Eficiența LIPUS (ultrasunetelor pulsate de joasă intensitate) în stimularea creșterii osoase a fost dovedită, de-a lungul timpului, prin numeroase studii științifice.
Utilizarea ultrasunetelor în diverse aplicații medicale, inclusiv diagnostic, chirurgie și terapie, a fost studiată intens de-a lungul deceniilor, existând cercetări asupra beneficiilor acestei metode încă din anii 1920. Aplicațiile timpurii s-au concentrat în principal pe efectele termice ale ultrasunetelor, utilizate pentru creșterea selectivă a temperaturii în țesuturi. Recent, însă, atenția s-a îndreptat către efectele nontermice, care au extins semnificativ utilizarea ultrasunetelor într-o gamă largă de aplicații terapeutice (Jiang et al., 2018).
Ultrasunetele pulsate de intensitate joasă (LIPUS) reprezintă un tip specific de ultrasunete care funcționează la intensitate scăzută și sunt emise în mod pulsatoriu (Jiang et al., 2018). Aceste ultrasunete produc schimbări terapeutice fără a genera o creștere semnificativă a temperaturii țesuturilor, spre deosebire de ultrasunetele de intensitate ridicată, utilizate pentru efectele lor termice (Jiang et al., 2018). Energia ultrasunetelor este absorbită într-un ritm proporțional cu densitatea țesuturilor prin care trece. Astfel, microdeformările mecanice produse de aceste unde de presiune în țesuturile biologice declanșează procese biochimice ce contribuie la eficientizarea vindecării fracturilor (Claes & Willie, 2007).
Ca metodă de tratament, LIPUS a început să fie utilizată la scară largă pentru tratarea fracturilor recente, la începutul anilor 1990 și pentru tratamentul pseudoartrozelor sau al întârzierilor de consolidare, la sfârșitul anilor 1990 (Claes & Willie, 2007).
Istoric
Punctul de plecare pentru explorarea ulterioară a terapiei cu ultrasunete pulsate de joasă intensitate ca modalitate validă de stimulare a regenerării osoase a fost articolul „The Stimulation of Bone Growth by Ultrasound”, publicat de L.R. Duarte în 1983. Duarte a realizat un studiu experimental pentru a analiza efectele LIPUS aplicate în condiții controlate asupra procesului de vindecare a osteotomiei bilaterale a fibulei și perforațiilor bilaterale pe cortexul femurului. Studiul a luat în considerare atât efectele termice, cât și cele non-termice, punând în evidență importanța mecanismului non-termic. Studiul a implicat utilizarea de modele animale, mai exact iepuri (Duarte, 1983).
Pentru tratarea leziunilor osoase au fost utilizate ultrasunete pulsate de joasă intensitate (sub pragul de cavitație), menținând o variație constantă a temperaturii de 0.01°C. Acest fapt demonstrează că mecanismul de stimulare este cauzat de piezoelectricitate și nu de efectele termice generate (Duarte, 1983). Scopul lucrării a fost de a demonstra că tratamentele cu LIPUS (Low Intensity Pulsed Ultrasound) reprezintă o metodă eficientă de stimulare a creșterii osoase, un proces care facilitează vindecarea fracturilor. Iepurii au fost expuși la utrasunete timp de 15 minute pe zi, pe o periodă de 15 zile în cazul perforațiilor pe cortexul femural, respectiv 18 zile în cazul osteotomiei fibulare. Pentru a analiza rezultatele obținute au fost efectuate evaluări radiologice și histologice ale progresului calusului, măsurători ale suprafeței calusului, precum și comparări grafice între grupurile de control și cele stimulate (Duarte, 1983).
La finalul studiului, Duarte (1983) a demonstrat că aplicarea ultrasunetelor pulsate de joasă intensitate accelerează procesul de vindecare a leziunilor osoase, conducând la o formare mai rapidă a calusului osos și o consolidare îmbunătățită a fracturilor în cazul modelelor animale.
Beneficiile terapiei cu ultrasunete pulsate de joasă intensitate (LIPUS) pentru accelerarea vindecării fracturilor osoase la oameni au fost discutate încă din 1994. Articolul „Acceleration of Tibial Fracture-Healing by Non-Invasive, Low-Intensity Pulsed Ultrasound”, publicat de James D. Heckman și colaboratorii săi, analizează efectele acestei metode de tratament.
Aceștia au realizat un studiu clinic randomizat, dublu-orb, pentru a explora efectele utilizării ultrasunetelor pulsate de joasă intensitate în procesul de regenerare osoasă. La studiu au participat 67 de subiecți cu fracturi închise sau fracturi deschise, stabilizate chirurgical sau ortopedic. Dintre aceștia, 33 au făcut parte din grupul de tratament, iar restul de 34 din grupul de control. Durata studiului a fost de 24 de săptămâni, timp în care grupul de tratament a utilizat un dispozitiv portabil ce emitea ultrasunete pulsate de joasă intensitate (20 minute/zi), iar grupul de control a folosit un dispozitiv asemănător, dar fără emisii de ultrasunete (Heckman et al., 1994).
