O ultra-som terapêutico tem sido usado há muito tempo, para o tratamento de grande número de doenças músculoesqueléticas de várias origens, mas principalmente resultantes 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 conhecido, ou por micromassagem celular, cavitação, fluxo acústico e ondas estacionárias(3,4,18).
Os efeitos biológicos do ultra-som, particularmente a produção 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 paulatinamente 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 produção de calor nas intensidades mais elevadas. Seu efeito terapêutico não térmico é observado entre 0,1 e 0,2W/cm2; intensidades elevadas podem ocasionar danos teciduais.
Muitos métodos têm sido usados para medir as temperaturas produzidas nos tecidos pelo ultra-som terapêutico: termômetros 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 registrados nos tecidos 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 fisioterapeutas. 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 tecidos vizinhos, por reflexão das ondas, embora a temperatura do próprio implante não tivesse variado muito. Pouco de-pois, outra investigação, desta vez in vivo, foi conduzida pelo mesmo grupo(13), que implantou placas retas, fios de Kirschner e pregos de Smith-Petersen nas coxas de porcos vivos, submetidos a irradiação com ultra-som de intensidade variando de 1,0 a 3,0W/cm2, por cinco minutos. A temperatura foi medida nos implantes e eles observaram que aumentos de até 44ºC ocorreram no fio de Kirschner e no prego de Smith-Petersen. Entretanto, estudos histológicos do osso envolvendo os implantes não mostraram alterações significativas(12).
Pareceu aos autores que os efeitos físicos do ultra-som sobre o osso e os tecidos moles e a influência dos implantes metálicos 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 influência da irradiação com o ultra-som. Por isso, propuse-ram-se realizar um estudo experimental, usando como método de medição das temperaturas a teletermografia, do mesmo modo como ela já é empregada para medir a temperatura em outras situações, como os tumores, particularmente os da mama(8).
MATERIAL E MÉTODOS
Vinte e cinco coelhos fêmeas da raça Gigante de Flandres, com idade em torno de três meses e peso médio de 3kg (variação: 2,5-3,5kg) foram utilizados para o experimento e distribuídos em cinco grupos de cinco animais, conforme a intensidade de irradiação com o ultra-som. O fêmur foi escolhido como o osso adequado para os testes, por estar completamente envolto por musculatura, donde os efeitos da irradiação nos músculos serem mais fáceis de estudar. Todos os animais foram submetidos a duas operações, em ambas as coxas, sendo um lado de teste e outro de controle. Sob anestesia geral (pentobarbital sódico, 33mg/kg de peso corporal), o fêmur era abordado através de uma incisão lateral na coxa. O septo entre os músculos vasto lateral e bíceps femoral era identificado e incisado longitudinalmente. Os músculos eram separados por dissecção romba e afastados anterior e posteriormente, respectivamente, de modo a dar ampla visão de toda a diáfise femoral (fig. 1A). Do lado esquerdo, uma placa de aço inoxidável (316-L), semitubular, reta, com 5cm de comprimento, 0,8cm de largura e 2,7mm de espessura, com cinco orifícios redondos, especialmente confeccionada para a finalidade do trabalho, era fixada ao fêmur por meio de cinco parafusos de 2mm de diâmetro (fig. 1B). Não era realizada nenhuma osteotomia no fêmur. Do lado direito, 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 temporariamente 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 comercialmente 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 intacta, e não diretamente sobre a incisão, num ponto correspondente 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.
As temperaturas induzidas no osso, nos tecidos vizinhos e na placa eram medidas com um teletermógrafo comercialmente disponível (Phillips Bofors), sensível à radiação infravermelha de comprimento de onda 0,6-5,6mµ. A temperatura 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 terminando 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 acima do "nível negro" (fig. 2). A variação da temperatura era medida com 5, 10 e 15 minutos de irradiação, que era contínua 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 aberta momentaneamente, por cinco segundos, o que permitia a tomada da imagem, que era congelada na tela do termógrafo, 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 procedimento era realizado em ambas as coxas dos animais. A irradiação não era interrompida durante a tomada das temperaturas. Quando a ferida era aberta para a tomada das temperaturas, a visão obtida e, por conseguinte, as temperaturas medidas, eram da face lateral do fêmur e das faces musculares profundas, ou seja, aquelas que normalmente estão em contato com o osso e, no lado de teste, também com a placa.
