Chokbølgers fysiske effekt

 

Direkte effekter på grænseflader

Chokbølgers og ultralydbølgers karakteristika er forskellige. Ultralyd har en højfrekvent vekslende belastning på vævet i frekvensområdet på flere megahertz, hvilket medfører til opvarmning, vævsbeskadigelse og kavitation ved høje amplituder (10,11). Chokbølgers effekt bestemmes blandt andet af en fremadrettet dynamisk effekt (i chokbølgeudbredelses retning), som forårsager, at en puls sendes til grænsefladen. Denne dynamiske effekt kan øges i en sådan grad, at selv nyresten kan knuses (2,3). Generelt forekommer disse dynamiske virkninger ved grænseflader karakteriseret ved diskontinuitet i den akustiske impedans, men næsten aldrig i homogene medier (væv, vand) (12). Som følge heraf er chokbølger ideelle til at få effekt i dybereliggende væv uden at forstyrre det væv, som befinder sig i udbredelsesbanen.

Imidlertid har anvendelsen af chokbølger en mindre dynamisk effekt på særskilte grænseflader med bløde vævsstrukturer. Afhængig af chokbølgeintensiteten (Fig. 9) kan fx mekanisk ødelæggelse af celler, membraner og knogle trabecula (12), såvel som cellulær stimulering gennem reversibel deformation af cellemembranen forekomme. De resultater, der kan opnås på denne måde, er på den ene side ødelæggelsen af sprøde strukturer (nyresten) og på den anden side irritationen og stimuleringen af vævsstrukturer med efterfølgende helingsprocesser. Dette fænomen er fx tydeligt ved ortopædisk anvendelse. Fokusering af chokbølger gør det muligt at begrænse den ønskede virkning til målområdet, så bivirkninger uden for behandlingszonen kan reduceres eller endog helt undgås.

I de fleste tilfælde resulterer chokbølgebehandling i øget blodcirkulation og forøget metabolisk aktivitet. Dette fører til igangsættelse af helingsprocesser.

Indirekte effekter – kavitation

Ud over chokbølgernes direkte dynamiske effekt på grænseflader forekommer det fænomen, der betegnes som kavitation (10) i specifikke medier som vand og til en vis grad væv.

 

Kavitationsbobler opstår umiddelbart efter, at chokbølgernes vekslende tryk/spændingsbelastning er passeret mediet. Størstedelen af boblerne vokser i omkring 100 mikrosekunder, efter at bølgerne er passeret, og derefter kollapser de voldsomt, mens de udsender sekundære sfæriske chokbølger. Når de er tæt på grænseflader, kan kavitationsbobler ikke længere kollapse uforstyrret. Mediet, der flyder tilbage i boblen (vand, kropsvæske), kan ikke længere flyde uhindret. Derfor kollapser boblen asymmetrisk under udvikling af en mikrostråle (14). Denne mikrostråle er rettet mod grænsefladen med en hastighed på flere hundrede meter pr. sekund (Fig. 10).

 

Mikrostrålerne indeholder en stor mængde energi og gennemtrængningskraft, så de kan ødelægge de hårde grænseflader af sten. Idet chokbølgerne passerer gennem medium, frigives gas opløst i blodet eller vævet, og boblerne dannes. Dette fænomen betegnes “blød kavitation”. Kavitationsbobler, som er dannet på denne måde, kan rive blodkar og celler op. Dette forårsager mikroblødninger eller membranperforering. Kavitation er ikke begrænset til fokalområdet alene, men det forekommer især der.

Chokbølger biologiske effekt

Chokbølger fremkalder også en række biologiske reaktioner som følge af de trykkræfter, bølgerne producerer. Denne mekanisme kaldes mekanotransduktion. Følgende effekter er blevet undersøgt og bekræftet i videnskabelige undersøgelser

 

• Forøgelse af cellepermeabilitet (16)
• Stimulering af mikrocirkulationen (blod, lymfe) (17,18)
• Udgivelse af substans P (19)
• Reduktion af ikke-myelinerede nervefibre (20)
• Frigivelse af nitrogenoxid (NO), som fører til vasodilation, øget metabolisk aktivitet og angiogenese og har en antiinflammatorisk virkning (21,22)
• Antibakteriel virkning (23)
• Frigivelse af væksthormoner (blodkar, epitel, knogler, collagen osv.) (21,24,25,26)
• Stimulering af stamceller (27,28)
• Stimulering af neuroner (neural spiking) (19,35)

 

Målrettet anvendelse af fokuserede chokbølger

Målrettet anvendelse af chokbølger kræver, at fokalområdet for chokbølgesystemet rettes mod behandlingsområdet inden i kroppen. Ved behandling af sten (litotripsy), knogler og specifikke vævsstrukturer kan røntgen- eller ultralydssystemer anvendes til dette formål. Ved smertebehandling er effektiv kommunikation med patienten nødvendig for at identificere punktet med maksimal smerte. Denne “biofeedback”-metode hjælper i praksis med at lokalisere mange overfladiske og dybe behandlingspunkter.