Física y tecnología
Hoy en día, las ondas de choque tienen muchas aplicaciones en medicina. Aunque en un principio solo se utilizaban para desintegrar los cálculos renales, ahora se emplean, entre otras cosas, en la terapia ortopédica del dolor o en el tratamiento de pacientes con la enfermedad de Alzheimer.
Para entender este sorprendente abanico de aplicaciones, merece la pena echar un vistazo a las propiedades físicas de las ondas de choque, que son las responsables de esta gran variedad de efectos médicos.
Ondas de choque focales
Efectos físicos y biológicos de las ondas de choque
Ondas de presión radiales
En la actualidad, las ondas de choque y de presión generadas extracorporalmente se aplican en las disciplinas médicas más diversas. Según el tipo de aplicación, se habla de terapia con ondas de choque extracorpóreas (ESWT) o, en la terapia de cálculos urológicos, de litotricia extracorpórea por ondas de choque (ESWL).
Este método terapéutico no invasivo se originó en la década de 1960. Entonces se concibió la idea de generar ondas de choque fuera del cuerpo para introducirlas en el cuerpo con el fin de desintegrar cálculos renales o biliares sin dañar el tejido situado delante.
En febrero de 1980, el Profesor Dr. Christian Chaussy realizó con éxito la primera desintegración de un cálculo en un paciente humano1,2,3 en Múnich. Posteriormente, las ondas de choque también se utilizaron cada vez más en otras zonas, por ejemplo, en las pseudoartrosis4,5 o en las inserciones de tendones6. Hasta ahora, el número de aplicaciones ha crecido constantemente y parece que el potencial terapéutico todavía no se ha agotado en absoluto.
La primera aplicación de ondas de choque en un paciente tuvo lugar a principios de 1980 con el objetivo de desintegrar un cálculo renal.
Ondas de choque comparadas con ondas de presión
En la práctica se usan tanto las ondas de choque focales como las ondas de presión radiales. Aunque es físicamente incorrecto, las ondas de presión radiales suelen denominarse ondas de choque radiales.
Las ondas de choque y las ondas de presión se diferencian no solo por el método de su generación, sino también por los parámetros físicos habitualmente usados y por la profundidad de penetración terapéutica en el tejido.
Este resumen proporciona importantes conocimientos sobre la física, la tecnología y las diferencias en las formas de aplicación. Si después de leer esto sigue teniendo preguntas, estaremos encantados de responderlas a través de
Las ondas de presión radiales suelen denominarse ondas de choque radiales, aunque esto es incorrecto desde el punto de vista de la física.
Ondas de choque focales
¿Qué son las ondas de choque?
Las ondas de choque son ondas acústicas. En la atmósfera, las ondas de choque ocurren en procesos de desarrollo explosivo como, por ejemplo, detonaciones, relámpagos o cuando un avión atraviesa la barrera de sonido. Las ondas de choque son pulsos acústicos que se caracterizan por altas amplitudes positivas de presión y una subida de presión muy empinada frente a la presión ambiental. En poco tiempo, pueden transferir la energía desde el lugar de generación hasta zonas distantes y provocar allí que los cristales de las ventanas se rompan, por ejemplo.
Las ondas de choque se propagan de forma explosiva y pueden causar la rotura de vidrios a mucha distancia.
Ondas de choque comparadas con ultrasonido
Las ondas de choque están relacionadas con las ondas de ultrasonido. Una diferencia significativa es que, en el caso de las ondas de choque, las amplitudes de presión son especialmente altas, por lo que hay que tener en cuenta un efecto de aumento de pendiente (fig. 3) como consecuencia de la no linealidad del medio de propagación (agua, tejido humano). Otra diferencia es que las ondas ultrasónicas, en su mayoría, se caracterizan por oscilaciones pequeñas de una anchura de banda estrecha (fig. 1). Las ondas de choque, en cambio, están representadas por un único pulso de presión predominantemente positivo, seguido de un componente de tracción bajo (pulso de presión negativo) en comparación (fig. 2). Un pulso de este tipo contiene frecuencias que van desde unos pocos kilohercios hasta más de 10 megahercios1,7,8.
Las ondas de choque son pulsos, mientras que el ultrasonido es una oscilación continua.
Generación de ondas de choque focales
Las ondas de choque focales pueden generarse de forma electrohidráulica, piezoeléctrica o electromagnética (fig. 4). En el caso del principio electrohidráulico, las ondas de choque son generadas directamente en la fuente de ondas de choque. En el caso del principio piezoeléctrico o electromagnético, las ondas de choque se generan a causa de un empinamiento y una interferencia, y por lo tanto solo en la zona focal con la mayor intensidad.