Além da medida da temperatura, exames macroscópicos e histológicos da pele, do tecido celular subcutâneo e do músculo eram efetuados, estes últimos por meio de processamento laboratorial rotineiro e coloração com hematoxilinaeosina.
O estudo estatístico dos resultados foi realizado por meio da análise multivariada dos perfis médios (curvas de comportamento) da variável "aumento da temperatura" em relação 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 analisar a variável "aumento da temperatura" nos primeiros cinco 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 entre 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
aumentos, embora em casos isolados tenha ocorrido diminuição da temperatura em relação à inicial. Assim, obser-vou-se que a temperatura aumentou consistentemente em todos os tecidos e na placa de osteossíntese, independentemente do grupo de estudo, e que o aumento era diretamente proporcional à intensidade e duração da irradiação. Este comportamento foi bastante homogêneo para todos os animais e foi observado em todas as medições (tabela 1).
O aumento médio de temperatura foi mais pronunciado nos primeiros cinco minutos de irradiação, tendendo a progredir 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 temperatura foi maior nos músculos e no fêmur do lado de controle (direita), seguidos pelos músculos e pelo fêmur do lado de teste (esquerda), comportamento praticamente homogêneo em todos os grupos. O aumento observado na placa metálica foi de cerca da metade daquele observado nos músculos, aproximando-se do observado no fêmur do lado de teste (figs. 3 a 7).
O exame macroscópico falhou em mostrar qualquer alteração cutânea nos grupos 1 e 2, mas mostrou hiperemia no
grupo 3 e hiperemia associada a bolhas no grupo 4. No grupo 5, houve alteração da cor da pele, indo do vermelho hiperêmico 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 basicamente de hiperemia, observada em todos os grupos, começando 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 irradiação e tornaram-se claramente isquêmicos com 15 minutos (tabela 2, fig. 8).
O exame microscópico apenas confirmou os achados acima mencionados, com congestão da pele e dos músculos nos
grupos 1 a 3 e isquemia por queimadura nos grupos 4 e 5 (fig. 9).
A análise estatística mostrou que o aumento médio de temperatura, como função da intensidade, entre 5 e 15 minutos de irradiação, foi significante para a placa, os músculos e o fêmur do lado de controle, em todos os grupos; já para os músculos e o fêmur do lado de teste, o aumento só foi significante no grupo 5, não o sendo nos grupos 1 a 4. Nos primeiros cinco minutos de irradiação, o aumento médio de temperatura foi significante para os músculos, tanto do lado de teste como de controle, em todos os grupos; para o fêmur esse aumento só não foi significante no grupo 1.
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 metálica 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 ultrasom terapêutico sobre o osso em consolidação estava em questão e, segundo, nenhuma outra variável importante, tal como uma osteotomia em consolidação, era desejável no local.
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 impreciso. Depois, um termistor foi tentado, mas também se mostrou impreciso, devido a um possível efeito piezelétrico das ondas ultra-sônicas sobre o material. Além disso, ambos tinham o inconveniente de só permitirem a tomada da temperatura 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 diferentes tecidos, particularmente as mamas. Ela é muito precisa, podendo detectar variações tão pequenas como 0,1ºC, conforme a calibração do aparelho. Além disso, como ocorreu no presente estudo, ela permite examinar várias estruturas simultaneamente e identificá-las adequadamente(8). Os resultados obtidos foram consistentes em mostrar que a irradiação com o ultra-som sempre produz aumento da tempera-tura nos tecidos e na placa metálica expostos a ela. Esse aumento foi observado já com a intensidade mais baixa (1W/ cm2) e foi diretamente proporcional à intensidade e duração da irradiação, tendo sido mais pronunciado com a intensidade de 3W/cm2, a ponto de causar queimaduras, mais evidentes na pele, mas também presentes nos músculos, provavelmente devido ao campo ultra-sônico estacionário (transdutor 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 minutos de irradiação, tendendo à estabilização depois, nos grupos 1 a 4 (1 a 2,5W/cm2). Depois desse período inicial, a temperatura continuou a aumentar quase linearmente, provavelmente porque o calor gerado excedia a capacidade tecidual de dissipá-lo.
