Onde d'urto: stimolo meccanico, risposta biologica

Le terapie a base di onde d'urto funzionano in maniera controintuitiva: sfruttando uno stimolo fisico inducono una risposta biologica a livello cellulare. Ma come funzionano esattamente?

Quando si sente parlare di terapia con onde d'urto l'immaginario collettivo va subito su una sorta di vibrazione, generata da uno strumento specifico, che si propaga in una delimitata zona del corpo. Ebbene, questa visione non è propriamente corretta, o almeno risulta solo parziale. Innanzitutto perché col termine "terapie con onde d'urto" ci si riferisce a un insieme di pratiche anche molto diverse tra loro. Ancora più sorprendente, il fenomeno fisico da cui dipende buona parte dell'effetto è lo stesso che fa scrocchiare le articolazioni delle dita.

Le diverse terapie con onde d’urto

Cominciamo con l'essere più precisi: dietro al termine "terapia con onde d'urto" si trovano molte procedure diverse, distinguibili in due grandi famiglie, le Onde d'Urto Focali e le Onde Radiali o Balistiche.

Le Onde d'Urto Focali sono le uniche che, dal punto di vista fisico, meritino davvero quel nome. Vengono generate da tre tecnologie diverse (elettroidraulica, elettromagnetica e piezoelettrica) che condividono lo stesso obiettivo, cioè produrre un fronte di pressione che sale in modo estremamente ripido, nell'ordine di poche decine o centinaia di nanosecondi, e concentrarlo in un punto preciso in profondità. È lo stesso principio, del resto, con cui negli anni Ottanta si è cominciato a frantumare i calcoli renali senza operare il paziente, la cosiddetta litotrissia extracorporea.*Disclaimer: per evitare equivoci lo esplicitiamo, nelle applicazioni che oggi etichettiamo come terapie con Onde d'Urto Focali non viene frantumato nulla. Ormai è consolidato nella pratica che l’energia applicata non è sufficiente né per calcificazioni di spalla né tanto meno per speroni calcaneari.

Le Onde Radiali, o balistiche, funzionano in modo completamente diverso: un proiettile spinto ad aria compressa colpisce un applicatore appoggiato sulla pelle, e da quel punto di contatto si propaga un'onda di pressione che si disperde in modo divergente nei tessuti superficiali. Il fronte è molto meno ripido, con tempi di salita nell'ordine dei microsecondi anziché dei nanosecondi, il picco è sensibilmente più basso, e non esiste alcun fuoco in profondità, perché l'energia massima si trova nel luogo specifico dell’applicazione.

La differenza non è un dettaglio da manuale: cambia la profondità di azione, cambia la quantità di energia che arriva al bersaglio e, come vedremo tra poco, cambia anche la probabilità che si verifichi il fenomeno da cui dipende buona parte dell'effetto biologico.

Che cos'è, esattamente, un'onda d'urto

Una vibrazione è un'oscillazione periodica, che sale e scende sempre uguale a una certa frequenza, ed è così che funziona per esempio un ultrasuono terapeutico. Un'onda d'urto, invece, è un evento singolo.

La pressione sale quasi verticalmente fino a un picco che nelle applicazioni mediche si colloca tipicamente tra i 10 e i 100 megapascal, un intervallo che non ha molto senso immaginare ma che, per dare un'idea, corrisponde a un valore compreso tra cento e mille volte la pressione atmosferica. Subito dopo la pressione crolla e scende al di sotto del valore di partenza, prima di stabilizzarsi. L'intero episodio dura all'incirca un microsecondo, dopodiché l'apparecchio ne genera un altro, tipicamente da una a dieci volte al secondo.

La parte interessante, però, non è il picco positivo, bensì quella fase negativa che lo segue: molto più contenuta in ampiezza, dell'ordine di un decimo del picco, eppure decisiva per tutto quello che succede dopo.

La cavitazione, ovvero, perché le dita scrocchiano

Quando in un liquido la pressione scende sotto una certa soglia, il gas che vi è disciolto non riesce più a restarci e forma delle bolle. Il fenomeno si chiama cavitazione e non è affatto esotico: è lo stesso che avviene nel liquido sinoviale quando ci “scrocchiamo” le dita o quello che danneggia le eliche delle navi.