Para la aplicación médica, sobre todo es importante que las ondas de choque generadas de diferentes maneras se diferencien por los diferentes tamaños típicos de área focal. Las ondas de choque generadas de forma piezoeléctrica tienen el foco más pequeño, mientras que las ondas de la fuente electrohidráulica tienen el foco más largo. Por lo tanto, la dosificación necesaria para el tratamiento depende en parte del tipo de aparato correspondiente1,8.
Ejemplo: Generación electromagnética de ondas de choque
El método de generación electromagnética de ondas de choque radica en el principio físico de la inducción electromagnética. El método permite una dosificación muy precisa y sensible de la energía de la onda de choque aplicada. En el caso ideal, se emplea una bobina cilíndrica que enfoca la onda de choque mediante un paraboloide de rotación. Esto define la zona focal con gran precisión y puede reproducirse exactamente tanto en sentido axial (en profundidad) como lateral. A causa de la apertura relativamente grande de la fuente de ondas de choque en relación con el tamaño del foco, es posible transmitir la energía de las ondas de choque en el cuerpo a través de una superficie de acoplamiento correspondientemente grande sin causar mucho dolor. La energía se libera esencialmente solo en la zona focal relativamente pequeña dentro del cuerpo (fig. 5).
Las ondas de choque generadas de manera electromagnética causan relativamente poco dolor y permiten una dosificación muy precisa.
Propagación de ondas de choque focales
Las ondas de choque son ondas acústicas. Para propagarse, necesitan un medio como el agua o el aire. El agua se utiliza generalmente para las ondas de choque utilizadas con fines médicos. En este caso, las ondas de choque se generan fuera del cuerpo y luego se acoplan en el tejido biológico. Dado que los tejidos están formados en gran parte por agua, sus propiedades de transmisión del sonido son muy similares. Estas propiedades se describen mediante la impedancia acústica (Z). Así, la transmisión al tejido del cuerpo ocurre sin pérdidas significativas. La impedancia acústica se define como sigue:
Las superficies límite acústicas, en las que cambian las propiedades acústicas de la densidad (ρ) y la velocidad del sonido (c), provocan una desviación de la propagación rectilínea de las ondas mediante fenómenos conocidos de la óptica como la refracción, la reflexión, la dispersión y la difracción. Estos efectos deben tenerse en cuenta al aplicar las ondas de choque a los seres humanos. Solo así se garantiza que la energía pueda surtir efecto en la zona de tratamiento.
Semejante a lo que sucede con la luz en los espejos, las ondas de choque son reflejadas y refractadas en bordes acústicos. Este efecto es todavía más fuerte cuanto más grande sea la diferencia entre las impedancias acústicas de ambos medios.
Por este motivo, el primer dispositivo de desintegración de cálculos renales consistía en sumergir al paciente en una bañera llena de agua. Las unidades actuales funcionan con el llamado acoplamiento »en seco«. Con este método, el baño de agua se aplica al cuerpo a través de una membrana de acoplamiento flexible. La capa de aire intermedia se elimina con gel de acoplamiento o una fina película de agua.
La capa de aire o las burbujas de aire entre la fuente de ondas de choque y el cuerpo reducen significativamente la eficacia.
Independientemente de esto, hay que tener cuidado de que no haya órganos que contengan gas (pulmones) o estructuras óseas de mayor tamaño delante de la zona de tratamiento propiamente dicha. Estos protegerían la zona objetivo de las ondas de choque e impedirían el efecto terapéutico deseado. Además, la liberación de energía hacia arriba dañaría el tejido pulmonar (contraindicación).
A fin de cuentas, se debe considerar además que el tejido blando (piel, grasa, músculos, tendones, etc.) tampoco es acústicamente homogéneo y que puede haber superficies límite. Sin embargo, las diferencias en las propiedades acústicas son significativamente menores que en la transición del agua al aire y viceversa. Además de la absorción y la reflexión, aquí se producen efectos de refracción que pueden provocar desviaciones de la propagación en línea recta de las ondas de choque en el cuerpo que son difíciles de controlar.
Parámetros de las ondas de choque/Medición de las ondas de choque/Presión de las ondas de choque
Para la caracterización de las ondas de choque se utilizan principalmente las mediciones con sondas de presión8. Las ondas de choque utilizadas en medicina (fig. 2) presentan valores típicos de presión para el pico de presión p+ de aproximadamente 10 a 100 megapascales (MPa). Esto corresponde a entre 100 y 1000 veces la presión atmosférica. Los tiempos de subida muy cortos son de unos 10 a 100 nanosegundos (ns), según el tipo de generación. La duración del pulso también es bastante corta, de aproximadamente 1000 nanosegundos (1 µs) (en comparación con las ondas de presión médicas descritas, véase también la fig. 15). Otra característica de la onda de choque es el componente de tracción relativamente bajo p-, que es aproximadamente el 10 % de la presión máxima p+.
