Efeitos térmicos do ultra-som terapêutico sobre os tecidos ósseo e muscular e sobre placa metálica implantada

Texto

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Efeitos térmicos do ultra-som terapêutico

sobre os tecidos ósseo e muscular

e sobre placa metálica implantada

Estudo experimental termográfico em coelhos

*

IVANIA GARAVELLO1, NILTON MAZZER2, CLÁUDIO H. BARBIERI3, JURANDYR MOREIRADE ANDRADE4

* Trab. realiz. no Lab. de Bioeng. da Disc. de Ortop. e Traumatol., Fac. de Med. de Ribeirão Preto-Univ. de São Paulo.

1. Fisioterapeuta, aluna do Curso de Pós-grad. em Bioeng. (bolsista CAPES) 1989-1993; Prof. Assist., Fac. de Fisioter. de Presidente Prudente-Unesp. 2. Prof. Assist. Doutor, Disc. de Ortop. e Traumatol.

3. Prof. Assoc., Disc. de Ortop. e Traumatol. 4. Prof. Assist. Doutor, Dep. de Ginecol. e Obstetr. RESUMO

Os efeitos térmicos do ultra-som terapêutico sobre os tecidos ósseo e muscular, na presença de placa metálica implantada, não estão definitivamente aclarados. Um es-tudo experimental foi realizado para investigar esses efei-tos, por meio da termografia, em ratos. Ambos os fêmu-res foram usados no estudo, sendo o direito como contro-le. No lado de teste (esquerdo), uma placa de osteossíntese de aço inoxidável de cinco orifícios era fixada ao osso, sem osteotomia. No lado de controle, apenas a aborda-gem cirúrgica era realizada, o osso sendo deixado intac-to. Ambos os lados eram irradiados com o ultra-som tera-pêutico por 15 minutos, nas intensidades de 1,0, 1,5, 2,0, 2,5 e 3,0W/cm2, de acordo com o grupo experimental. A

temperatura dos tecidos era medida a cada cinco minu-tos, simultaneamente nos dois tecidos estudados, empre-gando-se um teletermógrafo. Observações macroscópicas e estudos histológicos dos tecidos também eram realiza-dos. Dos pontos de vista macro e microscópico, queima-duras foram produzidas tanto na pele como no músculo, com intensidades de ultra-som maiores que 2,0W/cm2. A

análise termográfica mostrou que houve aumento nas tem-peraturas do osso, do músculo e da placa, que foi direta-mente proporcional à intensidade, mas que foi sempre maior nos tecidos vivos do que na placa, onde nunca

exce-deu 3,0ºC. Os autores concluíram que a placa metálica implantada não induz temperaturas excessivamente al-tas, nem qualquer outro efeito deletério nos tecidos cir-cunjacentes.

Unitermos – Ultra-som terapêutico; temperatura tissular; implan-te metálico

SUMMARY

Thermal effects of therapeutic ultrasound on bone and mus-cle tissues and on implanted metal plate. Experimental ther-mographic study in rabbits

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ultra-INTRODUÇÃO

O ultra-som terapêutico tem sido usado há muito tempo, para o tratamento de grande número de doenças músculo-esqueléticas de várias origens, mas principalmente resultan-tes de trauma. Seus efeitos clínicos vão do simples alívio da dor até a destruição de aderências em articulações e tendões e são produzidos por calor, seu efeito físico melhor conheci-do, ou por micromassagem celular, cavitação, fluxo acústico e ondas estacionárias(3,4,18).

