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Ultraschall Therapie |
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Schall besteht aus mechanischen Schwingungen in einem elastischen Medium. Bei Frequenzen unter 20 Hz spricht man von Subschall oder Infraschall, bei Frequenzen über 20'000 Hz von Ultraschall. Diese Definition von Schall bezieht sich auf das menschliche Gehör. Sie ist also willkürlich festgelegt.
Unter Ultraschalltherapie versteht man die medizinische Anwendung mechanischer Schwingungen
mit einer Frequenz von mehr als 20 kHz.
In der Praxis werden Schallfrequenzen zwischen 0,7 MHz und 3 MHz verwendet.
Dies als Kompromiss zwischen einer akzeptablen Penetrationstiefe und einer nicht all zu starken Divergenz (Streuung).
Niedrigere Frequenzen dringen zwar tiefer ein, divergieren aber mehr, höhere Frequenzen dringen weniger tief ein, zeigen dafür eine geringere Divergenz.
Durch die Einstrahlung von Schall werden die Teilchen in einem Medium zu raschen Schwingungen um ihre Ruhelage angeregt. Wenn 1 Molekül in Bewegung gesetzt wurde werden seine direkten Nachbarn mitbewegen, bis die Bewegung durch das ganze Material fortgeleitet ist oder die Bewegungsenergie in thermische Energie umgewandelt wurde.
Infraschallgeräte sind aufgrund der äußerst niedrige Leistung und der enormen Divergenz der Schallwellen wirkungslos.
Da kann man sich besser mit seinem Tennisellbogen vor einen leistungsfähigen Subwoofer hinsetzen, dann hat man wenigstens noch etwas von der Musik.
Oder mit seiner Leistenzerrung... filmreif... ;o)
Eine Schallwelle ist also Schallenergie, welche von einem Molekül zum Anderen
weitergegeben wird.
Es kommt in Ausbreitungsrichtung zu periodischen
Verdichtungen (Kompressionen) und Verdünnungen (Expansionen)
mit wechselnden Druckzuständen im Gewebe, man spricht in diesem Zusammenhang von Longitudinalwellen.
Schallwellen benötigen ein Medium zur Weiterleitung (Gas, Flüssigkeit,
feste Materie).
Es gibt sechs Möglichkeiten, wie der Schall sich verhält, wenn er auf ein Hindernis trifft.
Dabei verhält sich Ultraschall genau so wie der hörbare Schall.
Reflexion tritt auf, wenn Schall auf ein Medium mit einer anderen Schallkennimpedanz trifft.
Dabei wird ein Teil des Schalls an der Grenzfläche zwischen den beiden Medien zurückgeworfen und ein Teil dringt in das andere Medium ein (Transmission). Je größer der Unterschied der Schallkennimpedanz zwischen zwei Medien, umso mehr Schall wird reflektiert.
Die eindringende Schallenergie wird in thermische Energie umgewandelt.
An einer glatten Fläche wie an einem Metallimplantat, wird Schall wie an einem Spiegel gleichmäßig reflektiert. Ist die Oberfläche hingegen unregelmäßig wie beim Knochen, findet eine diffuse Reflexion statt.
Der Einfallswinkel entspricht dem Ausfallswinkel. Dabei gelten die aus der Optik bekannten Gesetze der Reflexion an ebenen Spiegeln bzw. an konvexen- und konkaven Spielgeln.
Trifft die Schallwelle auf eine gekrümmte Fläche lassen sich die aus der Optik bekannten Bilder auch für den Schall verwenden. Konkave Flächen bündeln (konzentrieren) den Schall, konvexe Flächen zerstreuen ihn. Ebene und konkave Flächen die durch Ultraschall erreicht werden könnten gibt es im menschlichen Körper nicht.
Osteosynthese-Material ist immer konvex, deshalb werden auftreffenden Schallwellen immer in allen Richtungen zerstreut.
Zwischen Gewebeschichten mit unterschiedlicher Schallkennimpedanz kann es aufgrund der Reflexion zu sog. stehenden Wellen kommen: Eine senkrecht auftreffende Schallwelle wird hier immer wieder mit ihrer eigenen Reflexion überlagert.
Durch diese Interferenzphänome können sich an gewissen Punkten die Schallwellen ganz oder teilweise gegenseitig auslöschen oder verstärken. Eine solche stehende Welle kann nur bei Dauerschall (= kontinuierlicher Schall) entstehen. Bereiche, in der die Schallwellen sich gegenseitig verstärken nennt man Hotspots. Speziell wenn die Gewebeschicht bis zum Knochen dünn ist (Patella, Handgelenksbereich, Malleoli), kann es zu thermischen (äußerst schmerzhaften!) Periostreizungen kommen.
Es ist deshalb wichtig, den Schallkopf während der Behandlung zu bewegen. Damit wird die Schallenergie gleichmäßiger im Gewebe abgegeben und das entstehen von Hotspots wegen eines solchen Interferenzphänomenes weitgehend vermieden.
Wenn Schallwellen auf einem Medium treffen, werden die Wellen je nach Medium ganz oder teilweise absorbiert. Dabei wird die Schallenergie in das Gewebe durch Reibung in Wärme umgewandelt. Der Schallabsorptionsgrad ist abhängig von der Frequenz und vom Auftreffwinkel. Je mehr die Schallkennimpedanzen der angrenzenden Geweben sich voneinander unterscheiden, umso mehr Schall wird reflektiert, umso weniger Schall dringt ein.
Dichteres Gewebe, wie Kollagen und Knochen, absorbiert mehr Schallenergie als weniger dichtes wie Fett oder Muskelgewebe. Dies deshalb, weil im dichteren Gewebe mehr Molekülen bewegt werden müssen. Der Schall dringt aus diesem Grund weniger tief in dichteres Gewebe ein, verursacht dafür mehr Reibung und deshalb entsteht in diesem Gewebe und an der Grenzfläche mehr Wärme. Das umliegende Gewebe wird in der Folge durch Konduktion stärker erwärmt. Deshalb spricht man bei Ultraschall manchmal auch von einer Grenzschicht- oder Grenzflächentherapie.
Die Tiefe auf der sich die Schallenergie auf Grund der Absorption um die Hälfte reduziert hat bezeichnet man als Halbwerttiefe (HWT). Für homogene Medien lässt sich die HWT berechnen und in zum Beispiel einem Wasserbehälter ist die Energieabnahme messbar.
Interessanterweise zeigte Draper 1995, dass der Temperaturanstieg auf 2,5 und 5 cm Tiefe nach einer bestimmten Zeit gleich groß war. Dies wirft Zweifel bezüglich der klinischen Bedeutung der HWT auf. Offenbar ist die Energieabgabe im inhomogenen menschlichen Gewebe nicht mit der in einem Wasserbehälter oder in einem herauspräparierten Muskel vergleichbar.
Je dichter das Gewebe (also je kleiner der Abstand zwischen den Molekülen), umso rascher die Kollisionen und umso rascher der Energieverlust. Ein höherer Energieverlust bedeutet einen rascheren Temperaturanstieg im Gewebe.
Deshalb dringt Schall mit höheren Frequenzen (angeblich) weniger tief ein als Schall mit niedrigen Frequenzen, erstere erwärmen das Gewebe dafür umso rascher.
Als Beugung bezeichnet man das Phänomen, dass die ursprüngliche Ausbreitungsrichtung einer Schallquelle durch ein Objekt, oder in einem inhomogenen Medium umgeformt (verbogen) wird.
Unter Schallbrechung versteht man die Richtungsänderung der Schallwellen beim Übergang zwischen zwei Medien mit unterschiedlicher Dichte.
Die Frequenz gibt an, wie viele Schwingungen pro Zeiteinheit stattfinden. Je größer die Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit ist, desto höher ist der Ton.
Je höher die Frequenz, umso rascher ist die den Molekülen aufgezwungene Bewegung. Je rascher die Bewegung, umso höher ist der Energieverlust über eine bestimmte Distanz, also bleibt weniger Energie übrig um tiefer in das Gewebe einzudringen.
Physikalisch interessant sind dabei die enormen Druckveränderungen die im Gewebe
auftreten.
Da die Bewegungsrichtung sehr rasch wechselt (800'000 x pro Sekunde)
ist die Teilchenbeschleunigung sehr hoch: 825'000m/s², also das 100'000
fache der Erdbeschleunigung! Daraus resultiert ein hoher Schallwechseldruck: es kommt zu
abwechselnden Über- und Unterdruckphasen deren Maximalwerte um
etwa 2 bar (etwa 20 m Wassersäule) differieren. Hierbei verschieben sich innerhalb der Schallwellen
die Druckverhältnisse von Ort zu Ort, was zu großen
Druckdifferenzen zwischen den Teilchen führt.
Diese Druckdifferenz kann etwa 8 bis 9 bar/mm betragen.
Noch mehr Zahlen:
Die Druckschwankungen betragen bei 1 Watt/cm² und 1 MHz 1.7 bar. Bei
einer Wellenlänge von 1,5 mm bedeutet dies einen Druckgradienten
von 3.4 bar über eine Entfernung von 0.75 mm. Zum Vergleich: Der Autoreifendruck beträgt etwa 2.5 bar.
1 at ( eine technische Atmosphäre) = 98066.5 Pa (Pascal) = 10 m Wassersäule.
1 atm (eine
physikalische Atmosphäre) = 101325 Pa = 1 Bar = 100.000 Pa.
1 mmHg = 0,00133 bar
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1880 entdeckten die französische Physiker Pierre und Jacques Curie den piezoelektrischen Effekt.(griech. piezein = drücken, piezo "ich drücke", sprich: pijezo oder pi-etso, jedenfalls auf keinen Fall pitso).
Wenn auf einem Kristall (damals bei den Curie-Brüdern Turmalin, Quarz, Topaz, Rohrzucker und Natriumkaliumtartraat, oder so wie heute bestimmte polykristalline Stoffe wie Blei-Zirkonat-Titanat, Bariumtitanat, Siliziumazetat) Druck ausgeübt wird, entstehen an der Oberfläche des piezoelektrischen Materials elektrische Ladungen. (Vgl. Tonabnehmer beim Plattenspieler, das heisst, für die Älteren unter uns, die sich erinnern mögen ;o) Oder der Tonabnehmer für Musikinstrumente: Kleine Sensorplättchen, die im Steg der Gitarre unterhalb der Saiten befestigt sind, nehmen die von den Saiten erzeugten Schwingungen auf und wandeln sie in elektrische Signale um. Eine Lösung, die die Rock- und Popmusik ziemlich beeinflusst hat...)
Siehe auch unter Wikipedia, Piezo-Effekt (Deutsch) oder hier: Wikipedia, Piezoelectricity (Englisch, viel ausführlicher)).
In einem Piezo-elektrischen Kristall sind die positiven und negativen Ladungen getrennt. Die Verschiebung der Ionen in Kristallen (durch mechanischer Belastung) verschiebt die Ladungsschwerpunkte von negativer und positiver Ladung relativ zueinander, was zu einer elektrischen Polarisation führt. Die regelmässige kristalline Struktur verstärkt diesen Effekt und führt zu einer einem deutlich messbaren elektrischen Potentialdifferenz zwischen einzelnen Flächen des Kristalls.