Si se representan los picos de presión p+ medidos en el plano focal en una representación tridimensional (en la dirección axial de la propagación de la onda de choque y lateralmente, es decir, perpendicular a ella), se obtiene una distribución de presión típica como la que se muestra en la fig. 6. Se puede observar que el campo de ondas de choque no tiene un límite nítido, sino más bien la forma de una montaña, con un pico en el centro y flancos más o menos inclinados. Por lo tanto, también se habla de una montaña de presión. La forma y altura de esta montaña pueden variar en función del aparato de ondas de choque utilizado.
Foco de ondas de choque
El foco de ondas de choque se define como la parte de la montaña de presión en la que la presión es igual o superior al 50 % de la presión máxima (fig. 6 y 7). Esta región también se denomina zona focal -6dB o se describe con la abreviatura FWHM (Full Width at Half Maximum).
Zona terapéutica 5 MPa
Solo junto con el valor de energía se puede dar una impresión del área en la que la onda de choque desarrolla su efecto biológico. En otras palabras, la zona terapéutica de una onda de choque en el cuerpo no se describe por la dimensión del foco -6 dB. Puede ser mayor o menor que esta dimensión. Por esta razón, se definió otra cantidad que tiene una relación más estrecha con la eficacia terapéutica y que no se refiere a cantidades relativas (relación con la presión máxima en el centro), sino a una cantidad absoluta: la presión de 5 MPa (50 bar). En consecuencia, el foco de 5 MPa se define como la zona espacial donde la presión de la onda de choque es mayor o igual a 5 MPa. La definición se basa en la suposición de que existe un cierto límite de presión por debajo del cual una onda de choque apenas es terapéutica o no lo es en absoluto
No hay pruebas científicas para el valor de 5 MPa. Sin embargo, la definición anterior tiene la ventaja de reflejar el cambio de la zona terapéutica con el ajuste de energía seleccionado. Las diferentes zonas y sus cambios con los niveles de energía seleccionados se muestran esquemáticamente en la fig. 8. En cambio, la zona focal -6 dB no cambia esencialmente a pesar de los diferentes ajustes de energía.
La zona focal es el área con la mayor intensidad de energía. Esencialmente, su dimensión no depende de la intensidad seleccionada. Al contrario, la zona terapéutica depende de la intensidad seleccionada y normalmente es más grande que la zona focal.
Energy (E)
Para las aplicaciones prácticas, la energía de la onda de choque aplicada es un parámetro importante5, aunque hoy en día se orienta principalmente hacia la densidad de flujo de energía. Se puede presuponer que los efectos de la onda de choque en el tejido solo se producen cuando se superan determinados umbrales de energía. La energía se determina por integración a base del desarrollo de la onda de presión p(t). Es proporcional a la superficie (A) e inversamente proporcional a la impedancia acústica (Z):
Hay que distinguir si la integración de la presión a lo largo del tiempo solo registra las fracciones positivas de la presión (E+) o también las fracciones negativas (de la tracción) (Etotal). Normalmente se utiliza E (sin índice) para indicar la energía total. La energía acústica de un impulso de onda de choque se expresa en milijulios (mJ). Por lo general, se administran unos 100 o 1000 impulsos de ondas de choque por tratamiento. La energía total suministrada se obtiene multiplicando por el número de impulsos1,8.
Densidad del flujo energético (ED)
El efecto terapéutico de las ondas de choque depende de si la energía de la onda de choque se distribuye por una gran superficie o si se concentra en una zona terapéutica estrecha (zona focal). Una medida de la concentración de energía se obtiene determinando la energía por superficie (E/A):
La densidad del flujo energético ED se expresa en milijulios por milímetro cuadrado (mJ/mm2). En el caso de la densidad de flujo energético, también se distingue entre la integración solo sobre la parte positiva o la parte negativa de la curva de presión. Sin indicación (ED), se suele tener en cuenta la densidad de flujo energético total, es decir, la curva de presión que incluye las fracciones negativas de tracción.
Los primeros aparatos de ondas de choque funcionaban según el principio electrohidráulico. A diferencia de hoy en día, los niveles de energía no se daban en mJ/mm2, sino en valores de tensión (kV).
Impulso
Hasta ahora se ha prestado poca atención al hecho de que la onda de choque tiene un impulso. El impulso de una onda de choque también se define, como la energía, integrando la presión en el tiempo. A diferencia de la energía, el impulso no eleva al cuadrado la presión antes de integrarse. De este modo se conserva su signo y el carácter vectorial del impulso proporciona un impulso en la dirección de propagación de la onda de choque debido a la fracción positiva de la presión, mientras que la fracción negativa (tensión) produce un impulso menor en la dirección de retroceso. La forma asimétrica del pulso de la onda de choque hace que los dos impulsos sucesivos no se compensen entre sí y se genere una interacción con alta presión y menor tensión. Los ultrasonidos continuos son diferentes. En este caso, las fases de tensión y compresión alternas se compensan en gran medida, de modo que el impulso resultante solo alcanza una magnitud pequeña en comparación.
