensibilizante.

Terapie cu radiatie laser

Punerea la punct a amplificarii luminii prin emisie stimulata (LASER) a permis dezvoltarea rapida a terapiei bazata pe iradierea cu raze laser a organismului.

Un laser este alcatuit dintr-un mediu activ (cristale dielectrice, semiconductori, solutii lichide de coloranti sau amestecuri gazoase), un sistem de pompaj optic si un rezonator format din doua oglinzi semitransparente plane si paralele (figura).

Printre laserii cu cristale dielectrice se numara laserul YAG (sau laserul cu granat de yttrium si aluminiu dopat cu neodim) care emite raze infrarosii avand lungimea de unda 1,06 mm si laserul cu rubin (oxid de aluminiu impurificat cu ioni de crom) care emite radiatii vizibile (rosii) cu lungimea de unda de 0,69 mm.

Pentru a putea emite, acesti laseri au nevoie de un pompaj optic cu lumina de la o lampa cu descarcare in gaz, care realizeaza inversia de populatie a nivelelor energetice ale centrilor activi (in cazul de fata, centrii activi sunt ionii de neodim si ionii de crom).

Printre laserii cu amestec gazos, mai cunoscuti sunt laserul cu heliu-neon care emite radiatii infrarosii cu lungimi de unda de 3,39 mm si 1,15 mm precum si lumina rosie cu lungimea de unda de 0,63 mm (in laserul cu heliu-neon,  atomii de neon sunt centrii activi care se excita prin ciocniri cu atomii de heliu si cu electronii liberi ce apar in cursul pompajului optic realizat prin descarcari electrice chiar in amestecul gazos) si laserul cu amestec de bioxid de carbon si azot care emite radiatii infrarosii cu lungimi de unda de 9,6 si 10,6 mm (in acest laser, centrii activi sunt moleculele de CO₂)_.

Laserii pot emite radiatii in mod continuu sau in impulsuri. Raza laser are un inalt grad de monocromaticitate si o foarte mica divergenta in propagare ceea ce favorizeaza concentrarea unei mari puteri pe unitatea de suprafata.

Utilizarea terapeutica a laserului consta in chirurgia cu radiatii laser si in biostimularea cu radiatii laser.

    Un laser cu CO₂ cu o putere de cativa wati si care emite in regim continuu poate fi folosit pentru realizarea unui bisturiu cu laser; radiatia emisa, condusa printr-un ghid optic (un fascicul de fibre optice) fiind focalizata pe tesutul ce urmeaza a fi taiat, tesut pe care il incalzeste rapid si extrem de localizat pana la vaporizare. Chirurgia cu laser este foarte precisa, nu solicita efort mecanic si nu este insotita de sangerari importante, deoarece peretii plagii se coaguleaza termic iar vasele mai mici se inchid.

Terapia laser este foarte indicata in dezlipirile de retina, deoarece fasciculul laser poate strabate mediile transparente ale ochiului fara a fi absorbit de acestea, intreaga lui energie fiind cedata retinei, care se lipeste de sclerotica prin fotocoagulare (figura). Laserul este utilizat si in tratamentul glaucomului, permitand refacerea sistemului de drenaj al lichidului intraocular si scazand, astfel, presiunea intraoculara.

    In multe cazuri, laserul este utilizat in endoscopie, atat pentru iluminare cat si pentru eventuale microinterventii chirurgicale. Un exemplu este utilizarea laserului in chirurgia cardiaca: prin perforari punctiforme ale peretelui ventricular este stimulata geneza unor noi vase si, in final, o mai buna vascularizare a miocardului.

    In literatura de specialitate se fac referiri la capacitatea radiatiei laser de a stimula unele procese biologice, de a grabi vindecarea ranilor si a fracturilor, de a produce efecte terapeutice prin lasero-punctura (echivalent al acupuncturii) etc.