É interessante notar que a maioria dos estudos realizados anteriormente parecia estar mais dirigida aos efeitos da irradiação 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 tecido ósseo 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 muscular.
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 excessivo no músculo, bem como na pele.
Apesar de ser parte da programação original, a temperatura na medula óssea não foi medida, devido a problemas técnicos de difícil solução. Entretanto, em dois animais foi feita uma pequena abertura (3mm Ø) na cortical lateral do fêmur, 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.
Foi um achado inesperado e intrigante que os aumentos de temperatura após a irradiação ultra-sônica foram sempre 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 implantada 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 esclarecido. Por sua vez, a irradiação ultra-sônica de intensidade acima de 2W/cm2 pode, por si só, causar efeitos indesejáveis, 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 interpretação das lâminas histológicas.
Bender, L.F., Herrick, J.F. & Krusen, F.H.: Temperatures produced in bone by various methods used in ultrasonic therapy. Arch Phys Med Rehabil 34: 424-433, 1953.
Bickford, R.H. & Duff, R.S.: Influence of ultrasonic irradiation on temperature on blood flow in human skeletal muscle. Circ Res 1: 534-538, 1953.
Coakley, W.T.: Biophysical effects of ultrasound at therapeutic intensities. Physiotherapy 64: 166-169, 1978.
De Nunno, R.: L'azione degli ultrasuoni sulla formazione del callo osseo (Ricerche sperimentali). Ann Ital Chir 29: 211-220, 1952.
Freundlich, H., Söllner, K. & Rogowski, F.: Einige biologische Wirkungen von Ultraschallwellen. Klin Wochenschr 11: 1512-1513, 1932.
Gersten, J.W.: Effect of metallic objects on temperature rises produced in tissue by ultrasound. Am J Phys Med 37: 75-82, 1958.
Herrick, J.F.: Temperatures produced in tissues by ultrasound: experimental study using various technics. J Accoust Soc Am 25: 12-16, 1953.
Jones, C.H.: "Thermal imaging", in Jackson, D.F. (ed.): Progress in medical and environmental physics, Vol. 2: Imaging with non-ionizing radiations, Glasgow, Blackie & Son Ed. (Surrey Univ. Press), 1983. p. 151-215.
Kitchen, S.S. & Partridge, C.J.: A review of therapeutic ultrasound. Part
1: Background and physiological effects. Physiotherapy 76: 593-595, 1990.
10. Kitchen, S.S. & Partridge, C.J.: A review of therapeutic ultrasound. Part
2: The efficacy of ultrasound. Physiotherapy 76: 595-599, 1990.
Lehmann, J.F., Brunner, G.D. & McMillan, J.A.: Influence of surgical metal implants on the temperature distribution in thigh specimens exposed to ultrasound. Arch Phys Med Rehabil 39: 692-695, 1958.
Lehmann, J.F., Lane, K.E., Bell, J.W. et al: Influence of surgical metal implants on the distribution of the intensity in the ultrasonic field. Arch Phys Med Rehabil 39: 756-760, 1958.
Lehmann, J.F., Brunner, G.D., Martinis, A.J. et al: Ultrasonic effects as demonstrated in live pigs with surgical metallic implants. Arch Phys Med Rehabil 40: 483-488, 1959.
Morrison, D.F.: Multivariate statistical methods, New York, McGraw-Hill, 1976.
Nelson, P.A., Herrick, J.F. & Krusen, F.H.: Temperatures produced in bone marrow, bone and adjacent tissues by ultrasonic diathermy. An experimental study. Arch Phys Med 31: 687-695, 1950.
Pohlmann, R.: Über die Absorption des Ultraschalls in menschlichen Gewebe und ihre Abbangigkeit von der Frequenz. Phys Z 40: 159-161, 1939.
Pohlmann, R., Parow-Souchon, E. & Schlungbaum, H.: Über die Temperaturverteilung im lebendem menschlichen Organismus bei Ultraschalleinstrahlung. Klin Wochenschr 26: 277-278, 1948.
Ter Haar, G.R. & Stratford, I.J.: Evidence for a non-thermal effect of ultrasound. Br J Cancer 45: 172-175, 1982.