El impulso de la onda de choque tiene una importancia decisiva tanto para la desintegración de los cálculos de alta energía como para el efecto de estimulación médico-biológica de baja energía34.
El impulso de la onda de choque es, por tanto, de especial importancia porque a través de él se ejercen fuerzas sobre la materia. Si una onda de choque se propaga, por ejemplo, en un tejido biológico, se verá poco perturbada mientras no choque con los límites del tejido, donde la densidad del tejido ρ y/o la velocidad del sonido c, es decir, la impedancia acústica Z = ρ x c, cambian bruscamente. En dichas superficies límite, el impulso de la onda se divide por reflexión en una fracción que continúa atravesando la interfaz y una fracción que se refleja en la superficie límite. Las fracciones de la onda transmitida y reflejada están determinadas por el factor de reflexión.
Esto significa que, por ejemplo, una fracción mayor se refleja en las superficies límite duras, como los cálculos, y una parte menor en las superficies límite blandas, como los tendones y las fibras musculares. Directamente vinculadas a esto están las fuerzas que se ejercen sobre las superficies límite y que pueden utilizarse tanto para romper materiales frágiles, como los cálculos del cuerpo, como para estimular materiales elásticos, como los tejidos blandos del cuerpo.
La base física para el desarrollo de la fuerza durante la reflexión ya fue reconocida por Isaac Newton en 1687, según la cual cualquier cambio en el impulso solo puede ocurrir en combinación con una acción de la fuerza.
En general, según Newton:
Específicamente, un cuerpo con masa m que se mueve con velocidad v tiene un impulso P = mv. Cuando el cuerpo se acelera o frena, su velocidad cambia. Actúa una fuerza F = m(dv/dt). Según la dirección de la fuerza, puede llamarse fuerza de aceleración o de frenado.
Efectos físicos y biológicos de las ondas de choque
Efecto directo en las superficies límite
El mecanismo de efecto selectivo de la onda de choque en diferentes tejidos y superficies límite de materiales no se ha considerado durante mucho tiempo. Sin embargo, constituye la base de diversas aplicaciones médicas y explica por qué se pueden atravesar muchos tipos de tejidos sin sufrir daños significativos y por qué se puede observar una liberación terapéutica de la fuerza de forma selectiva en las superficies límite hasta la ruptura de los cálculos del cuerpo. Por lo tanto, el mecanismo físico de transmisión de impulsos y el efecto de fuerza basado en él pueden considerarse responsables del efecto de las ondas de choque en medicina.
Las ondas de choque pueden desarrollar fuerzas no solo de forma selectiva en las zonas de tejido cercanas a la superficie. Debido a las fracciones de alta frecuencia en el rango de los megahercios y las bajas longitudes de pulso asociadas, de unos pocos milímetros, las ondas de choque pueden centrarse en zonas más profundas del cuerpo. Allí, pueden generar específicamente pulsos de estimulación más largos en el rango de milisegundos fisiológicamente efectivos a través del mecanismo de transmisión de pulsos.
Las fuerzas que surgen según estas leyes físicas durante la transmisión de los impulsos a través de la transmisión y la reflexión selectiva en las superficies límite de los tejidos son capaces de generar pequeños movimientos de las superficies límite que aseguran que las capas de las células se estiren y se deformen y se vuelvan brevemente permeables a los iones y a ciertas moléculas. Este proceso se denomina mecanotransducción. Hoy en día, la mecanotransducción se considera crucial para muchos mecanismos de acción en el campo de las aplicaciones médicas de las ondas de choque, ya que puede explicar la liberación de una serie de sustancias bioquímicas como los óxidos nítricos (NO), los factores de crecimiento, la sustancia P y otras18,21.
Hay una propiedad más de las ondas de choque que es importante. Al igual que en el caso de los ultrasonidos, los procesos de presión primaria tienen lugar en el rango de los microsegundos, es decir, demasiado rápido para la mayoría de los procesos fisiológicos. La fisiología de la mecanotransducción, en cambio, requiere efectos de fuerza con una duración de milisegundos, es decir, periodos bastante más largos en los que es posible un intercambio de sustancias bioquímicas a través de poros brevemente abiertos en membranas desgarradas. La transferencia de impulso de la onda de choque durante la reflexión en las superficies límite hace que las masas implicadas se aceleren y realicen pequeños movimientos en milisegundos
El carácter de las ondas de choque es distinto al carácter de las ondas ultrasónicas. Las ondas ultrasónicas ejercen sobre el tejido una carga alterna de alta frecuencia, en el ámbito de frecuencia de unos megahercios, que lleva al calentamiento, al desgarro del tejido y a la formación de cavitación en el caso de amplitudes altas9,10. El efecto de las ondas de choque se basa, entre otros, en la acción de una fuerza dirigida hacia delante (en dirección de la propagación de las ondas de choque) con transmisión de impulsos en la superficie límite (véase más arriba).