Os efeitos biológicos do ultra-som, particularmente a pro-dução de calor, nos tecidos irradiados têm sido estudados por muitos autores, desde há muito tempo, e os parâmetros de seu emprego com finalidade terapêutica foram paulatina-mente definidos(1,2,5,6,15,16). Mais recentemente, Kitchen &

Par-tridge(9,10) relataram que os efeitos terapêuticos do ultra-som

se produzem entre 0,5 e 3W/cm2, havendo sempre a

produ-ção de calor nas intensidades mais elevadas. Seu efeito tera-pêutico não térmico é observado entre 0,1 e 0,2W/cm2;

in-tensidades elevadas podem ocasionar danos teciduais. Muitos métodos têm sido usados para medir as temperatu-ras produzidas nos tecidos pelo ultra-som terapêutico: ter-mômetros de mercúrio(1,5,16), termistores(15), aço-constantans(2)

e cobre-constantans(6). Talvez em parte devido à variação nos

métodos de medição, os aumentos de temperatura registra-dos nos teciregistra-dos variaram muito de autor para autor. Entre-tanto, o fato de que a temperatura aumenta em proporção direta com a intensidade e a duração da irradiação e que a pele e os ossos, incluindo a cortical e a medular, são mais suscetíveis que os músculos a tais aumentos foi estabelecido pela maioria dos autores(2,7,15).

A presença de implantes metálicos pode, teoricamente, modificar os efeitos do ultra-som sobre os tecidos vizinhos e esta parece ser uma convicção comum entre os fisioterapeu-tas. Lehmann et al.(11), num estudo in vitro em que usaram

coxas de porcos, concluíram que a presença do implante metálico podia induzir a aumentos da temperatura dos teci-dos vizinhos, por reflexão das ondas, embora a temperatura do próprio implante não tivesse variado muito. Pouco

de-volvendo os implantes não mostraram alterações significati-vas(12).

Pareceu aos autores que os efeitos físicos do ultra-som sobre o osso e os tecidos moles e a influência dos implantes metá-licos não estavam definitivamente claros, em parte devido ao uso de diferentes métodos de medição. Estes, por sua vez, eram invasivos em praticamente todas as investigações já efetuadas, de modo que pode ter havido algum tipo de in-fluência da irradiação com o ultra-som. Por isso, propuse-ram-se realizar um estudo experimental, usando como méto-do de medição das temperaturas a teletermografia, méto-do mes-mo mes-modo comes-mo ela já é empregada para medir a temperatura em outras situações, como os tumores, particularmente os da mama(8).

MATERIAL E MÉTODOS

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Fig. 2 – Termograma obtido da coxa esquerda. A musculatura do quadrí-ceps (a), bem como o fêmur (b) e a placa metálica (c), são vistos no centro da figura, em cuja margem direita está a escala de cores usada para a me-dida das temperaturas.

mente disponível (Phillips Bofors), sensível à radiação in-fravermelha de comprimento de onda 0,6-5,6mµ. A tempe-ratura ambiente era mantida a 23ºC, com ar condicionado. O termógrafo era dotado de uma escala de cores que permitia a medida das temperaturas, começando no “nível negro” e ter-minando no “nível cinza”; abaixo do primeiro e acima do segundo, não havia precisão na medida das temperaturas, mas entre esses extremos havia uma escala crescente de 12 cores, que comportava uma variação de 0,5ºC de uma para outra, de modo que a escala toda significava uma diferença de 6ºC. Antes de começar a irradiação, era tomada a linha-base da temperatura das estruturas estudadas e a temperatura dos músculos era pareada com o “nível lilás”, situado 0,5ºC aci-ma do “nível negro” (fig. 2). A variação da temperatura era medida com 5, 10 e 15 minutos de irradiação, que era contí-nua e durante a qual a ferida cirúrgica era mantida fechada, de modo a impedir perda de temperatura para o ambiente. Nos intervalos preestabelecidos, a ferida operatória era aber-ta momenaber-taneamente, por cinco segundos, o que permitia a tomada da imagem, que era congelada na tela do termógra-fo, sem que houvesse perda de calor importante para o meio ambiente. Em seguida, a ferida era fechada, sendo assim mantida até a próxima tomada de temperatura. O mesmo pro-cedimento era realizado em ambas as coxas dos animais. A irradiação não era interrompida durante a tomada das peraturas. Quando a ferida era aberta para a tomada das tem-peraturas, a visão obtida e, por conseguinte, as temperaturas medidas, eram da face lateral do fêmur e das faces muscula-res profundas, ou seja, aquelas que normalmente estão em contato com o osso e, no lado de teste, também com a placa. Fig. 1 – Abordagem cirúrgica (A) e fixação da placa no fêmur (B). Notar a

musculatura do quadríceps (a), o fêmur (b) e a placa (c).

a abordagem do fêmur era realizada do mesmo modo, mas nenhuma placa lhe era fixada.