La finalul studiului, s-a constatat că pacienții din grupul de tratament au avut un timp de vindecare semnificativ redus și o recuperare funcțională mai rapidă. De asemenea, tratamentul a fost considerat sigur, fără efecte adverse majore asociate expunerii la ultrasunete pulsate de joasă intensitate (Heckman et al., 1994).
Utilizarea LIPUS în regenerarea osoasă
Terapia LIPUS este o metodă larg acceptată și recomandată pentru îmbunătățirea formării osoase endocondrale. Studiile au demonstrat că aceasta crește fluxul sanguin în apropierea zonei afectate și reduce semnificativ timpul de vindecare în cazurile de fracturi de scafoid, tibiale și ale radiusului distal. LIPUS reprezintă o metodă terapeutică noninvazivă, care nu necesită intervenții chirurgicale ulterioare. Tratamentul are eficiență maximă atunci când este aplicat în stadiile incipiente ale fracturii și poate fi utilizat în siguranță, chiar și în prezența implanturilor metalice, fără a provoca efecte adverse asupra țesuturilor (Palanisamy et al., 2022). Cercetările efectuate au demonstrat că LIPUS are efecte benefice în fiecare etapă a vindecării fracturilor osoase: reducerea inflamației, stimularea vascularizației, condrogenezei și osificării și, în final, remodelarea osoasă (Jiang et al., 2018). Aplicarea LIPUS asupra zonei afectate generează o combinație complexă de efecte biochimice, celulare și biomecanice. Printre acestea se numără stimularea recrutării și migrației celulelor stem mezenchimale către locul fracturii, precum și accelerarea dezvoltării și funcționalității osteoblastelor și celulelor stem mezenchimale. De asemenea, LIPUS promovează calcificarea matricei extracelulare, angiogeneza și formarea calusului prin stimularea producției și livrării unor citokine și factori de creștere implicați în procesul angiogenetic. În plus, îmbunătățește perfuzia tisulară la nivelul joncțiunii tendon-os și susține osificarea endocondrală. Aceste efecte contribuie la eficientizarea și coordonarea proceselor de vindecare a fracturilor osoase, evidențiind potențialul terapeutic al ultrasunetelor pulsate de joasă intensitate (Jiang et al., 2018).
Fig. 1 din Harrison et al. (2016), Ultrasonics, 70, 45-52.
Transductorul este poziționat pe tegument, deasupra zonei care necesită tratament, iar ultrasunetele pulsate de intensitate redusă generează mișcări nanometrice la nivelul fracturii. Aceste mișcări sunt detectate de integrine, care transformă unda biomecanică într-o undă biochimică în interiorul celulei. Unul dintre efectele principale ale acestei activări celulare este stimularea sintezei ciclooxigenazei-2 (COX2). COX2 este o enzimă esențială în procesul de sinteză a prostaglandinei E2 (PGE2). Prostaglandina E2 este eliberată de celule și interacționează cu celulele adiacente prin intermediul receptorilor EP, proteine localizate pe suprafața celulară. Acești receptori (EP1, EP2, EP3, EP4) permit PGE2 să transmită semnale care declanșează procese biologice importante, precum reducerea inflamației, stimularea regenerării țesuturilor și accelerarea vindecării fracturilor (Harrison et al., 2016).
Pentru a obține rezultate optime în urma terapiei LIPUS, este esențială utilizarea unor parametri specifici. Parametrii cel mai frecvent folosiți pentru stimularea regenerării osoase sunt: frecvența ultrasunetelor de 1,5 MHz, repetarea semnalului la 1 kHz, intensitatea medie spațial-temporală de 30 mW/cm², durata pulsului de 200 μs și doza terapeutică aplicată timp de 20 minute/zi (Palanisamy et al., 2022).
Aplicații LIPUS
Terapia LIPUS nu este utilizată doar pentru vindecarea fracturilor recente, a pseudoartrozelor și a întârzierilor de consolidare osoasă, ci s-a dovedit a fi eficientă și în regenerarea țesuturilor moi și reducerea răspunsurilor inflamatorii. Totodată, cercetări recente investighează potențialul acestei terapii în domeniul neuromodulării (Jiang et al., 2018).