Esta puede aumentar hasta tal punto que los cálculos renales pueden ser destruidos2,3. Estos efectos de fuerza se producen esencialmente en superficies límite con un salto de resistencia acústica, pero casi nunca en medios homogéneos (tejido, agua)11. Por esta razón, la onda de choque es el medio ideal para producir efectos en la profundidad del tejido sin afectar al tejido que está delante.
Incluso en las superficies límite menos pronunciadas dentro de las estructuras de tejido blandas se nota una fuerza ligera causada por ondas de choque. Según la intensidad (fig. 11), esta fuerza puede causar la destrucción mecánica de células, membranas y trabéculas óseas11, por ejemplo, o estimular células por la deformación reversible de la membrana celular12. Así es posible, por un lado, destruir estructuras frágiles (cálculos renales), y, por otro lado, irritar o estimular estructuras de tejido, lo que puede iniciar procesos de curación. Se pueden observar procesos de este tipo, por ejemplo, en aplicaciones ortopédicas36. El enfoque permite limitar el efecto a la zona objetivo. Los efectos secundarios fuera de este ámbito se reducen o se evitan.
El enfoque permite centrar el efecto sobre un área de meta definida.
En la mayoría de los casos, el tratamiento con ondas de choque lleva a un aumento de la circulación sanguínea y de la intensidad metabólica al que se puede atribuir la curación incipiente.
Las ondas de choque ocasionan también reacciones biológicas a causa de las fuerzas cortantes y de presión que las acompañan (véase más arriba). Este mecanismo de acción, conocido como mecanotransducción, se considera responsable de los siguientes efectos científicamente probados.
- Aumento de la permeabilidad de las células15
- Estimulación de la microcirculación (sangre, linfa)16,17
- Liberación de la sustancia P18
- Reducción de las fibras nerviosas no mielinizadas19
- Liberación de óxido nítrico (NO) que produce una vasodilatación, un aumento del metabolismo y una angiogénesis y tiene un efecto antiinflamatorio20,21
- Efecto antibacteriano22
- Liberación de hormonas de crecimiento (vasos sanguíneos, epitelios, huesos, colágeno, etc.)20,23,24,25
- Estimulación de células madre26,27
- Estimulación de células nerviosas (potenciales de acción)18,33,35
Efecto indirecto, cavitación
Además de la acción de fuerza directa de las ondas de choque en las superficies límite, en algunos medios como el agua y, en parte, en el tejido, se produce un fenómeno llamado cavitación9.
Las burbujas de cavitación se forman directamente después de que la carga alterna de presión/tracción de la onda de choque ha pasado por el medio. Gran parte de las burbujas sigue creciendo durante hasta aprox. 100 microsegundos después de haber pasado la onda y luego las burbujas colapsan con ímpetu emitiendo ondas de choque secundarias esféricas. Cerca de las superficies límite, las burbujas de cavitación ya no pueden colapsar tranquilamente. El medio que vuelve para llenar las burbujas, como agua o líquido del cuerpo, no puede refluir sin problema. La consecuencia es el colapso asimétrico de la burbuja con la formación de un microjet13. Este chorro de líquido dirigido a la superficie límite tiene una velocidad de unos cientos metros por segundo (fig. 12).
Los microjets tienen una gran energía y un gran poder de penetración: pueden erosionar las superficies límite duras de los cálculos. Cuando pasan las ondas de choque, la liberación de gases disueltos en la sangre o en el tejido también causa burbujas. Este fenómeno se llama cavitación blanda. Estas burbujas pueden desgarrar pequeños vasos sanguíneos o células, lo que causa microhemorragias o perforaciones de membranas. La cavitación no se limita exclusivamente a la zona focal, pero está muy pronunciada en esta zona1,8,14.
Aplicación controlada de ondas de choque focales
Para la aplicación controlada de ondas de choque es necesario posicionar la zona focal en el área que se desea tratar. En el caso de cálculos (litotricia), huesos o ciertas estructuras de tejido, es posible utilizar rayos X o ultrasonido para el posicionado. En la terapia del dolor, se comunica con el paciente para determinar el punto con la mayor percepción de dolor. Con el método del »biofeedback« es posible localizar muchos de los puntos de tratamiento superficiales y más profundos.
