冲击波作用原理及治疗机制

什么是冲击波:

冲击波,是一种高能机械波,是能量的突然释放而产生的高能量压力波,具有压力瞬间增高和高速传导的特性。冲击波是物体在高速运动或爆炸时引起介质强烈压缩并以超音速传播的过程。自然界中的雷电就可以产生冲击波,人为的冲击波多由爆炸、超音速飞机产生。

冲击波的物理特性:

冲击波作为一种机械波,其传播也需要介质。而在不同介质间传播时,由于介质之间的声阻抗不同(声阻抗定义为物质的密度与波速的乘积,是物质的固有属性),在交界面处,垂直入射的冲击波一部分会继续向前传播进入第二种物质,而另一部分会被反射回来,造成声能损失。两种介质之间的声阻抗差异越大,其能量损失也越大。比如空气的声阻抗比人体的声阻抗要小得多,所以两者的界面处也会发生强烈的相互作用。因此,使用冲击波时,要在皮肤涂抹耦合剂,保证传导子和人体之间不会有空气介入,影响能量的传递。同样,也就可以理解,肺作为含气的器官,当暴露于冲击波的作用范围内时,将会受到严重损害。

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冲击波治疗的机制:

主要包括应力作用、空化作用、压电效应和止痛效应。

当冲击波传递到病变组织时,应力作用可以分解为压应力和张应力。其中压应力是由于冲击波进入病变组织时入射产生的作用力(下图a),张应力则是在冲击波传入病变组织及由病变组织传出的界面上的反射作用产生(下图b、c)。

空化作用是由冲击波的声波引起的,其机制是:在声波张应力作用下,液体爆裂而形成大量的水泡或者气泡,当气泡表面的压力快速下降时,气泡突然破裂,从而产生高速液体微喷射(liquid micro-jet),微喷射直接作用于病变组织表面(下图d-f)。所产生的撞击力是破坏病变组织的重要原因。

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冲击波的压电效应是指当冲击波传递至骨组织时,会增加骨组织的应力,骨基质中的胶原和蛋白多糖等非对称性物质在压力作用下发生形变,其表面静止的政府电荷被极化,从而在物质两端形成电位差,促进骨形成。其对骨组织的影响与冲击波的能量大小有关。有关的动物实验表明,高能量的冲击波可以引起骨折,而低能量的冲击波可以刺激骨的生成。

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冲击波的止痛效应其原理主要有以下几点:

(1)由于体外冲击波对人体组织的作用力较强,可直接抑制神经末梢细胞,从而缓解疼痛;

(2)体外冲击波可改变伤害感受器对疼痛的接受频率,由此缓解疼痛;

(3)体外冲击波通过改变伤害感受器周围化学介质的组成,抑制疼痛信息的传递;

(4)体外冲击波可引起局部充血,从而促进炎症的消退。冲击波作用于人体以后,可以促进人体P物质、内啡肽等止痛物质的释放。P物质能够影响痛觉的传递,内啡肽能够和人体细胞的吗啡受体结合,起到镇痛的作用。

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另外,人体由于长期从事各种慢性积累性损伤的活动,比如久行、久站、久坐等,可以导致肌肉张力增加,使某一块肌肉或者一个肌群持续强直收缩,从而影响局部供血,造成局部组织的能量危机,引发局部炎症渗出,继续发展就会软组织纤维化甚至钙化,在组织中形成一些圆形或长条形的硬结,就是所谓的“结节”或者“条索”。由于这些硬结的出现,肌肉、肌腱、筋膜等的生物力学力线、杠杆支点等都会有所改变,进一步增加疲劳和局部代谢障碍,加重局部无菌性炎症,形成恶性循环。甚至会由此影响关节、脊柱的稳定和活动。这些纤维化或者钙化的组织,与周围软组织密度差距较大。

冲击波在相同的组织中传播速度会均匀地传播,然而在这些病变粘连的组织中,传播就会受阻,从而向不同的方向发生碰撞,产生强烈的能量释放,也正是利用这一释放的能量,使得原本纤维化或者钙化的组织被破坏,从体外松解受损的软组织,恢复原有组织的弹性和延展性。同时由于冲击波可以扩展血管,局部供血得到改善,能量危机的恶性循环被打破,起到良好的治疗疼痛和慢性劳损的效果。

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