Nell'articolazione la “cavità” si forma e resta lì per una ventina di minuti, motivo per cui non si riesce a far scrocchiare due volte di fila lo stesso dito: nello studio storico sull'argomento, condotto a Leeds nel 1971, il tempo minimo registrato tra due schiocchi consecutivi fu di diciassette minuti, e non ne servirono mai più di ventidue. Nel tessuto colpito da un'onda d'urto succede invece il contrario: la fase di pressione negativa fa nascere le microbolle, e la successiva risalita della pressione le fa collassare su sé stesse in modo violento. Quel collasso, per giunta, non è simmetrico, perché in prossimità di una superficie (la parete di una cellula, per esempio) la bolla collassa da un lato solo e “sputa” dall'altro un microgetto di liquido ad alta velocità.

Il risultato sono forze di taglio molto intense e molto localizzate, su scala di micrometri: nessuno "scioglimento" dei muscoli e nessuna vibrazione che ammorbidisce i tessuti, ma una sollecitazione meccanica puntiforme esercitata direttamente sulle cellule.

Vale la pena aggiungere che è proprio questo il punto in cui la distinzione tra focali e radiali smette di essere accademica, dal momento che la cavitazione richiede una fase negativa marcata e quella di un'onda radiale è considerevolmente più modesta.

Dalla spinta al segnale: la meccanotrasduzione

Qui arriva il passaggio davvero controintuitivo: una cellula non è un sacchetto passivo, ma è sensibile a spinte o deformazioni, e per tradurre quelle sollecitazioni meccaniche in un messaggio chimico. Questo meccanismo si chiama meccanotrasduzione ed è lo stesso con cui l'osso si rinforza sotto carico, o con cui le pareti dei vasi sanguigni percepiscono il flusso del sangue che le attraversa.

Quando le forze di taglio deformano la membrana e il citoscheletro succedono diverse cose in parallelo. Si aprono canali ionici meccanosensibili, come quelli della famiglia Piezo, identificata nel 2010 da un gruppo dello Scripps Research Institute, e diversi recettori TRP, che lasciano entrare calcio nella cellula. Vengono sollecitate le integrine, cioè le proteine che ancorano la cellula alla matrice circostante e che funzionano anche da sensori di tensione. Da questi due punti parte una cascata di segnalazione che coinvolge il rilascio di ossido nitrico, l'espressione di fattori di crescita come il VEGF, la proliferazione dei tenociti, il richiamo di cellule staminali mesenchimali e la modulazione di mediatori del dolore come la sostanza P.

Volendo riassumere il concetto in una formula, si potrebbe dire che l'onda d'urto non ripara il tessuto, ma comunica al tessuto di attivare i propri processi riparativi, il che è una differenza tutt'altro che sottile.

A questo si affianca un secondo meccanismo, questo sì direttamente e macroscopicamente meccanico, che sopravvive dall'eredità della litotrissia: in presenza di depositi calcifici l'onda può frammentarli per azione diretta, senza alcuna mediazione cellulare. I due meccanismi convivono, ma nella maggior parte delle applicazioni muscoloscheletriche quello che pesa di più è il primo.

Quanto è solido tutto questo?

Una precisazione è necessaria, perché è il punto in cui la divulgazione tende più spesso a scivolare.

La meccanotrasduzione indotta dalle onde d'urto è ben caratterizzata in vitro: sulle colture cellulari si misura, si replica e se ne conosce con buona precisione la catena di eventi. Il salto dal modello cellulare all'esito clinico sulla singola persona, però, è meno lineare di quanto la sequenza logica lasci sperare, perché tra la coltura in laboratorio e un tessuto vivo, vascolarizzato e innervato di differenze ce ne sono parecchie.

A questo si aggiunge il fatto che la letteratura clinica disponibile è piuttosto eterogenea: gli studi differiscono per energia erogata, numero di sedute, intervallo tra una seduta e l'altra, modalità di localizzazione del bersaglio e qualità del disegno sperimentale, e questo rende i confronti più difficili di quanto si vorrebbe. È una condizione comune a molte terapie fisiche e non toglie interesse al meccanismo, ma suggerisce prudenza verso qualunque descrizione che presenti la procedura come una risposta uniforme e prevedibile.

Resta il fatto, e non è poco, che il modo in cui questa terapia agisce ribalta l'intuizione di partenza: non un'azione meccanica sul muscolo, ma un segnale fisico che le cellule sono in grado di leggere, tradurre e trasformare in attività biologica.

Se avete dubbi sull'appropriatezza di questa procedura nel vostro caso, il riferimento è sempre una valutazione clinica diretta. Per informazioni potete scriverci.