As feridas operatórias não eram suturadas. As bordas da pele eram apenas aproximadas e a incisão era temporaria-mente coberta com gaze embebida em solução fisiológica, pois a irradiação com o ultra-som era realizada de imediato. Empregou-se para a irradiação um equipamento comercial-mente disponível (modelo Sonostat 733B, Siemens), com a freqüência de irradiação fixada em 875kHz (variação: ± 2%) e a intensidade variando de 1 a 3W/cm2, a intervalos de 0,5W/

cm2, de acordo com o grupo. O transdutor de ultra-som

usa-do pesava 250g, com área de irradiação efetiva de 12,6cm2.

Ele era posicionado sobre o quadríceps, ou seja, em área in-tacta, e não diretamente sobre a incisão, num ponto corres-pondente à metade do comprimento do fêmur, que coincidia com a metade do comprimento da placa, do lado de teste. Um gel de transmissão era usado, para melhorar o contato. Durante todo o processo de irradiação, a ferida operatória era mantida fechada.

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comercial-ção à temperatura inicial, no fêmur, nos músculos e na placa, do lado de teste e de controle, aos 5, 10 e 15 minutos de irradiação. Para testar o paralelismo, o efeito da intensidade e o efeito do tempo nos perfis médios, foram utilizadas as estatísticas de Roy e de Wilks(14), com nível de significância

de 5% (p ≤ 0,05). O teste “t” de Student foi usado para ana-lisar a variável “aumento da temperatura” nos primeiros cin-co minutos de irradiação no fêmur e nos músculos do lado de teste, com nível de significância de 5% (p ≤ 0,05).

RESULTADOS

Todos os números apresentados se referem à variação en-tre a temperatura antes de começar a irradiação e aos 5, 10 e 15 minutos depois. Como quase todas as variações foram para temperaturas acima da inicial, elas foram referidas como

Fig. 3 – Gráfico da evolução das diferenças de temperatura observadas no grupo 1 (1W/cm2). Legenda: m-t: músculo de teste; o-t: osso de teste; p: placa; m-c: músculo controle; o-c: osso controle.

Fig. 5 – Gráfico da evolução das diferenças de temperatura observadas no grupo 3 (2,0W/cm2). Legenda: m-t: músculo de teste; o-t: osso de teste; p: placa; m-c: músculo controle; o-c: osso controle.

O aumento médio de temperatura foi mais pronunciado nos primeiros cinco minutos de irradiação, tendendo a pro-gredir menos acentuadamente, embora quase linearmente, daí em diante, em todos os grupos. Também foi evidente que os níveis médios de temperatura foram progressivamente mais elevados do grupo 1 ao grupo 5, mostrando correlação direta com a intensidade de irradiação. O aumento médio de tem-peratura foi maior nos músculos e no fêmur do lado de

con-trole (direita), seguidos pelos músculos e pelo fêmur do lado

de teste (esquerda), comportamento praticamente homogê-neo em todos os grupos. O aumento observado na placa me-tálica foi de cerca da metade daquele observado nos múscu-los, aproximando-se do observado no fêmur do lado de teste (figs. 3 a 7).

O exame macroscópico falhou em mostrar qualquer alte-ração cutânea nos grupos 1 e 2, mas mostrou hiperemia no

Fig. 4 – Gráfico da evolução das diferenças de temperatura observadas no grupo 2 (1,5W/cm2). Legenda: m-t: músculo de teste; o-t: osso de teste; p: placa; m-c: músculo controle; o-c: osso controle.

TABELA 1

Aumentos médios de temperatura (ºC) observados no fêmur, nos músculos e na placa, de acordo com o grupo

Grupo Teste Controle

Músculo Fêmur Placa Músculo Fêmur

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Fig. 6 – Gráfico da evolução das diferenças de temperatura observadas no grupo 4 (2,5W/cm2). Legenda: m-t: músculo de teste; o-t: osso de teste; p: placa; m-c: músculo controle; o-c: osso controle.