Diese piezoelektrischen Effekte treten auch im menschlichen Körper auf, vor allem in Knochengewebe, Kollagenfasern und Proteinen.
Es ist durchaus möglich, dass diese Phänomene an den biologischen Wirkungen des Ultraschalls beteiligt sind. Eine Theorie geht davon aus, dass unter Einfluss des Schalldruckes eine mechanische Formveränderung von Enzymen auftritt, welche die Aktivität dieser Enzyme entweder stimuliert ("einschaltet") oder hemmt ("ausschaltet").
("Nonthermal Effect of Therapeutic Ultrasound: the Frequency Resonance Hypothesis." Lennart D. Johns, J Athl Train, 2002, September: 37 (3) 293-299.)
Diese Theorie wird u.A. unterstützt durch Charles Francis et al. ("Enhancement of Fibrinolysis in vitro by Ultrasound." J Clin Invest ; November 1992). Er konnte zeigen, dass eine verbesserte Fibrinolyse mit Therapie-üblichen Dosen (1 MHz, 1 W/cm²) nicht Temperaturabhängig war, und auch nicht aufgrund einer mechanischen Zerstörung (Kavitation) zu erklären war.
Er geht davon aus, dass die für die Fibrinolyse verantwortlichen Enzyme mechanisch "potenziert" werden.
Der Französich-Luxemburgische Physiker und Erfinder Gabriel Jonas Lippmann hat 1881 mathematisch nachgewiesen, dass dieser piezoelektrische Effekt umkehrbar ist (die Curies haben dies sofort praktisch bestätigt). Das bedeutet: Wenn das piezoelektrische Material einer Wechselspannung ausgesetzt wird, macht dieses Material eine Formveränderung durch, und zwar entsprechend der Frequenz der Wechselspannung und der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Materials.
Beim Anlegen eines externen elektrischen Feldes an den Kristall werden die Ionen in jeder Einheitszelle durch die elektrostatischen Kräfte so verschoben, dass sich der gesamte Kristall verformt.
Beträgt die Frequenz der Wechselspannung 1000 Hz, schwingt der Kristall mit einer Frequenz von 1000 Hz und produziert einen Ton mit f= 1000 Hz = Schall.
Beträgt die angelegte Wechselspannung 1 MHz, wird Schall mit einer Frequenz von 1 MHz erzeugt. Auf diese Weise kann Schall mit sehr hohen Frequenzen erzeugt werden. Eben: Ultraschall.
Ein Freund der Curies, also, ähm,er hatte eine Affäre mit Marie, Paul Langevin, hat in 1917 dieses Prinzip angewendet zur Konstruktion eines U-Boot-Ortungssystems.
Er war auch der Erste, der biologische Effekte des Ultraschalls beobachtete. Er setzte Fische in einem Aquarium ziemlich hohen Ultraschall-Intensitäten aus: 1 kW/cm². Die Tierchen richteten sich zuerst in der Schallrichtung aus und nachdem sie sich kurz sehr heftig bewegt hatten, schwammen sie bauchaufwärts (und zwar definitiv...).
Die Todesursache wurde meines Wissens nicht eruiert: Embolie? Gekochtes Hirn? Langevin beschrieb auch, dass es äußerst schmerzhaft war, die Hand ins Wasser zu halten.
Die ersten auch für Menschen geeigneten Geräte wurden vom Physiker R. Pohlmann in 1938 konstruiert und in 1939 erfolgreich bei der Behandlung von Ischialgien, Rückenschmerzen, Plexusneuralgien und Myalgien eingesetzt. Behandelt wurde täglich während 10 Tagen, mit Intensitäten um 4 bis 5 Watt/cm² (...), Schallfrequenz 800 kHz, 10 Minuten Behandlungsdauer. Die Intensität war hoch genug um das Gewebe zu erwärmen, aber nicht so hoch dass brennende Schmerzen auftraten.
Es lassen sich im Schallbündel 2 Felder unterscheiden:
Da das piezoelektrische Element nicht gleichmässig schwingt, ist auch die Energieabgabe nicht gleichmäßig.
Das Nahfeld kennzeichnet sich deshalb durch Interferenzphänomene im Schallbündel, die zu erheblichen Intensitätsschwankungen führen können, und durch eine leichte Konvergenz des Schallbündels.
Im Fernfeld fehlen diese Interferenzphänomene und wird das Schallbündel mehr verstreut. Die meiste Schallenergie wird um die zentrale Achse des Schallbündels herum abgegeben, nach außen hin nimmt die Schallenergie ab.
Die Enegieangabe in Watt/cm² am Gerät bezieht sich auf die durchschnittlich über die ganze Schallkopffläche "räumlich" abgegebene Energie. Dies nennt mann die "spatial average intensity". Die Energie-Spitzen, die aufgrund der Inhomogenität auftreten bezeichnet man als "spatial peak intensity".
Bei gepulstem Schall bezeichnet man die durchschnittlich über eine bestimmte Zeit abgegebene Energie als "temporal average", die Energiespitzen als "temporal peak", dies ist die maximale Energie die abgegeben wird während eines Schallimpulses.
Auf diese Weise entstehen Wortgebilde wie
Eine SATA von 0.5 Watt/cm² bekommt man mit einer Einstellung von O,5 W/cm² Dauerschall, oder mit einer Einstellung von 1 W/cm² Impulsschall, 50% gepulst.
Falls nun gleich lange mit diesen Einstellungen behandelt wird, kommt im Gewebe genau gleich viel Schallenergie an.
Draper hat 2004 nachgewiesen, dass dies zu einer gleich starken Erwärmung des beschallten Gewebes führt.
Dies bedeutet, dass bei gleicher SATA bei pulsierendem Schall die gleiche thermische Effekte auftreten wie beim Dauerschall. Wenn man diese thermische Effekte mit pulsierendem Schall verhindern möchte, muss man unbedingt die SATA berücksichtigen.
Die Länge des Nahfeldes ist abhängig vom Durchmesser
des Schallkopfes und der Wellenlänge, und beträgt bei einem
5cm²-Kopf und 1 MHZ etwa 10 cm, beim 1 cm²-Schallkopf etwa 2 cm.
Die Länge des Nahfeldes bei 3 MHz ist 3 × so lang, weil die Wellenlänge
proportional kürzer ist.
Die Länge des Nahfeldes ergibt sich aus der Formel r² ÷ λ. Hier ist "r" der Radius des Schallelementes und λ die Wellenlänge.
Bei 3 MHz beträgt die Wellenlänge 0.5 mm, bei 1 MHz 1.5 mm.
Rechenbeispiel: 25 mm Kopf, 3 MHz : 12.5² ÷ 1.5 = 10 cm Nahfeldlänge.
Die therapeutischen Effekte spielen sich hauptsächlich im Nahfeld ab.
Dass das Schallbündel nicht homogen ist, ist bekannt. Die am Schallkopf angegebene "Beam Nonuniformity Ratio" (BNR, Bündelinhomogenitätsverhältnis) gibt an, wie hoch der Spitzenwert im Bündel relativ zur eingestellten Intensität ist.
Manchmal wird die BNR nicht am Schallkopf, sondern auf einem Kunststoffstreifen vermerkt welcher an das Schallkopf-Kabel geklebt wird. Diese Klebestreifen haben die Eigenschaft rasch zu verschwinden.
Anders ausgedrückt: bei einer BNR von 5 und einer eingestellten Dosis von 0.5 W/cm² beträgt der normalerweise auftretende Spitzenwert 5 × 0.5 = 2.5 W/cm².
Die BNR kann als Qualitätsmerkmal betrachtet werden.
Je höher die BNR, umso größer die Energiespitzen.
Schallköpfe mit einer BNR über 8 sind heute nicht mehr zugelassen.
BNR Werte von 5 bis 6 sind normal, ideal wäre eine BNR = 1.
Auch bei gut konstruierten modernen Schallköpfen beträgt der BNR in der Regel 4 bis 5, es ist also IMMER mit Spitzenwerten zu rechnen!
Die aufgrund Interferenzphänomene auftretenden Spitzenwerten werden
"Hotspots" genannt. Hier können Intensitäten auftreten vom 5 bis 10-fache, bis manchmal das 30-fache des eingestellten Wertes.
Die Bereiche treten nicht immer an der gleichen Stelle im Bündel auf. Weil das beschallte Gewebe nicht homogen ist und deshalb viele verschiedene Reflexionen auftreten wandern die Hotspots während der Beschallung. Es lässt sich demnach nicht vorhersagen wo im Bündel Energiespitzen auftreten.
Diese Verstärkung der Schallenergie unterscheidet sich von der Verstärkung durch Reflexion an Grenzschichten und lässt sich durch Bewegen des Schallkopfes nicht verhindern. Das Bewegen verhindert jedoch eine lokale Überwärmung. Die Phänomene beeinflussen einander wahrscheinlich gegenseitig.
Es ist klar, dass dieses Phänomen Konsequenzen hat für die Dosierung. Ich gehe weiter unten näher darauf ein.
Wegen der ungleichmässigen Schallenergieverteilung kommt es auch zu
einem ungleichmässigen Auftreten der sogenannten Kavitation (siehe
weiter unten). Da bei der Kavitation auch Wärme erzeugt wird, könnte dies ebenso
das auftreten der Hotspots erklären.
Man unterscheidet 2 Gruppen von Wirkungen, die ihrerseits eine Vielzahl von Sekundärwirkungen nach sich ziehen .
Der erste Effekt der Auftritt, ist mechanischer Art.
Die Schallschwingungen benötigen
für ihre Fortpflanzung ein elastisches Medium, im Vakuum kann sich
Schall nicht fortpflanzen. Die Schwingungen verursachen in diesem Medium Kompressionen
und Expansionen in der gleichen Frequenz wie die des Ultraschalls.
Dies führt zu Druckschwankungen und Volumenveränderungen der Körperzellen
(etwa 0.02%). Aus diesem Grund spricht man bei diesem mechanischen
Effekt manchmal auch von einer "Mikromassage".
Die rasche Bewegungen im Gewebe führen durch Reibung zu einer Erwärmung. Je höher die die Schallfrequenz, umso rascher die Bewegungen, umso rascher die Erwärmung.
Der Schalldruck verursacht eine Strömung im Gewebe die als "acoustic streaming", also "akustische Strömung", bezeichnet wird. Mir gefällt auch die Bezeichnung "sonischer Wind". Dieser "Wind" ist wahrscheinlich mitbeteiligt am verbesserten Teilchentransport durch Ultraschall.
Die mechanische Wirkung ist von großer therapeutischer Bedeutung, da wahrscheinlich
alle Effekte des US durch sie hervorgerufen werden. Diese Effekte
treten sowohl bei kontinuierlichem wie auch bei pulsierendem US auf.
In diesem Sinne können die thermischen Effekte als sekundär an den
mechanischen Effekten betrachtet werden.