Ondas de presión radiales
¿Qué son las ondas de presión radiales?
Además de las ondas de choque focales, la medicina moderna también recurre a las ondas de presión radiales. El físico Isaac Newton estableció ya en el año 1687 su famosa ley de »acción y reacción«. El funcionamiento de un aparato balístico de ondas de presión se basa justamente en el principio de conservación del momento lineal derivado de esta ley.
El tratamiento con ondas de impulso se basa en la ley de »acción y reacción« del físico Isaac Newton del año 1687.
La energía mecánica en forma de una onda de presión acústica es transmitida al tejido del cuerpo y, a consecuencia, a la zona de dolor, mediante transmisores de diseño especial. Las ondas de presión radiales producidas de manera balística ya se aplican a la medicina desde finales de los años 90. Representan una alternativa económica, sobre todo para el tratamiento de indicaciones musculo-esqueléticas.
Muchas de las indicaciones y éxitos terapéuticos con las ondas de presión radiales y las ondas de choque focales son muy similares28. En la práctica, se habla en consecuencia de »tratamiento con ondas de choque radiales« (RSWT).
Las ondas de presión radiales suelen denominarse ondas de choque radiales, aunque esto es incorrecto desde el punto de vista de la física.
Desde el punto de vista físico, sin embargo, el término de onda de choque no es correcto para las ondas de presión radiales. El pulso de la onda de presión radial es mucho más largo que el de la onda de choque. Las ondas de presión tienen una longitud de pulso de entre 0,15 y 1,5 m. En comparación, en el caso de las ondas de choque, la longitud del pulso es mucho más corta, aproximadamente 1,5 mm. Esto explica por qué pueden ser enfocadas, a diferencia de las ondas de presión29.
Las ondas de presión radiales suelen denominarse en la práctica ondas de choque radiales, pero tienen una duración de pulso significativamente mayor que las ondas de choque focales.
Generación de ondas de presión radiales
Las ondas de presión son generadas por la colisión de cuerpos sólidos (fig. 14). En este proceso, primero se acelera un proyectil, por ejemplo, mediante aire comprimido (similar a un rifle de aire), hasta alcanzar una velocidad de unos pocos metros por segundo (aproximadamente de 5 a 25 m/s, muy por debajo de la velocidad del sonido en el agua, de 1500 m/s), y luego se desacelera bruscamente sobre un cuerpo de impacto (aplicador). El cuerpo de impacto suspendido elásticamente se pone en contacto directo con la superficie del cuerpo por encima de la zona que se desea tratar, preferiblemente mediante un gel de acoplamiento de ultrasonidos. Cuando el proyectil choca contra el cuerpo de impacto, parte de su energía cinética se transfiere al cuerpo de impacto, que se desplaza una corta distancia (normalmente <1 mm) a una velocidad mucho menor (normalmente <1 m/s) hasta que el tejido acoplado o el aplicador hayan frenado el movimiento del cuerpo de impacto. En el punto de contacto, el movimiento del cuerpo de impacto se transmite al tejido. Allí genera una onda de presión radial que se propaga de forma divergente.
La duración del pulso de presión (fig. 15) se determina por el movimiento de traslación del cuerpo de impacto y alcanza típicamente entre aprox. 0,2 y 5 milisegundos (ms) en el tejido. Por lo tanto, la duración de los pulsos de presión transmitidos al tejido es 1000 veces mayor que la de las ondas de choque. Con este procedimiento, las presiones máximas típicas son considerablemente más bajas que las de las ondas de choque. Se elevan a aprox. 0,1 a 1 MPa y son, por lo tanto, 100 veces más bajas1,8.
Además, la colisión genera en el cuerpo de impacto una onda acústica de mayor frecuencia (sonido que se propaga en estructuras sólidas). Debido a la gran diferencia entre las dos impedancias acústicas (metal, agua), solo una parte pequeña (aprox. el 10 %) de esta energía de oscilación es irradiada al tejido o al agua. La energía contenida en la oscilación acústica de alta frecuencia es considerablemente más baja que el contenido de energía en el pulso de presión de baja frecuencia descrito arriba30.
Propagación de ondas de presión
Las ondas de presión en el sentido descrito se propagan radialmente al tejido adyacente desde el punto de aplicación del cuerpo de impacto29. La densidad energética de la onda de presión acoplada disminuye rápidamente en función de la distancia del punto de acoplamiento (reducción proporcional 1/r2). El efecto más fuerte se da en el punto de aplicación del cuerpo de impacto, es decir, en la superficie de la piel (fig. 16).
A pesar de que el efecto terapéutico de las ondas de presión radiales alcance una profundidad de 3-4 cm, desarrolla su intensidad máxima en la superficie de la piel.