Fig. 7 – Gráfico da evolução das diferenças de temperatura observadas no grupo 5 (3,0W/cm2). Legenda: m-t: músculo de teste; o-t: osso de teste; p: placa; m-c: músculo controle; o-c: osso controle.

grupo 3 e hiperemia associada a bolhas no grupo 4. No grupo 5, houve alteração da cor da pele, indo do vermelho hiperê-mico para o esbranquiçado, no que parecia ser isquemia por queimadura. Todos esses achados foram mais evidentes após dez minutos de irradiação. As alterações musculares na área irradiada (vaso lateral e bíceps femoral) constaram basica-mente de hiperemia, observada em todos os grupos, come-çando já aos cinco minutos e aumentando com o tempo e a intensidade. No grupo 5, foi observado que os músculos se tornaram esbranquiçados a partir dos dez minutos de irradia-ção e tornaram-se claramente isquêmicos com 15 minutos (tabela 2, fig. 8).

O exame microscópico apenas confirmou os achados aci-ma mencionados, com congestão da pele e dos músculos nos

Fig. 8 – Aspecto macroscópico da queimadura produzida na pele no local da aplicação do ultra-som, em animal do grupo 5 (3,0W/cm2). Notar a área esbranquiçada de isquemia, no centro da área maior, de hiperemia. TABELA 2

Lesões macroscópicas observadas com o auxílio de uma lupa, 15 minutos após a irradiação, de acordo com o grupo Grupo Lesão macroscópica

Pele Músculo

1 – Congestão +

2 – Congestão ++

3 Hiperemia Congestão +++

4 Hiperemia + congestão + bolhas Congestão +++ 5 Isquemia + bolhas (queimadura) Isquemia

Fig. 9 – Dois aspectos do exame microscópico. A) Corte histológico (80x, HE) da pele do local da aplicação do ultra-som, em animal do grupo 5 (3,0W/ cm2); notar a necrose cutânea (faixa mais escura), a descamação superficial e a coagulação intravascular (seta). B) Corte histológico (80x, HE) do músculo quadríceps; notar a presença de fibras musculares normais (mais escuras), à esquerda e à direita, e fibras com necrose isquêmica e degeneração (mais claras), no centro. grupos 1 a 3 e isquemia por queimadura nos grupos 4 e 5 (fig. 9).

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DISCUSSÃO

Dúvidas em relação aos efeitos do ultra-som nos tecidos que circundam um implante metálico e a relativa falta de estudos convincentes sobre esses efeitos foram o principal motivo para a realização deste trabalho. Ao mesmo tempo, planejou-se estudar os efeitos térmicos do ultra-som sobre as partes moles.

O fêmur foi escolhido para os testes por parecer o osso mais apropriado para este tipo de estudo, já que está total-mente envolvido por músculos. A implantação da placa me-tálica era facilmente realizada, através de uma abordagem lateral, e as condições dos músculos irradiados podiam ser observadas sem dificuldades. O implante escolhido foi uma placa, ao invés de um fio de Kirschner, devido à sua maior massa metálica. Nenhuma osteotomia foi realizada no fêmur por duas razões: primeiro, nenhum possível efeito do ultra-som terapêutico sobre o osso em consolidação estava em questão e, segundo, nenhuma outra variável importante, tal como uma osteotomia em consolidação, era desejável no lo-cal.

Uma vez que o modelo experimental estava definido, o problema que apareceu foi como medir as temperaturas. Antes de testar a possibilidade do teletermógrafo, foi utilizado um termômetro eletrônico, que se mostrou inadequado e impre-ciso. Depois, um termistor foi tentado, mas também se mos-trou impreciso, devido a um possível efeito piezelétrico das ondas ultra-sônicas sobre o material. Além disso, ambos ti-nham o inconveniente de só permitirem a tomada da tempe-ratura em uma única estrutura de cada vez.