Bei der thermischen Anwendung von Ultraschall spürt der Patient die Wärme, und je nach Dosis, vielleicht mal etwas mehr. Speziell bei der Behandlung von periostnahen Strukturen kann es schon mal deutlich ziehen. Der Patient merkt also, "das etwas geht".
Bei der athermischen Anwendung spürt der Patient nichts. Es scheint mir deshalb sinnvoll den Patienten in der ersten Sitzung zu zeigen, dass trotzdem "etwas geht". Man sollte ohnehin seine Patienten vollständig über die anzuwendende Therapie aufklären. Am einfachsten geht das wie folgt. (Die Methode dient gleichzeitig zur groben Funktionskontrolle)
Mann tröpfelt etwas Wasser auf dem Schallkopf und dreht die Intensität hoch. Das Wasser beginnt unter Einfluss der Schallwellen zu bewegen und es bilden sich oft konzentrische Kreise. Wenn man die Dosis erhöht wird die Bewegung heftiger, es bildet sich ein Nebel, kein Dampf: das Wasser kocht ja nicht. So funktioniert übrigens ein Ultraschallvernebler. Das Wasser spritzt nun richtig hoch, die Tröpfchen werden mechanisch weggeschleudert. Am deutlichsten lässt sich dies im pulsierenden Betrieb demonstrieren.
Es gibt eine zweite, etwas aufwendigere Methode, diese ist allerdings äußerst eindrücklich und eignet sich sehr für Schulungen. Man verteilt dazu etwas Kontaktgel auf den Schallkopf und hält den Kopf auf den (eigenen) supinierten Handrücken, etwas medial oder lateral des Metacarpalen III. Man macht eine Hohlhand und gießt darin etwas Wasser. Man kann den Schallkopf zwischen die Knien halten damit man eine Hand frei hat.
Wenn man nun die Intensität hochdreht (oder hochdrehen lässt) und den Schallkopf oder die Hand vorsichtig etwas hin und her bewegt, kann man den Schall zwischen den Metacarpalia "hindurch zielen". Man sieht dann wie das Wasser in der Hand aufgewühlt wird. Je nach Dosis bilden sich deutliche Strudel und Wellen.
Hiermit lässt sich schön die Schall-Penetration demonstrieren. Aufgepasst: wenn man zu lange an der gleichen Stelle bleibt kann es aufgrund der Periostreizung schweinemäßig schmerzhaft werden! Der Lerneffekt ist jedoch riesig ;-)
Zu den mechanischen Effekten gehört die sogenannte Kavitation.
Für das Auftreten der Kavitation gibt es zwei Erklärungsmodelle. Beide Deutungen gehen davon aus, dass bei Druckveränderungen in einer Flüssigkeit Blasen entstehen können.
Flüssigkeiten werden durch Kohäsion zusammengehalten. Diese Kohäsionskraft bestimmt die Zugfestigkeit der Flüssigkeit. Wenn zum Beispiel die Schraube eines Schiffes mit hoher Geschwindigkeit durch das Wasser dreht, wird diese Kohäsionskraft überwunden und das Wasser wird sozusagen aus einander gerissen, in der Folge entstehen im Wasser Blasen.
 Spur von Kavitationsblasen hinter einer Schiffsschraube |
 Die Folgen der Kavitation an einer Schiffsschraube |
Sobald diese Blasen eine bestimmte Größe erreicht haben, und der Wasserdruck größer als der Blaseninnendruck wird, kollabieren die Blasen. Bei diesen Implosionen kommen derart gewaltige Kräfte frei, dass die Schraube korrodiert (Kavitationsfraß).
Bei einer Ultraschallanwendung kommt es in Folge des Schallwechseldruckes in der longitudinalen Schallwelle zu Kompressionen und Expansionen (Dilatationen) in der Flüssigkeit. Die Zugkräfte in der Expansionsphase (die Phase zwischen zwei aufeinenderfolgenden Kompressionen) können, ähnlich wie bei der drehenden Schiffsschraube, die Flüssigkeit zerreißen, wodurch es ebenso zur Bildung von Hohlräumen (cavitas) kommt, es bilden sich Blasen bis zu einer Größe von etwa 100 µm, also nicht so dramatisch wie bei der Schiffsschraube. Die Blasen sind entweder leer oder mit Gas oder Dampf gefüllt.
Wasser verdampft bei einem Luftdruck von 1013.25 hPa (millibar) bei 100°C. Wenn der Druck bis z.B. etwa 56 hPa abfällt, verdampft Wasser bereits bei 35°C, noch tiefer runter bis z.B. 31 hPa bei 25°C.
Zwischen den Kompressions- und Expansionsphasen bei einer Ultraschall-Anwendung kommt es bekanntlich zu starken Druckschwankungen: bei 1 W/cm² um 1.7 bar = 1722 hPa.
In den Unterdruckphasen nimmt der Druck also so stark ab, dass Wasser bereits bei Körpertemperatur verdampfen kann und beim Verdampfen bilden sich Blasen.
Soviel zu den Erklärungen
Wenn der Wasserdruck wieder ansteigt, hört der Verdampfungsvorgang auf und die Dampfblasen fallen in sich zusammen. Bei diesen Implosionen entstehen (wie bei der obenstehenden Erklärung) Druckstöße mit Druckwellen mit enorm höhen Spitzen (bis zu mehreren 1000 bar). Die bei solchen Implosionen entstehenden Flüssigkeitsstrahlen nennt man Microjets.
Unter Einfluss von pulsierendem, niedrig dosiertem Ultraschall expandieren und kontrahieren die Gasbläschen ohne eine bestimmte kritische Größe zu erreichen. Aufgrund der hohen Frequenzen (1-3 MHz) sind die Schall-Impulse so kurz, dass die Zeit in der die Bläschen wachsen können auch nur sehr kurz ist.
Das Pulsieren des Ultraschalls bewirkt das Gleiche: es kann keine Schallenergie akkumulieren wodurch die Bläschen zu ihrer ursprünglichen Größe zurückkehren können während der "off"-Phase.
Diese Blasen wachsen und schrumpfen also im Wechsel der Kompressions- und Expansionsphasen, und solange der Blasen-Innendruck oberhalb der Flüssigkeitsdruck bleibt, bleiben diese stabil und pulsieren im Rhythmus der (Ultra-) Schallwelle. Dies nennt man eine "stabile Kavitation" (englisch: noninertial cavitation).
In der Flüssigkeit um die pulsierenden Blasen herum bilden sich Turbulenzen, Strudel und Strömungen welche zusätzlich zum Schalldruck einen mechanischen Stress für die Zellwand darstellen, wodurch es zu einer mechanischen Destabilisierung der Zellwand kommt. Dies bewirkt eine Verbesserung der Permeabilität und wurde in vitro zum Beispiel an Hand einer gesteigerten intrazellulären Calcium-Konzentration nachgewiesen. Die mikroskopische Zirkulation (die Strudel und Wirbel) wird als "Microstreaming" bezeichnet.
Wenn die Blasen unter Einfluss des akkumulierenden Schalldruckes größer werden, wie es bei kontinuierlichem Ultraschall der Fall sein könnte, können sie irgendwann eine kritische Grenze überschreiten und zwar dann, wenn der Flüssigkeitsdruck größer ist als der Blaseninnendruck.
Es kommt dann zu sehr heftigen Implosionen. In weniger als einer Mikrosekunde steigt die Temperatur an bis zu 5500°C und es können Druckstöße von bis zu einigen tausend bar entstehen. Diese kurzzeitigen Temperaturzunahmen sind Auslöser für chemische Reaktionen, es werden unter Anderem freie Radikale freigesetzt.
Diese Art von Kavitation wird als transiente (vergehende) oder inerte (englisch: inertial) Kavitation bezeichnet (früher: instabile Kavitation).
Es ist nicht sicher ob eine solche instabile Kavitation bei den üblichen therapeutischen Dosierungen auftritt, sie wurde in vivo jedenfalls noch nicht nachgewiesen. Tezel und Mitragotri (2003) gehen jedoch davon aus, dass bei sog. low frequency ultrasound (20 - 100 kHz) direkt auf der Hautoberfläche an der Grenze zum Stratum corneum eine instabile Kavitation abläuft. Auf Grund dieser instabilen (inerten) Kavitation würden Mikrojets entstehen. Die Kombination Implosionen - Mikrojets würde die Permeabilität des Stratum corneum vergrößern. Diese Untersucher haben berechnet, dass pro cm² etwa 1 bis 10 solche Jets entstehen, wobei die Flüssigkeit bis auf 50 - 150 m/s (!) beschleunigt wird.
Eine instabile Kavitation kann, wie bereits histologisch und makroskopisch in vitro nachgewiesen wurde, bei genügend hoher Dosierung zu Zellzerstörungen und Bluttaustritten führen. Es handelt sich hier aber um Dosen welche in der Therapie nicht angewendet werden.
Es wurde bereits im Tierversuch beobachtet (Ter Haar, 1982), dass bei therapeutisch üblichen Dosen in vivo eine stabile Kavitation auftritt. Ultraschall mit einer Frequenz von 750 kHz und Intensitäten von 240 mW/cm² und höher produzierte im Gewebe Bläschen von 10 µm.
Es gibt Hinweise darauf, dass die Effekte, die bei einer Ultraschallbehandlung auftreten, durch die stabile Kavitation verursacht werden (u.A. Josza 1997, Webster 1978). Bestimmte intrazelluläre Veränderungen traten nicht auf, wenn man die Versuche unter erhöhtem Druck ausführte. Unter erhöhtem Druck tritt nämlich keine Kavitation auf. So konnte man das Wachstum von menschlichen Fibroblasten stimulieren mit Ultraschall von 3 MHz, 0.5 W/cm² und 5 Minuten Beschallung. Wurde nun der Umgebungsdruck auf 2 atm erhöht, trat diese Wirkung nicht auf.
Die Bläschenaktivität verstärkt die Wirkung des Schalldruckes. Die physiologischen Effekte dieser Membrandestabilisierung wirken sich auf die Membranpermeabilität aus. Die Permeabilität der Haut und Zellmembranen nimmt zu, was sich äußert in zum Beispiel einer Zunahme der intrazellulären Ca-Konzentration in Chondrozyten, die sofortige Abnahme der Kalium-Konzentration in Thymozyten (Vorstufe der T-Lymphozyten) und die vermehrte Aufnahme von Calcium in Knorpel- und Knochenzellkulturen. (Siehe auch die Ausführung über Sonophorese weiter unten). Die erhöhte intrazelluläre Ca-Konzentration hat zum Beispiel einen Einfluss auf die Proteinsynthese. Diese vermehrte Proteinbildung könnte aber auch als Reaktion auftreten auf eine primäre Gewebeschädigung aufgrund der instabilen Kavitation.
Ultraschall kann eine Mastzelldegranulation und folglich eine Freisetzung von Histamin auslösen. Dies verursacht eine Vasodilatation und eine Plasmaextravasation, und beeinflusst so die lokale Entzündungsreaktion. Diese Reaktion wurde bei Ratten beobachtet, kann aber bei Menschen durchaus ebenso auftreten.
