Servizio di

Terapia Strumentale – Cinesiologia - Riabilitazione

Istituto di Medicina dello Sport

CONI - F.M.S.I

Centro Interuniversitario di Studi e Ricerche in Medicina dello Sport

Sede di Bologna

PULSED POWER LASER

NUOVE TECNOLOGIE E POSSIBILITA’ TERAPEUTICHE

Paolo Mondardini

STATO DELL’ARTE

• NUOVE TECNOLOGIE

• ACQUISIZIONI

SPERIMENTALI

• ESPERIENZE CLINICHE

SISTEMA TISSUTALE

OGNI SINGOLA CELLULA PARTECIPA

ALLA FUNZIONE DEL TESSUTO

ATTRAVERSO INTERAZIONI DI TIPO

MORFOLOGICO E

CHIMICO - ELETTRICO

INTERAZIONE

QUANDO UN ONDA ( O UN CAMPO )

ENERGETICO INTERAGISCE CON UN

SISTEMA CELLULARE ED E’ DOTATA

DELLE OPPORTUNE

CARATTERISTICHE DI POTENZA ,

FREQUENZA E LUNGHEZZA D’ONDA

DETERMINA MODIFICAZIONI DELLA

ATTIVITA’ DEL SISTEMA

FORME DI ENERGIA

• TERMICA Modificazioni indotte dalla variazione di temperatura

• MECCANICA Dal massaggio manuale, all’ultrasuonoterapia fino all’onda d’urto

• ELETTRICA Stimolazione neuro-muscolare con diverse forme d’onda

• ELETTROMAGNETICA Interazione fra campi od onde a genesi extracorporea e sistemi tissutali

PREMESSA (un po’ di fisica)

PROPAGAZIONE DEL LASER

TRASMISSIONE ASSORBIMENTO DIFFUSIONE

L’onda

elettromagnetica

attraversa

immodificata il

tessuto che non

interagisce con il

raggio

L’onda

elettromagnetica

viene assorbita dal

tessuto che subisce

delle modificazioni

L’onda

elettromagnetica

interagisce con il

tessuto che la

diffonde alle

strutture circostanti

EMETTITORE LASER

Apparecchiatura per l’emissione di un onda elettromagnetica:

raggio laser prodotto attraverso l’attivazione del mezzo attivo

in un risonatore ottico

ELEMENTI DELL’EMETTITORE:

• SORGENTE DI ATTIVAZIONE

• RISONATORE OTTICO

• MEZZO ATTIVO

LASER

in commercio

LASER LUNGHEZZA

D’ONDA (nm)

ELEMENTO

ASSORBENTE

POTENZA MODALITA’ DI

EMISSIONE

SOFT -LASER

ELIO-NEON 632,8 ASPECIFICO 1-50 mWatt CONTINUA

DYE

(Colorante variabile)

400,9 DIPENDENTE DALLA

LUNGHEZZA D’ONDA

0,1-0,2 Watt CONTINUA

DIODO

SEMICONDUTTORE

(Arseniuro di Gallio)

630 - 910 DIPENDENTE DALLA

LUNGHEZZA D’ONDA

1 - 50 mWatt PULSATA

MID-LASER

ECCIMERI

(Dimeri eccitati)

193 - 248 MELANINE, PROTEINE 1 Watt PULSATA

ARGON 476,5 - 514,5 MELANINE

EMOGLOBINA

1-10 Watt CONTINUA

RUBINO 694,3 MELANINA

CITOCROMO

>5mJ

(elevata pot.)

PULSATA

POWER-LASER

NEODIMIO

(Yttrio,Alluminio,Granato)

1064 ASPECIFICO <100mJ

(elevata pot.)

<100 Watt

Q - SWITCHED

CONTINUA

PULSATA

CO2 10.600 ACQUA 10-100 Watt

CONTINUA

GRIGLIA

SUPER PULSATA

• Tra i fattori che permettono la penetrazione nei tessuti umani di una luce

laser la lunghezza d’onda e la potenza di picco sono fondamentali.

• Tra 600 e 1200 nm l’assorbimento specifico è basso e

aumenta il potere di penetrazione dell’onda luminosa.

Penetrazione tissutale

lunghezza d’onda

1010 nm Yag

POTENZA

– CAPACITA’DI

SVOLGERE UN

LAVORO NELLA

UNITA’ DI

TEMPO

– ENERGIA

TRASFERITA

NELLA UNITA’ DI

TEMPO

ENERGIA

• DI PICCO

• POTENZA

MEDIA

• DENSITA’

POTENZA

• Massima energia erogata nel minor tempo possibile

• energia erogata in un secondo = Ep x Hz x durata picco

• potenza erogata divisa per la superficie di applicazione

TIPI DI EMISSIONE

•CONTINUA: la sorgente laser emette un onda in

modo continuo.

•TEMPORIZZATA o FREQUENZATA: la sorgente

laser emette un onda continua che viene frequenzata

o con interruzione della sorgente o con diaframma

ottico (ogni impulso dura almeno millisecondi)

•PULSATA – SUPERPULSATA: la sorgente emette

in modo pulsato (impulsi fino al nanosecondo)

Laser continuo

100 W

2 W

LA POTENZA DI PICCO E’ EQUIVALENTE ALLA POTENZA MEDIA.