Finalmente, o emprego do teletermógrafo foi aventado. A termografia tem sido utilizada desde os anos 60 para medir as variações de temperatura de diversas origens, como por exemplo em processos tumorais ou inflamatórios, em dife-rentes tecidos, particularmente as mamas. Ela é muito preci-sa, podendo detectar variações tão pequenas como 0,1ºC, conforme a calibração do aparelho. Além disso, como ocor-reu no presente estudo, ela permite examinar várias estrutu-ras simultaneamente e identificá-las adequadamente(8). Os

mente devido ao campo ultra-sônico estacionário (transdu-tor imóvel), como descrito por Bender et al.(1).

A temperatura aumentou em todos os tecidos e em todos os grupos, mas foi mais pronunciada nos primeiros cinco mi-nutos de irradiação, tendendo à estabilização depois, nos gru-pos 1 a 4 (1 a 2,5W/cm2). Depois desse período inicial, a

temperatura continuou a aumentar quase linearmente, pro-vavelmente porque o calor gerado excedia a capacidade te-cidual de dissipá-lo.

É interessante notar que a maioria dos estudos realizados anteriormente parecia estar mais dirigida aos efeitos da irra-diação ultra-sônica sobre o osso, embora esses efeitos tenham sido registrados também em outros tecidos(2,7,15). Além disso,

os resultados anteriores foram mais ou menos unânimes em estabelecer que a temperatura sempre aumenta mais no teci-do ósseo teci-do que no muscular(15). Os resultados obtidos no

presente trabalho, todavia, apontam em direção contrária, ou seja, a temperatura sempre aumenta mais no tecido muscu-lar.

Junto com a produção de calor, também foi observado que o fluxo sanguíneo para os músculos aumentou, visto que os vasos sanguíneos se tornaram túrgidos e mais evidentes. Este efeito já havia sido estudado por Bickford & Duff(2) por meio

de pletismografia; esse estudo concluiu que a vasodilatação era produzida por calor, ao invés de ser um efeito direto do ultra-som. Ela seria, de fato, um modo de dissipar calor ex-cessivo no músculo, bem como na pele.

Apesar de ser parte da programação original, a temperatu-ra na medula óssea não foi medida, devido a problemas téc-nicos de difícil solução. Entretanto, em dois animais foi fei-ta uma pequena abertura (3mm ∅) na cortical lateral do fê-mur, em seguida à implantação da placa, de modo a expor a medula. Grande aumento do fluxo sanguíneo da medula foi observado, com grande quantidade de sangue saindo pela abertura, que acabou por prejudicar qualquer tentativa de medir sua temperatura.

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maiores do lado de controle do que do lado de teste, apesar da presença da placa metálica. Não parece haver explicação óbvia para esse fato, mas uma possibilidade seria que, devi-do ao seu maior coeficiente térmico, a placa absorveria parte do calor gerado nos tecidos vizinhos, transmitindo-o por meio dos parafusos à medula óssea, onde ele seria dissipado pelo fluxo sanguíneo. A temperatura da própria placa, entretanto, nunca subiu tanto como referido nas publicações anteriores. Dos resultados obtidos no presente trabalho, concluiu-se que: 1) os aumentos de temperatura medidos nos ossos e nos músculos submetidos a irradiação ultra-sônica, de acordo com os parâmetros de intensidade e duração usados, foram devi-dos somente à própria irradiação; e 2) a placa metálica im-plantada pareceu não ter qualquer efeito deletério sobre os tecidos vizinhos; ao contrário, ela pareceu contribuir para a diminuir a temperatura, por meio de mecanismo não esclare-cido. Por sua vez, a irradiação ultra-sônica de intensidade acima de 2W/cm2 pode, por si só, causar efeitos

indesejá-veis, como isquemia e queimaduras, tanto na pele como no tecido muscular.

AGRADECIMENTOS

Os autores são gratos à Profa. Dra. Maria Angeles Llorach Vel-ludo, do Departamento de Patologia, por seu gentil auxílio na in-terpretação das lâminas histológicas.

REFERÊNCIAS

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