Ob der Schall direkt auf den Mastzellen einwirkt ist unklar. Die Ausschüttung kann sehr wohl indirekt in Zusammenhang mit einer neurogenen Entzündung ablaufen. Die für diese Reaktion verantwortliche TRPV1-Rezeptoren reagieren normalerweise auf Temperaturen um 43°C. Wenn eine lokale Entzündungsreaktion vorliegt, werden diese Rezeptoren durch den verschiedenen Entzündungsmediatoren (Prostaglandine, Bradykinin) sensibilisiert. Die Rezeptoren feuern dann bereits bei Körpertemperatur oder darunter: ein Grund für den Ruheschmerz bei entzündungsartigen Prozessen.
Bereits ein Temperaturanstieg von 0.5 bis 1°C führt so zu einer zusätzlichen Reizung der betroffenen Nervenfasern. Diese schütten ihre Neuropeptide aus und das freigesetzte Substance P triggert die Freisetzung von Histamin aus den Mastzellen.
Es ist demnach möglich mit höheren Dosierungen eine so starke Histaminausschüttung auszulösen, dass eine Entzündungsreaktion unerwünscht verlängert wird.
Ob dies, ähnlich wie beim Gleistrom, zu einer Desensibilisierung der betroffenen Nervenfasern führt (vergleiche neurogene Entzündung) wurde meines Wissens nie untersucht.
Man muss sich also gut überlegen im Falle einer Entzündungsreaktion thermisch zu dosieren.
Zusammenfassend kann man sagen, dass in den ersten 6-7 Tagen der entzündlichen Phase und in den darauf folgenden bis zu 20 Tagen der Proliferationsphase, die Destabilisierung der Zellmembran die entzündliche Reaktion verstärken kann und damit der Heilungsprozess während diesen Phasen faszilitiert (Tendinitis, Bursitis, akute Weichteilläsionen)
Die schnellen Bewegungen im Gewebe erzeugen Reibungswärme. Die Besonderheit
der Wärmeentwicklung ist die selektive Erwärmung von Grenzschichten.
Durch die Erwärmung werden, falls der Temperaturanstieg groß
genug ist, verschiedene Sekundärwirkungen ausgelöst. Man
geht davon aus, dass diese Effekte erst bei Temperaturen zwischen
40°C und 45°C auftreten.
Zu den nachgewiesenen Wirkungen gehören:
Wie lange es dauert bis eine solche Temperatur erreicht wird, hat man mehrmals genau untersucht. (J Orthop Sports Phys Ther 1995 Oct;22(4):142-50). An Hand der Resultate dieser Untersuchung kann man ziemlich genau berechnen wie lange man beschallen muss bis man eine bestimmte Temperatur erreicht hat. Wie genau, wird weiter unter erklärt.
Erwähnenswert ist, dass manche Autoren der Wärme gar keine
Bedeutung zuschreiben, andere finden sie gar schädlich, und die
dritte Kategorie meint, es sei der einzige Effekt überhaupt,
der etwas bewirke. Übrigens war dieser thermische Effekt auch lange Zeit
der einzige in vivo messbare Effekt!
In wie fern diese Effekte spezifisch mechanisch oder doch thermischer Natur sind, ist
schwer zu sagen.
Obwohl viele in vitro-Studien dem Ultraschall diverse Wirkungen
nachweisen können, fehlen diese Beweise oft in vivo.
Das Meiste, das wir von Ultraschall wissen, beruht auf in vitro-Studien
und Tiermodellen, und bezieht sich grösstenteils auf Untersuchungen
über Wundheilungsprozesse in der Haut.
Es ist nicht klar, in welchem Ausmass diese Effekte auf Heilungsprozesse
von anderen Gewebearten (Sehnen, Kapseln, Bändern) übertragen
werden können.
Es gibt Informationen über den Einfluss von Ultraschall auf Sehnen,
aber diese Informationen sind leider widersprüchlich. Zum Teil
wahrscheinlich deshalb, weil man Veränderungen an Hühner-
und Hasensehnen nicht direkt auf menschliches Gewebe übertragen
kann.
Auch bezüglich Behandlungsprotokoll weisen viele Studien große
Unterschiede auf.
Ganz allgemein darf man behaupten, dass die meisten Studien sehr unsorgfältig
durchgeführt wurden.
Zum Beispiel wurden sehr unterschiedliche und ungenau definierte Pathologien
behandelt, die Geräte waren nicht geeicht, es fehlen Angaben über Intensität,
zur Behandlungszeit, zur Behandlungsfläche, zum Ankopplungsmittel,
die Teilnehmer waren nicht "blind", es wurde kein crossover
gemacht, und, und, und.
Viele Autoren von Reviews und Metastudien kommen zurecht zum Schluß, dass die Wirkung von Ultraschall klinisch längst bestätigt wurde. Dies gilt auch für sehr viele in vitro Untersuchungen bezüglich der Wirkungsmechanismen.
Leider hapert es arg bei der wissenschaftlichen Begründung der in vivo Wirkungen.
Das ist aber bei sehr vielen physiotherapeutischen Anwendungen nicht anders. Es muss zum Beispiel wissenschaftlich noch bewiesen werden, dass eine Massage tatsächlich etwas nützt...
Wenn die Pharmaindustrie so arbeiten würde... nun ja.
Man unterscheidet zwischen "Dauer-" oder "kontinuierlichem" Schall und
"Impuls-Schall" oder "pulsierender" Schall.
Der Dauerschall ist eine ohne Unterbrechung mit konstanter Intensität
verabreichte Beschallung.
Beim Impulsschall wird der Schall impulsweise abgegeben. Damit vermindert
man die thermische Wirkung, wobei die mechanische Wirkung erhalten
bleibt. Wo niedrige Intensitäten und geringe thermische Wirkungen
indiziert sind wird der Impulsschall eingesetzt.
Wenn der Impulsschall eingesetzt wird, bevorzugen einige Autoren den
50%-Modus. Kürzere Schallzeiten (20%-Modus) würden die
Behandlungszeiten unnötig verlängern. In vielen Untersuchungen wurde aber die 20% Pulsratio mit Erfolg eingesetzt.
Die indirekte Beschallung will über die Behandlung neuraler Verbindungen im Segment Wirkungen erzielen. Es bieten sich an:
Ernsthaft untersucht wurden diese Anwendungen noch nie.
Auch der in manchen deutschen Elektrotherapiebüchern beschriebene sog. neuraltherapeutischer Aufbau, in Anlehnung an der Bindegewebsmassage, entbehrt jeglicher wissenschaftlicher Grundlage.
Was ja nicht bedeutet, dass diese Anwendung nicht hilft. Ob sie aber auch wirkt sei dahingestellt.
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Damit der Schall überhaupt auf das Gewebe übertragen wird, benötigt man eine Ankopplungs-Substanz. Der Schall würde sonst am Schallkopf-Luft-Übergang zu 100% reflektiert werden (die Schallkennimpedanz von Aluminium ist 34600 Mal so groß wie die von Luft).
Man benutzt in der Regel eine spezielle Substanz (z.B. Aquasonic®), die auch elektrisch leitet. Dadurch werden Kombinationen von Ultraschall mit verschiedenen Elektrotherapien möglich (sog. Simultanverfahren).
Salben, und, besser noch, Gels eignen sich auch zur Ankopplung. Hier kann man zusätzlich die Wirkung des Medikamentes einsetzen (Ultrasonophorese). Wegen des hohen Fettgehalts absorbieren Salben zu viel Schallenergie.
Zur direkten Ankopplung kann auch Öl verwendet werden. Die Tatsache, dass Öl eine relativ hohe Schallkennimpedanz hat ist für die Behandlung nicht relevant. Die dünne Ölschicht zwischen Schallkopf und Haut absorbiert nur ganz wenig Schallenergie.
Wasser wird als Medium zur indirekten Ankopplung benutzt bei der subaqualen Anwendung von Ultraschall, es leitet aber nicht so gut wie man auf Grund der physikalischen Eigenschaften von Wasser meinen würde.
Nimmt man die direkt am Schallkopf gemessene Temperaturzunahme als 100% Wert, beträgt die Temperaturzunahme auf 1 cm Abstand 69%, auf 2 cm 56%, und auf 4 cm nur noch 44% des Ausgangswertes (Robertson, 1996). Dem ist natürlich bei dieser Anwendung Rechnung zu tragen.
Außerdem ist zu beachten, dass Kunststoff-Becken Schall absorbieren, solche aus Metall aber nicht. In einer vergleichenden Untersuchung (Robertson und Ward 1995) zeigte sich, dass die Temperatur um 50% mehr anstieg bei Verwendung eines Metall-Beckens als bei Ultraschall in einem Kunststoffbecken. Dies bedeutet, dass die Dosierung bei Verwendung solcher Kunstoff-Becken angepasst werden muss.
Für den Therapeuten ist es empfehlenswert die Hand nicht (zu lange) im Wasser zu halten. Dies kann auf Dauer zu unangenehme Sensationen führen, manche Kollegen und Kolleginnen bekommen mit der Zeit sogar richtig Schmerzen in den Fingern. Zur Vermeidung solcher Irritationen kann man einen dicken Küchenhandschuh tragen. Die Luft im Handschuh verhindert eine Schallpenetration. Dünne enganliegende Latexhandschuhe können den Schall leiten.
Eine recht elegante Ankopplungsart stellt die Verwendung von speziellen Gel-Pads dar.
Diese etwa 3mm dicke, aus polyacrylamide hergestellte Pads werden in Situationen eingesetzt bei der ein direkter Kontakt vermieden werden sollte, zum Beispiel bei der Wundbehandlung. Sie können natürlich auch in holperigen Bereichen, wie bei den MCP-Gelenken, eingesetzt werden. Wenn mann zwischen Pad und Wunde etwas sterile physiologische Kochsalzlösung tröpfelt verbessert dies die Schallübertragung. Hierbei ist die Bildung von Luftblasen zu vermeiden. Zwischen Pad und Schallkopf kommt wie üblich etwas Gel.
Als Ersatz für solche Pads kan ein mit Wasser gefülltes Kondom verwendet werden.
Luftballone sind zu dick und absobieren zu viel Schall (Monk 1996). Im Vergleich: ein Luftballon ist etwa 0.23 mm dick, eine plastic Tüte etwa 0.08 mm und ein Kondom nur deren 0.065 mm. Bei Verwendung eines Luftballons kommt deshalb nur etwa 25% der Schallenergie durch.
Damit keine Luftblasen entstehen kann das Wasser vorher abgekocht werden, mann muss vor dem Verschließen so viel wie möglich Luft aus dem Kondom herausdrücken. Plastikbeutel mit einem sog. Zip-lock-Verschluss sind einfach zu verschließen aber leider meistens zu dick.
Bei der Wundbehandlung mit dieser Methode sollte die Wunde zur besseren Ankopplung mit sterilen Kochsalzlösung benetzt werden, zwischen Schallkopf und Kondom kommt wieder Ultraschallgel. Bei intakter Haut kommt Gel auf die Haut.