Parámetros de ondas de presión/Medición de ondas de presión
Debido a la duración mucho más larga del pulso y la amplitud de presión inferior, la medición de la presión en el agua que se aplica habitualmente para ondas de choque no sirve como criterio. Resulta más eficaz registrar la desviación del cuerpo de impacto (Fig. 17) y la fuerza transmitida a un fantoma de tejido viscoelástico. Sin embargo, dado que estos parámetros dependen fuertemente del tipo de cuerpos de impacto (transmisores) utilizados, se suele indicar todavía de forma indirecta la presión que acelera el proyectil como medida para la intensidad.
Efectos físicos y biológicos de ondas de presión
Las ondas de presión radiales provocan vibraciones en el tejido, lo que provoca un aumento de la microcirculación y el metabolismo31. A pesar de los numerosos éxitos terapéuticos, los efectos biológicos exactos apenas se han estudiado científicamente.
Resulta interesante constatar que, a pesar de las diferencias físicas y los campos de aplicación distintos resultantes (en la superficie o en la profundidad), los efectos de estimulación y los mecanismos terapéuticos son, en parte, parecidos. Así, las ondas de presión radiales, por ejemplo, sirven bien para indicaciones de dolor cerca de la superficie. En el caso del síndrome de dolor miofascial, las ondas de presión radiales son indispensables para alisar la musculatura y/o las fascias antes o después de la aplicación de las ondas de choque focales. 
La similitud de los efectos de las ondas de choque focales y de las ondas de presión radiales puede explicarse por el mecanismo de mecanotransducción subyacente a ambos métodos. Mientras que con la onda de choque focal es posible utilizar la onda de choque de onda corta para aplicar los impulsos de estimulación específicamente en la superficie o en profundidad, con las ondas de presión radiales esto solo es posible en la superficie con un efecto radialmente decreciente en profundidad debido a la falta de focalización.
Ondas de choque comparadas con ondas de presión
Las ondas de choque y de presión se distinguen tanto por sus características físicas y su técnica de generación como también por la magnitud de los parámetros habitualmente utilizados y por las profundidades terapéuticas de penetración en el tejido. La Fig. 18 presenta un resumen breve de las diferencias más importantes.
El uso de una onda de choque focal es ventajoso para la terapia de puntos dolorosos locales, tendinosis de inserción crónica y puntos de gatillo más profundos32.
1 Wess, O.: Physikalische Grundlagen der extrakorporalen Stoswellentherapie. Journal für Mineralstoffwechsel, 11(4), 7 – 18, 2004.
2 Chaussy, C. et al.: Extracorporeally induced destruction of kidney stones by shock waves. The Lancet, 316(8207), 1265 – 1268, 1980.
3 Chaussy, C. et al.: First clinical experiences with extracorporeally induced destruction of kidney stones by shock waves. The Journal of Urology, 127(3), 417 – 420, 1982.
4 Valchanov, V. et al.: High energy shock waves in the treatment of delayed and nonunion of fractures. International Orthopaedics, 15(3), 181 – 184, 1991.
5 Schaden, W. et al.: Extracorporeal shock wave therapy (ESWT) in 37 patients with non-union or delayed osseous union in diaphyseal fractures. In: Chaussy, C. et al. (eds.): High Energy Shock Waves in Medicine, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1997.
6 Dahmen, G. P. et al.: Die Extrakorporale Stosswellentherapie in der Orthopädie – Empfehlungen zu Indikationen und Techniken. In: Chaussy, C. et al. (eds.): Die Stosswelle – Forschung und Klinik. Attempto Verlag, Tübingen, 1995.
7 Wess, O.: Physics and technology of shock wave and pressure wave therapy. ISMST Newsletter 2(1), 2 – 12, 2006.
8 Wess, O. et al.: Working group technical developments – consensus report. In: Chaussy, C. et al. (eds.): High Energy Shock Waves in Medicine. Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1997.
9 Church, C.: A theoretical study of cavitation generated by an extracorporeal shock wave lithotripter. The Journal of the Acoustical Society of America, 86(1), 215 – 227, 1989.
10 Church, C.: The risk of exposure to diagnostic ultrasound in postnatal subjects. Journal of Ultrasound in Medicine, 27(4), 565 – 592, 2008.
11 Delius, M. et al.: Biological effects of shock waves: in vivo effect of high energy pulses on rabbit bone. Ultrasound in medicine and biology, 21(9), 1219 – 1225, 1995.
12 Forssman, B. et al.: Stosswellen in der Medizin, Medizin in unserer Zeit. 4: 10, 1980.
13 Crum, L. A.: Cavitation on microjets as a contributory mechanism for renal calculi disintegration in ESWL. The Journal of Urology, 140(6), 1587 – 1590, 1988.