Utilizarea LIPUS în regenerarea țesuturilor moi
Terapia cu ultrasunete pulsate de joasă intensitate (LIPUS), precum și cea cu câmpuri electromagnetice pulsate (PEMF), s-au dovedit eficiente în vindecarea țesutului cartilaginos. LIPUS sprijină proliferarea condrocitelor și producerea de colagen tip II, îmbunătățește componentele matricei extracelulare (MEC) și accelerează vindecarea cartilajelor prin modularea căilor de semnalizare celulară. Această metodă terapeutică noninvazivă utilizează unde sonore pentru a activa celulele cartilajului, stimulând procesul de vindecare și intensificând eficiența acestuia (Kacprzak & Stańczak, 2024).
S-a demonstrat că LIPUS crește expresia genelor implicate în formarea cartilajului și îmbunătățește producția de colagen și proteoglicani. De asemenea, metoda terapeutică activează căile de mecanotransducție prin intermediul integrinelor, principalii receptori de pe suprafața celulară responsabili de interacțiunea celulelor cu matricea extracelulară. Acest proces duce la reglarea metaloproteinazelor matriceale (MMP-uri) și a inhibitorilor tisulari ai metaloproteinazelor (TIMP-uri), proieine esențiale pentru o remodelare echilibrată a MEC (Kacprzak & Stańczak, 2024).
La nivel molecular, LIPUS stimulează expresia unor factori de creștere importanți, precum factorul de creștere transformator beta (TGF-β) și factorul de creștere de tip insulinic 1 (IGF-1), care joacă roluri cruciale în proliferarea condrocitelor și sinteza MEC. Totodată, LIPUS reduce producția de citokine proinflamatorii, precum IL-1 și TNF-α, creând un mediu favorabil vindecării cartilajului prin diminuarea răspunsurilor inflamatorii ce ar putea duce la deteriorarea suplimentară a țesutului (Kacprzak & Stańczak, 2024).
Osteotron V – cel mai performant dispozitiv pentru aplicarea LIPUS
Osteotron V, produs de ITO Co., Ltd., este un dispozitiv de ultimă generație dedicat terapiei cu ultrasunete pulsate de joasă intensitate (LIPUS), utilizat pentru stimularea regenerării osoase. Acesta este succesorul modelului Osteotron IV, recunoscut pentru eficacitatea sa în accelerarea vindecării fracturilor și în tratamentul pseudartrozelor. ITO Co., Ltd. este o companie japoneză de renume global, cu peste 100 ani de experiență, specializată în dezvoltarea și producția de dispozitive medicale și de reabilitare medicală, recunoscută pentru inovația adusă în fizioterapie și calitatea superioară a echipamentelor produse.
Osteotron este un dispozitiv medical avansat, portabil, conceput pentru aplicarea terapiei LIPUS. Acesta este dotat cu două canale de ieșire, permițând aplicarea simultană a terapiei pe mai multe zone, ceea ce contribuie semnificativ la eficientizarea tratamentului. Dispozitivul este capabil să genereze ultrasunete la două frecvențe, 1,5 MHz și 750 kHz, prin simpla schimbare a sondei. Astfel, tratamentul poate fi adaptat în funcție de nevoile terapeutice specifice.
Datorită portabilității sale, Osteotron poate fi utilizat în diverse medii, fiind alimentat atât prin adaptor AC, cât și cu baterii. Tratamentul poate fi început rapid datorită unui sistem intuitiv de control cu operare în trei pași. Dispozitivul este accesibil atât profesioniștilor din domeniul medical, cât și pacienților care îl utilizează sub supravegherea unui specialist.
Producător: ITO
Surse:
- Claes, L., & Willie, B. (2007). The enhancement of bone regeneration by ultrasound. Progress in biophysics and molecular biology, 93(1-3), 384-398.
- Duarte, L. R. (1983). The stimulation of bone growth by ultrasound. Archives of orthopaedic and traumatic surgery, 101, 153-159.
- Harrison, A., Lin, S., Pounder, N., & Mikuni-Takagaki, Y. (2016). Mode & mechanism of low intensity pulsed ultrasound (LIPUS) in fracture repair. Ultrasonics, 70, 45-52.
- Heckman, J. D., Ryaby, J. P., McCabe, J., Frey, J. J., & Kilcoyne, R. F. (1994). Acceleration of tibial fracture-healing by non-invasive, low-intensity pulsed ultrasound. JBJS, 76(1), 26-34.
- Jiang, X., Savchenko, O., Li, Y., Qi, S., Yang, T., Zhang, W., & Chen, J. (2018). A review of low-intensity pulsed ultrasound for therapeutic applications. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 66(10), 2704-2718.
- Kacprzak, B., & Stańczak, M. (2024). Molecular Aspects of Cartilage Microfracturation: Rehabilitation Insights.
- Palanisamy, P., Alam, M., Li, S., Chow, S. K., & Zheng, Y. P. (2022). Low‐intensity pulsed ultrasound stimulation for bone fractures healing: a review. Journal of Ultrasound in Medicine, 41(3), 547-563.