Der Schallkopf wird nun mit soviel Druck auf das Kondom gehalten, dass etwa 1 cm zwischen den Kopf und die Haut verbleibt. Man kann den Kopf nun bewegen ohne über das Kondom zu gleiten, nur indem man das Gebilde deformiert, oder man fährt mit dem Schallkopf wie üblich über die Oberfläche.
Normalerweise wird dynamisch behandelt:
Zur Vermeidung von Hotspots wird der Schallkopf gleichmäßig
über das zu behandelnden Gebiet bewegt, mit einer Geschwindigkeit von etwa 1.5 bis 4 cm pro Sekunde (so schnell wie eine Ameise läuft;-)
Ob man dabei nun Kreise oder 8'er dreht, oder hin-und-her pinselt ist egal solange man beachtet, dass in der Mitte des Schallbündels die meiste Energie abgegeben wird. Hier wird das Gewebe deshalb am stärksten erwärmt.
Grey hat 2003 gezeigt wie wichtig es ist, den Schallkopf äußerst gleichmäßig über das Behandlungsareal zu bewegen. ohne das zu behandelnde Gebiet zu verlassen.
Sobald sich Therapeuten durch lockere Gespräche usw. ablenken lassen werden die Grenzen des Behandlungsareals dauernd überschritten und dies muss durch eine Anpassung der Behanlungszeit kompensiert werden!
Grey verwendet die Formel
Behandlungsdauer = geplante lokale Behandlungszeit × (Behandlungsfläche ÷ ERA)
Semistatisch bedeutet, dass der Schallkopf nur ganz wenig bewegt wird, zum Beispiel bei der Behandlung von kalkeingelagerten Sehnen. Diese Methode kann aber schmerzhaft sein, speziell da, wo der Knochen oberflächlich liegt.
Das Bewegen um eine zentrale Achse herum ist sinnlos und obendrein gefährlich: die meiste Schallenergie wird in der Mitte des Schallkopfes abgegeben. Deshalb würde dieses zentrale Drehen lediglich zu einer sehr starken Erwärmung in der Mitte führen und bestimmt nicht zu einer besseren Verteilung der Schallenergie
Erkrankungen und Verletzungen am Bewegungs- und Stützapparat. Entzündlich oder degenerativ, Akut oder chronisch.
Das Behandlungsareal sollte nicht größer sein als die zwei- bis dreifache ERA des Schallkopfes. Das Problem sollte nicht tiefer als etwa 5 cm liegen.
Alle Erkrankungen wobei Wärme kontraindiziert ist, Tumore, akute Infektionen, Thrombophlebitiden, Phlebothrombosen, schwere fortgeschrittene Durchblutungsstörungen.
Selbstverständlich werden unklare Pathologien nicht behandelt.
Ebenso kontraindiziert ist die Schallbehandlung von offenen Epiphysenfugen, Testikeln, Ovarien, gravidem Uterus, dem Auge (was immer man an diesen Stellen auch behandeln möchte...).
Nicht, dass man bei zum Beispiel Medline unter "ultrasound", "epiphyseal", "damage", usw. etwas findet. Wer würde aber schon seine eigene Kids einer US-Behandlung über das frisch lädierte mediale Seitenband aussetzen, auch wenn der Onkel Dokter meint, dass "pulsierend doch gar nix macht"...
Eine Patientengruppe, bei denen man Vorsicht walten lassen sollte, ist die der jungen Schulabgänger die gerade eine Lehre angefangen haben.
Nicht selten kommen diese Patienten mit Überbelastungsproblemen an den oberen Extremitäten in der Therapie. Nie haben sie körperlich großartig etwas geleistet, und plötzlich werden Tag ein, Tag aus Blumensträuse gebunden, Metallblöcke gefeilt, Teig geknetet usw. Besonders die Epiphysenfugen beim Ellbogengelenk und bei den Händen sind bis 17-18-jährig noch aktiv.
Der Anzahl junger Patienten, welche mit Sportverletzungen überwiesen werden nimmt mittlerweile auch bedenkliche Ausmassen an. Aufpassen also.
Keine absolute Kontraindikation ist das Vorhandensein von (tiefen) Metallimplantaten und Endoprothesen im Behandlungsgebiet da diese den Schall vollständig reflektieren.
Das Metall reflektiert den Schall zu nahezu 100 %. Außerdem dem werden in der Orthopädie nur konvexe Metallteile verwendet, sodass der Schall in allen Richtungen zerstreut wird.
Die Empfehlung, über dem Metall die Dosis zu reduzieren ist unbegründet.
Die Bilder unten zeigen verschiedene Gelenke mit ihren Epiphysenfugen und das ungefähre Ossifizierungsalter
 Epiphysenfugen um die Schulter herum |
 Epiphysenfugen am Ellbogen |
 Epiphysenfugen am OSG |
 Epiphysenfugen am Knie |
die Dosierung bei Ultraschall ist schwierig, umstritten, unklar und ungenau aber deshalb bei Weitem nicht unmöglich.
Dosisparameter sind:
Unter Einfluss von Wärme
Der thermische Effekt von kontinuierlichem Ultraschall wurde in vielen Studien belegt. In verschiedenen Untersuchungen hat man übereinstimmend festgestellt, dass erst nachdem die Temperatur etwa 5 Minuten auf dem höheren Niveau gehalten wurde, die erwünschte Wirkungen auftraten.
Möchte man die Dehnbarkeit von Kollagen beeinflussen, so muss das Kollagen während etwa 5 Minuten auf eine Temperatur von etwa 40°C erwärmt werden, damit es sich besser dehnen läßt. Diese verbesserte Dehnbarkeit hält danach maximal etwa 10 Minuten an.
Unklar war wie lange der Ultraschall braucht bis eine therapeutisch wirksame erhöhte Temperatur erreicht ist.
Dies wurde für Muskelgewebe wie folgt festgestellt.
In einer Untersuchung ("Rate of temperature increase in human muscle during 1 MHZ and 3 MHz continuous ultrasound." Draper DO, Castel JC, Castel D, Brigham Young University, Provo, UT 84602, USA Quelle: J Orthop Sports Phys Ther.1995 Oct;22(4) : 142-50) wurde bei 12 Probanden im medialen Triceps surae auf verschiedenen Tiefen Temperatur-Messsonden implantiert.
 Das Einbringen der Messsonden (Draper 1995) |
 Die drei Messsonden und der US-Kopf (Draper 1995) |
Für die Messung mit 1 MHz US auf 2.5 cm (HWT) und 5.0 cm (doppelte HWT), und für die Messung mit 3 MHz (bei 12 anderen Personen) auf 0.8 cm (HWT) und 1.6 cm Tiefe (doppelte HWT).
Jede Person erhielt insgesamt 4 zehnminütige Ultraschallbehandlungen, jeweils mit 0.5, 1.0, 1.5 und 2.0 W/cm², kontinuierlich.
Die Temperatur wurde alle 30 sek. gemessen.
Es wurde kein Unterschied festgestellt im Temperaturanstieg in den verschiedenen Tiefen, das Gewebe wurde also homogen erwärmt (!)
3 MHz Ultraschall erwärmte, wie erwartet, das Gewebe deutlich rascher als 1 MHz Ultraschall.
Die Temperaturanstiegsrate pro Minute betrug bei 1 MHz
Die Rate für 3 MHz betrug:
Die ERA betrug 4,5 cm², die Behandlungsfläche betrug 2 Mal die ERA. Es wurde dynamisch behandelt, der Temperaturanstieg war recht gleichmäßig.
Draper hatte in eine frühere Untersuchung (Draper et al 1993) gezeigt, dass die Dicke der subkutanen Fettschicht den Temperaturanstieg nicht signifikant beeinflusst. Bei 4 mm bis 30 mm Fettschicht blieb der Anstieg nahezu gleich.
Ich habe diese Werte in eine Tabelle übertragen.
Anhand dieser Tabelle ist es möglich den Temperaturanstieg im Muskelgewebe abzuschätzen, genaue Berechnungen sind selbstverständlich nicht möglich.
| 1' | 2' | 3' | 4' | 5' | 6' | 7' | 8' | 9' | 10' | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,5 W/cm² | 0,04°C | 0,08°C | 0,12°C | 0,16°C | 0,20°C | 0,24°C | 0,28°C | 0,32°C | 0,36°C | 0,40°C |
| 1,0 W/cm² | 0,16°C | 0,32°C | 0,48°C | 0,64°C | 0,80°C | 0,96°C | 1,12°C | 1,28°C | 1,44°C | 1,60°C |
| 1,5 W/cm² | 0,33°C | 0,66°C | 0,99°C | 1,32°C | 1,65°C | 1,98°C | 2,31°C | 2,64°C | 2,97°C | 3,30°C |
| 2,0 W/cm² | 0,38°C | 0,76°C | 1,14°C | 1,52°C | 1,90°C | 2,28°C | 2,66°C | 3,04°C | 3,42°C | 3,80°C |
| 1' | 2' | 3' | 4' | 5' | 6' | 7' | 8' | 9' | 10' | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,5 W/cm² | 0,30°C | 0,60°C | 0,90°C | 1,20°C | 1,50°C | 1,80°C | 2,10°C | 2,40°C | 2,70°C | 3,00°C |
| 1,0 W/cm² | 0,58°C | 1,16°C | 1,74°C | 2,32°C | 2,90°C | 3,48°C | 4,06°C | 4,64°C | 5,22°C | 5,80°C |
| 1,5 W/cm² | 0,89°C | 1,78°C | 2,67°C | 3,56°C | 4,45°C | 5,34°C | 6,23°C | 7,12°C | 8,01°C | 8,90°C |
| 2,0 W/cm² | 1,40°C | 2,80°C | 4,20°C | 5,60°C | 7,00°C | 8,40°C | 9,80°C | 11,2°C | 12,6°C | 14,0°C |
Beispiel:
Mann möchte Muskelgewebe auf 2 cm Tiefe bis etwa 41°C erwärmen. Damit diese Temperatur so rasch als möglich erreicht wird, wählt man die 3 MHz-Einstellung.
Mit einer Dosis von 1.5 W/cm² hat man(mit Drapers Parametern, also ERA = 4,5 cm², Behandlungsfläche = 2 × ERA) die erwünschte Temperatur nach gut 4 Minuten erreicht ( 41° - 37° = 4°, Temperaturanstieg pro Minute bei 1.5 Watt/cm² = 0.89°).
Damit die therapeutische Effekte übergaupt auftreten, muss diese Temperatur während 5 Minuten gehalten werden.
Jetzt muss aber die Dosis auf etwa 0.5 W/cm² heruntergeregelt werden, da sonst die Temperatur weiter stark ansteigen würde (Temperaturanstieg pro Minute bei 0.5 W/cm² = 0.3°). Reduziert man die Dosis nicht, würde die Temperatur nach 5 Minuten weiter ansteigen bis 45° bis 46° und das ist wohl etwas viel.
