Sobre a Física Médica

Ondas e Ultrasom: Efeitos Biológicos

Conforme consta das publicações anteriores, o ultrassom é uma onda mecânica que oscila com uma frequência acima do limite audível ao ser humano.

As ondas ultrassônicas, assim como qualquer onda mecânica, transmitem energia através do meio por onde se propagam. Deve ficar claro que não há transporte de matéria, mas sim de energia, sendo a matéria na qual a onda se propaga, apenas um “meio de transporte”.

Simulador de ondas:

Através deste simulador (clique no link abaixo) é possível observar como a onda se propaga sem que transporte matéria. Para isto basta analisar um ponto fixo no movimento da onda e notar que ele oscila em relação à posição de equilíbrio, mas não caminha junto à onda.

SIMULADOR⁽⁹⁾

“As ondas ultrassônicas são ondas mecânicas e transmitem energia através da matéria causando uma oscilação nas posições de equilíbrio de suas partículas. Estes movimentos oscilatórios são resistidos por forças elásticas de acordo com a força molecular do meio (FREDERICK, 1965).” ⁽¹¹⁾

Uma propriedade importante da onda, para que se possa entender seus efeitos biológicos, é a potência.

Como visto antes, a onda carrega energia. A quantidade de energia (E) transportada em um intervalo de tempo (t) fornece a informação da potência (P) em watts.

P[W] =E [J] /t[s] (1)

Quando uma onda percorre um meio, por exemplo, o corpo humano, as partículas desse meio começam a vibrar, ou seja, a energia transportada pela onda é captada e transformada em energia cinética. A taxa de fluência de energia associada a essa onda é chamada de intensidade acústica, e pode ser definida como:

I=E[J]/(A[m²]*t[s])

I=P[W]/A[m²] (2)

Na utilização do ultrasom, os valores medidos de intensidade, geralmente citados na literatura, são referentes à intensidade transmitida pelo transdutor e não relacionados às regiões “alvo” do corpo humano, devido à dificuldade em ser feita essa medida “in situ”. Contudo esses valores podem ser calculados teoricamente.

A intensidade de uma fonte ultrasônica, somada ao tempo de exposição e à estrutura da região alvo, são os principais fatores que contribuem para os efeitos biológicos causados pelo uso do ultrasom, que podem ser benéficos ou prejudiciais ao corpo humano.

Podemos dividir os efeitos em dois tipos: os térmicos e os não térmicos:

Efeito Térmico:

A energia mecânica intrínseca às ondas, quando passa por um tecido, é absorvida e transformada em energia térmica. A taxa de absorção de energia aumenta com o aumento da freqüência.

Essa transmissão de energia obedece à seguinte equação:

Onde:

O coeficiente de absorção depende diretamente do material com que o feixe ultrasônico interage. Tecidos ricos em proteína, como o colágeno, possuem um alto coeficiente de absorção.

Com isso conclui-se que em meios pobres em proteína o efeito térmico é pequeno.

Tabela 1: Tabela de coeficientes de absorção para 1MHz e 3MHz. ⁽¹⁰⁾

 Através da equação acima e dos dados da tabela 1, pode-se desenvolver um exemplo numérico: Aplicando-se 1 W/cm² na superfície do corpo e sendo o alvo do ultrasom um tendão, calcule a intensidade a 1cm de profundidade para uma freqüência de 1 MHz.

Considerando que a média da temperatura corpórea é de 36°C e que as proteínas desnaturam-se em trono de 40°C, recomenda-se uma intensidade de aplicação entre 0,1 e 0,3 W/cm² em torno de 5 a 8 minutos/região, o que elevará a temperatura de 0,5 a 0,9°C.

Efeito não-térmico:

-Micromassagem: quando o feixe ultrasônico atravessa os tecidos, uma oscilação é provocada, movimentando os tecidos. Essa vibração aumenta a circulação de fluídos, facilitando a processos de retirada de catabólitos do organismo e aumentando a oferta de nutrientes.

As aplicações com ultrasom em micromassagem são vastas percorrendo desde áreas terapêuticas, como tratamentos veterinários e clínicas de fisioterapia, até clínicas de estética, aplicação um pouco mais recente. A Fig. 1 mostra um exemplo de equipamento de US terapêutico aplicado em fisioterapia.

Figura1: ultrasom terapêutico destinado ao manuseio das áreas de fisioterapia e estética. ⁽⁶⁾

Figura 2: Esquema do processo de entrada de sódio em uma célula através da alteração do potencial elétrico de sua membrana. ⁽⁵⁾

-Cavitação e efeitos pressóricos: os efeitos pressóricos são decorrentes da variação de pressão causada pela compressão e expansão da onda sonora. Uma conseqüência desse efeito é a cavitação. Quando há gás dissolvido no líquido que está submetido a essas variações de pressão, pode ocorrer a liberação deste devido às altas pressões, formando-se assim bolhas no interior do meio.

Como exemplo da aplicação deste fenômeno na área da saúde, há a terapia médica e estética. Há também aplicações na indústria, como limpeza por cavitação, solda e homogeneização de materiais.

Figura 3: processo de formação e colapso de bolhas decorrente da variação de pressão. ⁽⁷⁾

Referências:
(1) Garcia, E. A. C., Biofísica, Ed. Sarvier, São Paulo,2002.
(2) Okuno, E. e Caldas, I. L. e Chow, C., Física para Ciencias Biológicas e Biomédicas, Ed. Harbra, São Paulo,1982.
(3) Bassoli D. A., Avaliação dos efeitos do ultra-som pulsado de baixa intensidade na regeneração de músculos esqueléticos com vistas à aplicabilidade em clínica fisioterapêutica, São Carlos, 2001.
(4) Bertolo, L.A., O som da medicina: disponível em:
http://www.bertolo.pro.br/Biofisica/Som/ULTRASOM.htm; acessado em 15.11. 2011.
(5) Universidade Federal Fluminense, Equilíbrio e potencial de ação: disponível em:
http://www.uff.br/WebQuest/pdf/ionico.htm; acessado em 15.11.2011.
(6) LCA, Vendas:
http://lcavendas.no.comunidades.net/index.php?pagina=1404723129; acessado em 15.11.2011.
(7) Fórum BMW Portugal: disponível em:
http://www.forumbmwportugal.com/showthread.php?t=633; acessado em 15.11.2011.
(8) Pécora J. D., Ultra-som, FORP-USP: disponível em:
http://www.forp.usp.br/restauradora/us01.htm; acessado em 15.11.2011.
(9) University of Colorado at Boulder, Interactive Simulations,: disponível em:
http://phet.colorado.edu/en/simulation/wave-on-a-string; acessado em 15.11.2011.
(10) Empresa Ibramed, Manual de Operação SONOPULSE III 1.0 MHz / 3.0 MHz; edição (07/2008): disponível em:
http://www.futurasaude.com.br/imagens/produtos/manuais/sonopulseiii.pdf; acessado em 15.11.2011.
(11) Frederick, J.R. Ultrasound engineering. New York, John Willey e Sons, 1965
, dispon

ível em

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAkHkAH/manual-ultrasson