TEMPERATURA

SOGLIA DEL DANNO -

Pmedia=Ppicco x T x Frequenza

Laser pulsato

T = 100nSec

Ppicco

T=1/Frequenza

100 W

RAFFREDDAMENTO

SOGLIA DEL DANNO TERMICO

A PARITA’ DI LUNGHEZZA D’ONDA

LA PENETRAZIONE DIPENDE DALLA ENERGIA DI PICCO O FLUENZA

• P=Wp X K / Z • P= penetrazione

• Wp= potenza di picco

• K= costante che dipende

dalle caratteristiche del

raggio

• Z= costante che dipende

da caratteristiche del

tessuto

1 joule di energia

erogato in

continuo con 1

watt di

potenza di

picco

1 joule di energia

erogato in

pulsato con 5

watt di potenza

di picco per

impulso

Penetrazione tissutale

A parità di lunghezza d’onda la potenza di picco è il fattore determinante la capacità di penetrazione della luce laser

MAX 800W

MAX 100W

Sovrapposizione diodica

con collimazione ottica

40W

40W 40W Area irradiata

DIODI LASER

Area irradiata 120W

STESSA POTENZA PICCO

MAGGIORE DENSITA’ DI POTENZA

MAGGIORE POTENZA DI PICCO

SOVRAPPOSIZIONE DEGLI EFFETTI DOVUTO ALLA

SOVRAPPOSIZIONE DELLE AREE DI OGNI SINGOLO DIODO

40W

40W 40W

SISTEMA DI ATTIVAZIONE A CASCATA

Frequenza Dipendente

Effetto TENS tipico dei laser a bassa penetrazione

(lambda o pot. di picco inadeguate)

Non c’è effetto diretto sull’area danneggiata ma neuroriflesso: le cellule modificano l’attività di quelle vicine attraverso messaggeri chimico-elettrici o segnali dalla

MATRICE

EFFETTO TENS

DOSE INDIPENDENTE

Recettore

cutaneo

1° mediatore

2° mediatore

M A T R I C E

SISTEMA DI ATTIVAZIONE DIRETTA

Tipico dei laser alta penetrazione ed alta potenza (PW - SPW).

Effetto diretto sull’area danneggiata: effetto

-FOTOCHIMICO

-FOTOTERMICO

-FOTOMECCANICO

Dose dipendente

CUTE

attività cellulare Attività metabolica

Legge di Kirkoff

Una sostanza può assorbire solo le lunghezze

d’onda che è in grado di emettere

• Non tutte le radiazioni

elettromagnetiche hanno effetti

metabolici

• Diverse strutture biochimiche sono

stimolate da diverse radiazioni

Specificità del campo

La radiazione esterna viene assorbita da un sistema soltanto quando essa entra in risonanza con una delle potenziali frequenze prevista dal sistema

stesso per cui un effetto biologico si verifica:

Solo per specifiche frequenze, tipiche del materiale biologico trattato (freq. di risonanza)

• Solo al di sopra di una certa soglia di intensità propria del campo elettromagnetico

RELAZIONE emissione PULSATA-EFFETTO

• BASSE FREQUENZE

LAVORI DI COCHE 1985 E SEG

• ALTE FREQUENZE

GOLDMAN 1989 E SEG.

• SUPERPULSAZIONE

• EFFETTO ANTALGICO CON SCARSO

EFFETTO ANTIFLOGISCTICO

• EFFETTO ANTALGICO MINORE MA OTTIMO

EFFETTO METABOLICO (ANTIFLOGISTICO,

ANTIEDEMIGENO), E ANABOLICO

(BIOSTIMOLANTE, RIGENERATIVO)

• SI UNISCE EFFETTO ANTALGICO E

EFFETTO METABOLICO

(ATTENZIONE REAZIONE TERMICA)

SUPERPULSATO (oltre 30 KHz)

High Power (oltre 750 W di picco)

• Con elevate potenze di

picco e\o ad alte frequenze

si cedono elevate quantità

di energia, si ha notevole

stimolo metabolico con

grande coinvolgimento

volumetrico tissutale

• Si innescherebbe una reazione molecolare di tipo FOTOMECCANICO (rottura del dielettrico) con accentuazione del’effetto sul tessuto di conduzione

Basi teoriche

“BIOSTIMOLO” + ANTALGIA

INTERAZIONI LASER-TESSUTO

• REAZIONE FOTOFISICA ECCITAZIONE E DECADIMENTO ATOMICO

FENOMENO UTILIZZATO PER USI DIAGNOSTICI

• REAZIONE FOTOTERMICA

RISCALDAMENTO DEL SUBSTRATO PER TRASFORMAZIONE DELL’ENERGIA

• REAZIONE FOTOCHIMICA RESPONSABILE DEI PRINCIPALI EFFETTI

• REAZIONE FOTOMECCANICA

Interazione

elettromagnetica debole

• Cambiamenti di fase chimico-fisica Precipitati, opalescenza, modifica orientamento molecolare

• Forze di Lorentz su cariche in movimento Aumento del flusso salino, aumento velocità del circolo

• Effetti elettrici indotti Macroscopici: correnti su superfici ossee

Microscopici: variazione potenziale di membrana

• Effetti micromeccanici magnetoindotti Modificazione della forma a livello molecolare e cellulare

Effetti biologici documentati

• Stimolo funzionalità mitocondriale

• Modulazione sistemi enzimatici, azione sul metabolismo

• Modificazione stato fisico intra ed extracellulare, aumento elasticità tissutale

• Alterazioni permeabilità di membrana

• Incremento migrazione macrofagica

• Incremento sviluppo e attività linfociti N.K.

ENTITA’ ? • EFFETTO STIMOLO BIOLOGICO

• EFFETTO ANTIINFIAMMATORIO

• EFFETTO SUL TESSUTO DI CONDUZIONE

Legge di Kirkoff