14 Coleman, A. J. et al.: Acoustic cavitation generated by an extracorporeal shockwave lithotripter. Ultrasound in medicine and biology, 13(2), 69 – 76, 1987.
15 Byron, C. R. et al.: Effects of radial shock waves on membrane permeability and viability of chondrocytes and structure of articular cartilage in equine cartilage explants. American Journal of Veterinary Research, 66(10), 1757 – 1763, 2005.
16 Kisch, T. et al.: Repetitive shock wave therapy improves muscular microcirculation. Journal of Surgical Research, 201(2), 440 – 445, 2016.
17 Goertz, O. et al.: Short-term effects of extracorporeal shock waves on microcirculation. Journal of Surgical Research, 194(1), 304 – 311, 2015.
18 Maier, M. et al.: Substance P and prostaglandin E2 release after shock wave application to the rabbit femur. Clinical Orthopaedics and Related Research, (406), 237 – 245, 2003.
19 Klonschinski, T. et al.: Application of local anesthesia inhibits effects of low-energy extracorporeal shock wave treatment (ESWT) on nociceptors. Pain Medicine, 12(10), 1532 – 1537, 2011.
20 Nishida, T. et al.: Extracorporeal cardiac shock wave therapy markedly ameliorates ischemia-induced myocardial dysfunction in pigs in vivo. Circulation, 110(19), 3055 – 3061, 2004.
21 Mariotto, S. et al.: Extracorporeal shock waves: From lithotripsy to anti-inflammatory action by NO production. Nitric Oxide, 12(2), 89 – 96, 2005.
22 Horn, C. et al.: The effect of antibacterial acting extracorporeal shockwaves on bacterial cell integrity. Medical Science Monitor, 15(12), 364 – 369, 2009.
23 Chao, Y.-H. et al.: Effects of shock waves on tenocyte proliferation and extracellular matrix metabolism. Ultrasound in medicine and biology, 34(5), 841 – 852, 2008.
24 Christ, Ch. et al.: Improvement in skin elasticity in the treatment of cellulite and connective tissue weakness by means of extracorporeal pulse activation therapy. Aesthetic Surgery Journal, 28(5), 538 – 544, 2008.
25 Gollwitzer, H. et al.: Radial extracorporeal shock wave therapy (rESWT) induces new bone formation in vivo: results of an animal study in rabbits. Ultrasound in medicine and biology, 39(1), 126 – 133, 2013.
26 Schuh, C. M. et al.: In vitro extracorporeal shock wave treatment enhances stemness and preserve multipotency of rat and human adipose-derived stem cells. Cytotherapy, 16(12), 1666 – 1678, 2014.
27 Raabe, O. et al.: Effect of extracorporeal shock wave on proliferation and differentiation of equine adipose tissue-derived mesenchymal stem cells in vitro. American Journal of Stem Cells, 2(1), 62 – 73, 2013.
28 Auersperg, V. et al.: DIGEST-Leitlinien zur Extrakorporalen Stosswellentherapie, www.digest-ev.de, 2012.
29 Cleveland, R. O. et al.: Acoustic field of a ballistic shock wave therapy device. Ultrasound in medicine and biology, 33(8), 1327 – 1335, 2007.
30 Uberle, F. et al.: Ballistic pain therapy devices: measurement of pressure pulse parameters. Biomedical Engineering/ Biomedizinische Technik, 57 (SI-1 Track-H), 700 – 703, 2012.
31 Grecco, M. V. et al.: One-year treatment follow-up of plantar fasciitis: radial shockwaves vs. conventional physiotherapy. Clinics, 68(8),1089 –1095, 2013.
32 Gleitz, M.: Die Bedeutung der Trigger-Stoßwellentherapie in der Behandlung pseudoradikularer Cervicobrachialgien. Abstracts 53. Jahrestagung der Vereinigung Süddeutscher Orthopäden e.V., 2005.
33 Wess, O.: A neural model for chronic pain and pain relief by extracorporeal shock wave treatment. Urological Research, 2008; 36(6), 327 – 334, 2008.
34 Wess, O. et al.: Fragmentation of brittle material by shock wave lithotripsy. Momentum transfer and inertia: a novel view on fragmentation mechanisms. Urolithiasis, 48(2), 137 – 149, 2020.
35 Beisteiner, R. et al.: Transcranial Pulse Stimulation with Ultrasound in Alzheimer’s Disease – A New Navigated Focal Brain Therapy. Advanced Science, 7(3):1902583, 2019. doi: 10.1002/advs.201902583.
36 Reilly, J. M. et al.: Effect of Shockwave Treatment for Management of Upper and Lower Extremity Musculoskeletal Conditions: A Narrative Review. PM&R, 10(12), 1385 – 1403, 2018.