Grey hat in einer Untersuchung 2003 gezeigt, wie die Dosis an der Größe der Behandlungsfläche anzupassen ist. Mit dieser Untersuchung hat er die 1993 von ihm vorgeschlagenen Formel bestätigt.
Die Formel lautet:
Behandlungsdauer = geplante lokale Behandlungszeit × (Behandlungsfläche ÷ ERA)
Draper hat in seiner obenerwähnten Untersuchung eine Behandlungsfläche von 2 × die ERA gewählt. Dies bedeutet, dass nach Grey die tatsächliche lokale Behandlungszeit die Hälfte der in der Tabelle aufgeführte Zeit beträgt.
Konsequenz:
Für eine Fläche von der Größe der ERA ist die Zeit in der Tabelle zu halbieren, für eine Fläche von 4 × die ERA ist sie zu verdoppeln.
Es ist zu beachten, dass Narbengewebe, so wie auch Sehnengewebe, eine andere Dichte hat als Muskelgewebe. Aufgrund dieser höheren Dichte wird Narbengewebe rascher erwärmt als Muskelgewebe (Chan/Draper 1998). Menschliche Patellarsehnen wurden in vivo behandelt mit 3 MHz, 1 W/cm² kontinuierlich , ERA 4.5 cm², Behandlungsgebiet 2 Mal die ERA. Nach 4 Minuten war die Temperatur 8 bis 9 ° angestiegen, also mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 - 2.5 ° pro Minute. Das ist 3.45 Mal rascher als Muskelgewebe mit der gleiche Einstellung erwärmt wird!
Die Temperatur war nach etwa 4 Minuten wieder unter dem therapeutischen Bereich gesunken, womit sich das therapeutische "Fenster" wieder geschlossen hatte.
Wenn man also in einer bestimmten Tiefe (bis etwa 2.5 cm, siehe weiter unten) Narbengewebe erwärmen möchte müssen diese Werte berücksichtigt werden.
Beim thermischen Einsatz kann man davon ausgehen, dass zum Aufwärmen des Gewebes Behandlungszeiten von mindestens etwa 7 bis maximal 15 Minuten für eine Fläche bis 4 bis 5 cm² adäquat sind. Bei der Behandlung von Triggerpoints und den meisten Ansatztendinosen ist die zu behandelnde Fläche ja nicht viel größer. Das Gewebe hat je nach Tiefe und verwendete Frequenz etwa 2 bis 8 Minuten Zeit, sich erwärmen zu lassen und die erhöhte Temperatur wird etwa 5 Minuten gehalten. Bei größeren Behandlungsflächen sind die Zeiten entsprechend anzupassen.
Dies bedeutet, dass für eine Fläche, welche 2 x der ERA entspricht mit einer Behandlungszeit von etwa 10 bis 15 Minuten gerechnet werden muss. Dies schränkt natürlich das Indikationsgebiet sehr ein.
Draper fasst die thermische Wirkungen wie folgt zusammen.
Schwieriger ist die Dosierung bei der athermischen Anwendung, wenn man zum Beispiel bei akuten Reizzuständen oder frischen Verletzungen die Permeabilität beeinflussen möchte. Hier gehen die Angaben leider sehr auseinander weil die verschiedenen, bei den Untersuchungen verwendeten Parameter sehr oft nicht vergleichbar sind.
Mit Sicherheit ist hier die Anwendung von niedrigdosiertem gepulsten Ultraschall vorzuziehen.
Die nach akuten Verletzungen ohnehin erhöhte Temperatur möchte man ja in der Regel nicht noch mehr ansteigen lassen.
Aufgrund der stabilen Kavitation tritt eine Permeabilitätsverbesserung auf, und verschiedene Enzymreaktionen, wie zum Beispiel die Fibrinolyse oder die Kollagenbildung, scheinen mit pulsierendem US besser beeinflussbar zu sein.
Die genaue Dosierung wirft aber große Fragen auf.
Im Allgemeinen wird in den Studien in denen man eine positive Wirkung des Ultraschalls hat feststellen können eher niedrig dosiert, zwischen 0.03 und 0.5 Watt/cm².
Zum Beispiel wurden in einer Untersuchung bezüglich Fibrinolyse subaqual erfolgreich Blutgerinsel beschallt mit einer Frequenz von 20 kHz und Dosen zwischen 0.15 und 1.2 Watt/cm², wobei zwischen Schallkopf und Gerinsel 3 cm Abstand eingehalten wurden.
Eine Untersuchung über die Halbwerttiefe bei der subaqualen Behandlung hat gezeigt, daß auf 2 cm lediglich 56% der eingestellten Dosis "ankommt" und auf 4 cm bloß noch dessen 44%. Wieviel Schallenergie beim Gerinsel ankam, ist also unklar, viel kann es aber nicht gewesen sein.
Eine andere Studie über Fibrinolyse zeigte, dass mit 1 kHz und 2 Watt/cm² und höher die Fibrinolyse deutlich stimuliert wurde (19% besser bei 2 Watt/cm² bis 58 % bei 8 W/cm²). Hier betrug aber der Abstand 8 cm. Wie hoch die Schallenergie am Ort des Geschehens war ist auch hier unklar, da kann man nur schätzen: 5%? 10%? Jedenfalls wiederum nicht viel.
Die Wirkung auf Hautfibroblasten wurde in vitro und in vivo eindeutig bestätigt. In einer diesbezüglichen Studie wurde ein Schallgerät benützt mit folgenden Parametern: Frequenz 1.5 MHz, Pulsdauer 200 µs, Dosis 0.03 W/cm² (!), Impulsfrequenz von 1000 Hz (Pulsratio 20%). Die Zellkulturen wurden direkt auf die Schallelemente mit Ankopplungsgel befestigt, der Schall kam also praktisch ohne Energieverlust an. In anderen Studien wurden die gleichen Parameter erfolgreich bei der Behandlung von schlechtheilenden Frakturen eigesetzt (low intensity pulsed ultrasound LIPUS), hier allerdings statisch und bis zu 20 Minuten am Stuck.
In der Wundbehandlung in vivo zeigte sich in vielen Studien auch eher niedrigdosierter Ultraschall am erfolgreichsten: Dosen von rund 0.5 W/cm² (am Gerät eingestellt), Pulsaratio 1:4, 1 MHz (ERA und Behandlungsfläche unbekannt). Als Folge der Behandlung schließen sich die behandelte Wunden schneller und die Narben sind reißfester, die Gesammtkollagenbildung ändert sich nicht.
Studien bezüglich Wundheilung in denen man mit höheren Dosen arbeitete, waren manchmal weniger erfolgreich. 1 MHz, 1 W/cm² Pulsratio 1:4 während 15 Minuten, und, in einer anderen Studie 3.3 MHz, 1W/cm², 20% Pulsratio 5 Minuten, Schallkopfgröße 1cm² hatten auf die Heilung von Wadenmuskelquetschungen bei Ratten keine Auswirkung.
Anzumerken ist allerdings, dass ein Rattengastrocnemius doch einen etwas anderen Umfang hat als ein Menschlicher. Hier wurde meines Erachtens stark überdosiert, ich finde solche Studien nicht gerade aussagekräftig.
Inwiefern das Stadium einer Verletzung einen Einfluß auf die Dosierung hat, wurde meines Wissens noch nie untersucht. Ob es also einen Sinn macht in der Entzündungsphase anders zu dosieren als in der Proliferationsphase oder Konsolidierungsphase ist nicht bekannt. In der Regel wurden in Studien über Wundheilung (Ulcera) über längere Zeit immer mit Erfolg die gleichen Einstellungen verwendet.
Zusammenfasend kann ich durchaus behaupten, dass man für die Behandlung von akuten Verletzungen und Entzündungsartigen Prozessen eher niedrig dosiert, und dass man eher den pulsierenden Schall einsetzen soll.
Bei den üblichen Frequenzen von 1 und 3 MHz sind bei akuten Prozessen offenbar Dosen am Ort des Geschehens von 0.03 bis 0.5 W/cm² (oder sogar noch höher!) erfolgreich. Das ist schon ein enormes Spektrum.
Man irrt sich gewaltig wenn man glaubt, dass pulsierender US per Definition athermisch wirkt.
Entsprechend dosiertem pulsierenden US kann das Gewebe genau so gut erwärmen wie kontinuierlicher US.
Gallo et al (uA mit Draper) konnten 2004 zeigen, dass kontinuierlicher US, 3 MHz, 0.5 W/cm², 10 Minuten, 2 × ERA, Muskelgewebe (Gastrocnemius) auf 2 cm Tiefe genau gleich stark erwärmte (2.8°C) wie pulsierender US, 3 MHz, 1 W/cm², 50% pulsierend, 10 Min, 2 × ERA (auch 2.8°C). Diese 2.8°C liegen im Bereich der mäßigen Erwärmung und eine solche Erwärmung könnte für akuten Problemen zu stark sein.
Dieses Ergebnis zeigt, dass die total abgelieferte Ultraschall-Energie relevant ist und eine athermische Wirkung nicht nur vom Pulsieren abhängt.
Theoretisch muss man, je nach Tiefe der Pathologie, am Gerät die Dosis-Einstellung entsprechend anpassen. Die durchschnittlichen Halbwerttiefen werden in der Literatur aber sehr unterschiedlich beurteilt. Die HWT bei 1 MHz variiert je nach Autor von 2.5 cm bis etwa 4 cm, die HWT von 3 MHz zwischen 0.8 und etwa 2.5 cm.
Es handelt sich hier aber um ungenaue Schätzwerte. Je nach Dicke der subkutanen Fettschicht (HWT 50 mm und 16.5 mm bei respektive 1 und 3 MHz) müsste diese variieren: ein Triggerpunkt tief im Gesäß verlangt deshalb eine andere Einstellung als ein TP im dorsalen Vorderarm.
Interessanterweise zeigte die obenerwähnte Studie (Draper), dass der Temperaturanstieg auf der Halbwerttiefe und auf der doppelten HWT nach einer bestimmten Zeit gleich groß war! Dieses Ergebnis zeigt, dass es im Schallbündel zu derartigen Interferenzen kommt, dass durch die Inhomogenität des Schallbündels die Energieabgabe in verschiedenen Tiefen sehr unterschiedlich ist. Anders ausgedrückt: weiter vom Schallkopf entfernt wird unter Umständen mehr Energie abgegeben als näher am Kopf. Es scheint praktisch unmöglich zu sein die Energieabgabe einzuschätzen.
Die Ergebnisse einer anderen Untersuchung stellen das Konzept "oberflächlich:3 MHz-tief:1 MHz" auf den Kopf (Hayes 2004). Drei MHz müsste aus naheliegenden physikalischen Gründen ja das Gewebe eher oberflächlich und 1 MHz eher tiefer erwärmen. Die Untersucher fanden jedoch überraschend heraus, dass 3 MHz Schall auf 2.5 cm Tiefe bereits nach 5 Minuten einen Temperaturanstieg von 4°C bewirkte. Die zum Vergleich ausgeführte 1 MHz Behandlung hatte dieser Anstieg nach 10 Minuten nicht mal entfernt erreicht (etwa 1.5°+)! Das bedeutet, dass 3 MHz Ultraschall mindestens noch auf die doppelte (theoretische) HWT effektiv eingesetzt werden kann und nicht, wie immer behauptet, nur bei sehr oberflächlichen Pathologien auf 0.3 bis 1.5 cm Tiefe.
Erschwerend kommt zur Dosierung noch dazu, dass die Energieabgabe bei den verschiedenen Geräten keineswegs gleich ist. Bei Vergleichen zwischen Geräten von unterschiedlichen Herstellern und sogar bei Geräten vom selben Hersteller fallen häufig Unterschiede in der Höhe der Schallintensität auf. Bei etwa 30% der getesteten Geräten stimmte die abgegebene Dosis nicht! Wenn man also in einer Klinik oder Praxis arbeitet, in der mehrere Ultraschallgeräte zur Verfügung stehen, ist es durchaus sinnvoll, bei seinem Patienten immer dasselbe Gerät zu benützen. Auch wird empfohlen, Ultraschall-Geräte regelmäß (jährlich) kontrollieren zu lassen.
Wer diese Faktoren allesamt in seinen Dosisberechnungen einfließen lassen möchte, dem empfehle ich herzlich ein Studium der höheren Mathematik und Physik, speziell der Chaostheorie.
Die athermische Ultraschallbehandlung findet ihren berechtigten Einsatz bei der Behandlung von eher akuten Verletzungen und akuten Überbelastungsproblemen. Ziel der Behandlung ist es, mit einer Permeabilitätsverbesserung biologische Prozesse zu stimulieren. Ideale Indikationen sind akute entzündungsartige Prozesse, Fehl- und überbelastungen, Muskelansatzprobleme, Muskelrisse, Bänderrisse, Triggerpunkte usw.
Davon ausgehend, dass es normalerweise zu Energiespitzen vom 5-fachen der eingestellten Dosis kommt (je nach BNR) ist es ratsam niedrig zu dosieren. Ich empfehle, mit der niedrigsten Dosis anzufangen bei der man noch eine Wirkung hat nachweisen können, also etwa 0.05 W/cm² am Ort des Geschehens, pulsierend 20 bis 50% (Pulsratio 1 : 5 bis 1 : 2).
Viele Geräte erlauben diese niedrige Dosis nicht und "beginnen" bei 0.1 W/cm² oder gar erst bei 0.5 W/cm², hier muss man sich halt dem Gerät anpassen und den Therapieverlauf beobachten.
Aber: Wenn man am Gerät 0.05 W/cm² einstellt, können in 2 cm Tiefe noch 5 mal die Hälfte (angeblich wegen der HWT) dieser 0.05 W/cm² ankommen, also immerhin noch 0.125 W/cm²! Stellt man 0.5 W/cm² ein, muss man mit Energiespitzen von um die 1.25 W/cm² rechnen.
Ich empfehle, je nach Reaktion des Patienten, wie folgt vorzugehen:
Auch die Größe der zu behandelnden Fläche spielt bei der Dosierung eine Rolle. Allgemein werden Flächen bei der die ERA 4 bis 5 cm² betrauml;gt etwa 5 Minuten behandelt, also 1 Minute pro cm².
Bei Hämatome größer als 3 Schallköpfe ist Ultraschall also nicht mehr realistisch, da ein großer Schallkopf meistens um die 4-5 cm² misst und die kleinen 1-2 cm².
Die Werte verstehen sich als Intensität im Zielgewebe, also am Ort des Geschehens. Pulsieren 20% oder 50%. Behandlungsdauer 1 Minute pro cm². Es handelt sich hier um allgemeine (vorsichtige) Behandlungsvorschläge. Grundlage für diese Empfehlung bilden Arbeiten zum Thema, die Erfahrung von vielen Kollegen und Kolleginnen und meine eigene bescheidene Erfahrung. Die Werte sind immer der Reaktion des Patienten anzupassen!
Ziel: Verbesserte Permeabilität und Zellstoffwechsel
Tag 1 bis 7-10 in der entzündlichen Phase nach einer Traumatisierung oder falls irritierbar (Schmerz 8-10 auf Skala 0-10)
Dosis: 0.03 bis 0.5 W/cm².
Ziel: verbesserte Permeabilität und vermehrte Fibroblastenaktivität.
Tag 7-10 bis Mitte Proliferationsphase nach einer Traumatisierung oder bei Schmerzen 6-8/10 .
Dosis: 0.03 bis 0.5 W/cm².
Ziel: Unterstützung Kollagenbildung und Wundheilung.
Tag 7-10 bis Ende Proliferationsphase (Tag 21) nach einer Traumatisierung oder bei Schmerzen 4-6/10
Dosis: 0.03 bis 0.5 W/cm²
Der Vollständigkeit halber erwähne ich im Nachfolgenden noch andere,
verbreitete Dosierungsmöglichkeiten.
Ich möchte darauf hinweisen, dass diese Art zu Dosieren wissenschaftlich
nicht untermauert wurde. Ich zeige diese Methoden deshalb in meinem Unterricht nicht.
Nach Edel (1983)
Bezüglich DosisBemerkung: Edel gibt nicht an, wann wie zu dosieren ist. Die Methode ist wertlos.
In der Regel wird im englischen Sprachraum höher dosiert als im deutschen Sprachraum, speziell bei der thermischen Anwendung. Es ist sinnlos, die Dosis jede Sitzung nach Schema zu steigern. Entweder hat man einen therapeutischen Effekt, oder nicht. Die Sitzungen, in denen man unterdosiert hat, kosten auch Geld.
Nachfolgend einige Zusammenfassungen von Studien betreffend Ultraschall-Dosierung.
A comparison of temperature rise in human calf muscles following applications of
underwater and topical gel ultrasound.
Draper DO, Sunderland, S, Kirkendall DT, Ricard M
Quelle: J Orthop Sports Phys Ther.1993 May; 17 (5) : 247-51
For ultrasound to be effective, a conducting medium must be placed between the soundhead
and the skin. Little research has been performed to test whether or
not these mediums actually work. The purpose of this study was to
compare the effect of tap water immersion and ultrasound gel conducting
mediums on tissue temperature rise in a human leg.
A 23 gauge hypodermic needle microprobe was inserted 3cm deep
into the medial portion of the gastrocnemius muscle of 20 subjects.
Each subject participated in two random order treatments using tap
water immersion.(Anmerkung: also subaqualer Ultraschall) and
topical gel conducting mediums. Each treatment consisted of continuous
ultrasound delivered topically at 1.5 W/cm² for 10 minutes(Anmerkung:
die Schallkopfgrösse wird leider nicht erwähnt). During
both treatments, the soundhead was moved at a speed of 4 cm per second,
and the temperature was recorded every 30 seconds.
A significant difference was found between the two treatment methods (t(19) = 9.18 < .001)
The topical gel increased tissue temperature 4.8. degrees C,
whereas the underwater treatment increased tissue temperature only
2.1 degrees C (Anmerkung: es wurde leider nicht vermerkt wie warm
das benützte Wasser war.)
Therefore, at a tissue depth of 3 cm, ultrasoundgel is a better conducting
medium than water. Also, the authors discovered that it took nearly
8 minutes for the temperature to reach therapeutic levels during
the gel technique.
These findings should be of clinical significance to clinicians who
regularly use ultrasound.
Anmerkung: Wahrscheinlich treten therapeutische Effekte erst auf, wenn die Gewebetemperatur
während etwa 5 Minuten um etwa 4° erhöht bleibt.
Zurück
Rate of temperature increase in human muscle during 1 MHZ and 3 MHz continuous ultrasound.
Draper DO, Castel, JC, Castel D Brigham Young University, Provo, UT 84602, USA
Quelle: J Orthop Sports Phys Ther.1995 Oct;22(4) : 142-50
To achieve the thermal effects of ultrasound, the tissuetemperature must be raised
from 1° to > or = 4°C
(Anmerkung: also etwa 38°C
bis 41°C),
depending on the desired outcome of the treatment.
In the past 25 years, there have been no in vivo studies that have
measured the rate of change in temperature during 1 MHz ultrasound
treatments, and none have ever been performed with the 3 MHz frequency.
Thus, we are left to pure speculation regarding how long to administer
an ultrasound treatment. We performed this study to plot the rate
of temperature increase during ultrasound treatments delivered at
various intensities and frequencies. We inserted two 23-gauge thermistors
into each subjects' medial triceps surae at the following depths:
1MHz at depths of 2.5 and 5.0 cm (12 subjects) and 3 MHz
at depths of 0.8 and 1.6 cm (12 subjects). Each subject received
a total of four 10-minute treatments, one each at 0.5, 1.0,
1.5 and 2.0 Watt/cm², and temperature was measured every 30 seconds.
No significant difference was found in the rate of heating at the
two depths (p=.987) within the same frequency and dose levels (Anmerkung:
das Gewebe wird also ziemlich homogen erwärmt).
The 3 MHz
frequency heated significantly faster than the 1 MHz frequency at
all doses tested (p<.001).
On average, the rate of temperature increase per minute at
the two depths of the 1MHz frequency was:
The rate of temperature increase per minute at the two depths of the 3 MHz frequency was:
The results of this research should enable clinicians to choose the
correct frequency, intensity, and treatment time when using thermal
ultrasound.
(Siehe auch die Tabelle oben.)
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Diese Werte wurden mehrfach (in etwa) bestätigt.
J Orthop Sports Phys Ther 2002 May; 32(5):216-20
A comparison of intramuscular temperatures during ultrasound treatments with coupling gel or gel pads. Merrick MA, Mihalyov MR, Roethemeier JL, Cordova ML, Ingersoll CD.
1 MHz Frequenz, kontinuierlich, 1.5 W/cm². Messtiefe 3 cm. Muskelgewebe
medialer triceps surae. Behandlungsfläche etwa doppelter Schallkopffläche.
Temperaturanstieg nach 7 Minuten mit Ultraschallgel 39.2°C +/-
2.4°C. Mit Gelkissen 39.4°C +/- 1.5°C
J Orthop Sports Phys Ther 1995 Mar ;21(3) : 153-7
Temperature changes in deep muscles of humans during ice and ultrasound therapies: an in vivo study.
Draper DO, Schulthies S, Sorvisto P, Hautala AM.
5cm Tiefe im medialen triceps surae, 10 Minuten kontinuierlicher Schall, 1 MHz,
1.5 W/cm². Nach 10 Minuten Temperaturanstieg 4°C +/- 0.83°
Journal of Athletic Training 1998;33(2):130-135.
Temperature Changes in Human Patella Tendon in Response to Therapeutic Ultrasound
Alice K. Chan; J. William Myrer; Gary J. Measom; David 0. Draper
Conclusion: Three-megahertz ultrasound at an intensity of 1 W/cm² significantly increased patellar tendon temperature at both 2 and 4 x ERA, but our results confirm that the 2-ERA treatment size provided higher and longer heating than the 4-ERA treatment size.
ERA 4.5 cm², 3 MHz, kontinuierlich 1 W/cm², während 4 Minuten. Temperaturanstieg Patellarsehne 2 x ERA-Fläche: 8.3 °C +/- 1.7 °, Temperaturanstieg 4 x ERA-Fläche 5°C +/- 1°
Aufgrund der Schallschwingungen tritt bei höherer Dosierung (kontinuierliche Anwendung,
aber auch bei hochdosiertem pulsierendem US) eine Erwärmung des Gewebes
auf (Reibungswärme, Wärmeentwicklung durch instabile Kavitation), speziell an den Grenzschichten.
Diese führt zu
einer verbesserten Dehnbarkeit des Kollagengewebes (Narben, Sehnen,
Bänder) wenn das Gewebe auf 40°C bis 45°C erwärmt wurde und diese Erwärmung
während etwa 5 Minuten erhalten bleibt (= thermischer Einsatz von US).
Zudem kommt es zu einer Durchblutungsverbesserung.
Zur Dosierung : siehe Tabelle oben.
Weiter tritt eine vermehrte Mastzell-Degranulation auf, mit Histamin-Ausschüttung
im Gewebe. Diese Ausschüttung führt zu einer Dilatation der Kapillaren.
Unter "Ultrasonophorese-Therapie" (oder schlicht "Sonophorese") versteht man eine Behandlung mit Ultraschall, wobei Medikamente mit Hilfe der Ultraschallenergie (dem Schalldruck) in den Körper
gebracht werden.
Es hat sich gezeigt, dass Arzneistoffe mittels Ultraschall durch die intakte Haut hindurch
in den Körper gebracht werden können. Dies wurde schon früh unter Anderem für
Hydrokortisonsalbe aufgezeigt (Griffin&Touchstone, Ultrasonic
movement of corticol into pig tissues. Am J Phys Med 43, 1963) Sie
konnten den Wirkstoff bis in einer Tiefe von 6 cm (!) nachweisen. (Anmerkung: ob es sich hier um eine therapeutisch wirksame Dosis handelte wurde leider nicht erwähnt.)
Park et al zeigten 2005 dass die Sonophorese von Hyaluronan (=Hyaluronsäure. Hauptbestandteil der Synovia) bei Kaninchen arthrotische Veränderungen effektiv unterdrücken konnte (1 MHz, 0.4 W/cm², 10 Min). Das Hyaluronan war in einer therapeutisch wirksame Dosis intraartikulär nachweisbar.
In einer anderen Studie (Physical
Therapy 83,8,August 2003: "Phonophoresis Versus Topical Application
of Ketoprofen." Cagnie,Vinck Rimbaut Vanderstraeten, in der Bibliothek) verglich man die Wirkung von pulsierendem mit kontinuierlichem Ultraschall bei der Ketoprofen-Sonophorese. Man stellte mit Biopsien fest, dass nach einer Sonophorese am Knie das, übrigens handelsübliche, Ketoprofen (ein NSAR) in einer therapeutisch wirksamen Dosierung in der Synovialmembran nachweisbar war.
Bei den mit pulsierendem Ultraschall behandelten Patienten war die Wirkstoffkonzentration höher als in der "kontinuierlichen" Gruppe.
Behandlungsparameter: 10 cm² Behandlungsfläche kraniolateral von der Patella, ERA 5 cm², 1.5 W/cm², 1 MHz, 20% Pulsratio, 5 Minuten Behandlungszeit, 5 cm Fastum-Gel®.
Wahrscheinlich hat hier die wegen des pulsierenden Ultraschalls erhöhte Permeabilität (siehe microstreaming) den Schalldruck unterstützt. Für die Bedeutung des Microstreamings spricht die Tatsache, dass auch viele andere Medikamente mit pulsierendem Ultraschall besser eingetrieben werden als mit kontinuierlichem Ultraschall.
Man geht heute davon aus, dass die Kavitation, die nahe der Haut im Kontaktgel auftritt, zu einer mechanischen, reversiblen Strukturveränderung, ein Auseinanderreißen der doppelten Lipidschicht im Stratum Corneum führt. Dies führt dann zur verbesserten Permeabilität der Haut.
Rosim et al (2005) haben es ganz spannend gemacht.
Die Untersucher behandelten bei Probanden eine 15 × 15 cm große Fläche am Rücken mit 0.5 W/cm², 1 MHz Dauerschall während ganze 5 Minuten. Danach wurde Voltaren® appliziert.
Und siehe da: Die Plasmakonzentration von Diclofenac war nach einer Stunde etwa 3 Mal höher als bei der Vergleichsgruppe ohne Utraschall-Vorbehandlung. Dies bestätigt auf eleganter Weise die Permeabilitätsverbesserung der Haut.
Frenkel et al (1999, 2000) haben gezeigt, dass 3 MHz kontinuierlicher Ultraschall mit einer Dosis zwischen 1.7 und 2.2 W/cm² bei Fischen nach 30 bis 90 Sekunden die Verbindungen zwischen den Hautzellen und auch einige Zellen tiefer im subcutane Gewebe auseinander zu reißen vermag (1 W/cm² Dauerschall, Era = 10cm², 15 cm Abstand zum Fisch, statisch). Die Autoren erklären den Effekt mit dem Auftreten von Kavitation und Abscherkräften.
Es ist wichtig, bei den Salben darauf zu achten, dass sie den Schall
überhaupt ankoppeln. Viele Salben absorbieren zuviel Schallenergie
und sind deshalb unbrauchbar. Gels sind als Kontaktmedium besser als Salben.
Es werden Medikamente zur Durchblutungsverbesserung (Histamin>>achtung
Allergiker<<Nicotinsäure), zur förderung der Wundheilung, und zur Entzündungshemmung
(z.B. Sportusal®, Voltaren®, Ketoprofen (Fastum®)
Hydrokortison) und zur Lokalanästhesie (Lidocain) eingesetzt.
Bei den entzündungshemmenden Präparaten ist zu bedenken, dass Ultraschall primär Entzündungsreaktionen auslöst und unterstützt. Wenn diese Entzündungsreaktionen also erwünscht sind, ist der Einsatz von Entzündungshemmenden Mitteln unsinnig.
Ich sehe den Einsatz von der Sonophorese vor Allem in Situationen in der eine Entzündung nicht normal abläuft.
Man sollte beachten, dass Prozesse die bereits optimal ablaufen nicht noch zusätzlich stimuliert werden können.
Vorteil der Sonophorese gegenüber der Iontophorese ist mit Sicherheit
die geringere Hautbelastung (Verätzungsgefahr). Zudem können mit Sonophorese
in bedeutend kürzerer Zeit tiefere Schichten erreicht werden.
(siehe: "Ketoprofen Tissue Permeation in Swine Following Cathodic Iontophoresis." Panus,
Ferslew, Tober-Meyer, Kao. Phys Ther 79,1,jan 1999 Bibliothek)
Zur besseren Aufnahme des Medikamentes macht es Sinn, vor der Sonophorese
die Haut 10 bis 15 Minuten mit einem feuchten Wickel zu erwärmen.
Eine trockene Haut verhindert die Schallübertragung. Zur vorbereitenden
Sättigung der Haut kann dann einige Minuten vor der Anwendung
eine dünne Schicht des Gels aufgetragen werden. Da dieser Vorgang
ziemlich zeitraubend ist, wird dies in der Regel unterlassen.
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Übrigens hab ich ganz schön blöd geguckt als ich dass hier im Internet gefunden habe:
Phonophorese, auch Tonpunktur genannt, ist das Anwenden von Schwingungen, die mit Stimmgabeln auf Muskeln, Knochen, Organe, Chakren und unterschiedlichen Körperzonen übertragen werden. Hierbei wird die Stimmgabel auf bestimmte Punkte (meist Akupunkturpunkte und Meridiane) gesetzt.
Die Resonanz der Schwingungen harmonisiert und stärkt das Energiesystem und regt so die Selbstheilungskräfte an.
Die im Körper spürbare Vibration des Stimmtones bewirkt - oft gleich nach dem Aufsetzen der Stimmgabel - ein angenehmes Wohlempfinden. Wird der Schaft der Stimmgabel auf das Brustbein gehalten, ist oft ein befreiendes Durchatmen die erste Reaktion.
Heilkundige wenden die Stimmgabel-Tonpunktur alternativ zur Nadel-Akupunktur an; z.B. bei Kindern oder bei Angst vor Nadelstichen. Zudem "finden" die sanften Vibrationen ihren Weg, auch wenn der Akupunkturpunkt nicht ganz genau getroffen wurde.
Es existieren ca. 30 unterschiedlich gestimmte Gabeln, die in den Bereichen der Meridianlehre (Akupunktur, Akupressur, Shiatsu), Chakren, Farbpunktur, Fussreflexzonenmassage und ähnlichen Disziplinen eingesetzt werden können.
Äähm, nun ja, das ist ja wohl ganz etwas anderes ;-)
Passt also bitte auf, was ihr euere Patienten sagt...(oder falls mal der Hausarzt anruft und nachfragt....)
1.Ein Pt. hat sich vor 3 Tagen den Daumen verstaucht. Der Thenar ist geschwollen,
das MCP1-Gelenk ebenso, und leicht gerötet. Die Schmerzen sind
mässig stark
2. Ein Pt. hat sich vor 10 Tagen das OSG verstaucht. Das Sprungelenk
ist mässig geschwollen, distal/ventral vom lat Malleolus ist
es Druckempfindlich. Der Pt. geht an 2 Stöcken.
3. Ein Pt. ist vor 3 Wochen nachts komisch gelegen und erwachte mit
Schulterschmerzen. Die Schmerzen halten an.
Objektiv: HWS Rö ist unauffällig, die rechte Schulter ist
in der Beweglichkeit etwas eingeschränkt. Ausgeprägter Druckschmerz
distal von Akromion.
4. Ein Pt. spielt sein Jahren Golf und entwickelt seit 6 Monaten ohne
erkennbaren Grund einen Golfersellbogen.
5. Ein Pt. ist vor 6 Wochen komisch aus einem Stuhl aufgestanden und
hat seitdem Rückenschmerzen.
6. Ein Pt. hat seit 6 Monaten wechselnde Schmerzen im Hüftbereich.
Vor 2 Wochen während einer Bergwanderung wurde der Schmerz deutlich
stärker. Druckschmerz posterolateral und über dem Trochanter.
7. Bei einem Ptn. wurde vor 3 Monate eine Zyste am Zeigefinger entfernt.
Das Gebiet ist immer noch steif, geschwollen und druckempfindlich,
aber nicht gerötet und wärmer.
8. Ein 8-jähriges Mädchen hat sich vor 2 Wochen ihr Knie
verletzt. Es besteht ein Extensions- und Flexionsdefizit ( 120-5-0)
und Druckschmerzen über das med. Kollateralband.
9. Ein Pt hat seit Monaten persistierende subakromiale Schulterschmerzen.
Im Röngenbild sieht man Kalkablagerungen in der Bursa subakromialis.
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