aplicaciones biológicas de los ultrasonidos

APLICACIONES BIOLÓGICAS DE LOS ULTRASONIDOS
Mlle. MARGARITA CORDIER
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Doctora en ciencias
Miembro Corresponsal de la Real Aca'demi.a de Medicina de Barcelona
sonidos son debidos a vibi~aciones longitudinales de medios 'ma-,~ teria.les, que .las. tr~nslniten ta~to.lnejor cuanto má~ rígidos son: el'
,agua transmIte mewr que lel vIdrIo, los metales mejor que el agua.
Los sonidos que son ,perceptibles para el hombre son los provocados porfrecuencias comprendidas aproxünadamente entre 16.000 y 20.000, con
un máximo de, perfección alIlededor de las 2.000 vibrp.ciones. Se da el
nombre de ultrasonidos a vibraciones de igual naturalezá: que los soni-,
dos, pero de frecuencia más elevada, len términos generales, de .frecuencias com:prendidas entre 10.000 y 100.000.000. La longitud de onda de un'
ultrasonido de frecuencia un 1.000.000 es, en el agua, de 1,47 'mm. La
propagación va acompañada de desplazamientos de las capás del medio
'matedalalrededor de sus posicione~ de equiÜbrio; para vibraciones producidas ,por un :m:anantiaJ cuya energía es de 1/3 de Watt por centLmetro cUadrado, ,esta amplitud es, len el agua, de 1/100 de micrón; la velocidad de desplazahüento de las capas: es de la proporción de 1 centímetro
por segundo, es decir, muy débil con relación a la velocidad de agitacióntér'mica de las partículas que constituyen el mledio vibratorio; por último,
estas viht'aciones van aconlpañadas de variaciones de presión, independiente de la frecuencia .pal'a una energía dada, y que, en 'el ej:e1nplo antes'
citado, equivale aproximada:mente H una atmósfera, lo cual significa que
la pl'esión en un punto deternlinado de tal líquido varía entre cero y dos:
atmósferas.
'
Los ultrasonidos deterinjnan en el inedio en que se propagan cierto
núm:erü de fenóITi·enos físicos:
1
OS
• Conferencia pronunciada en la Real Academia,de Medicina de Barcelona, el dia 21 de febrero de 1951'.;.
Presidencia: Dr. F,.Corominas,
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1. Pueden producir·s.e ündaseslaciünarias debidas a la reflexión de
lüs ultrasünidüs sübr'e la superficie de separación de düs rnediüs diferente's, pür ejemplo. agua y aire; ei'\ sabido. que las ündas.estaciünarias se
caracteriza'n po.r una di'i'\tribución regulai~de puntüs inmóyHes distantes
'unüi'\ de ütrüs media longitud de o.nda, dünde las variaciünes de presión
sün más intensas; de maheraque en un líquido. en el cual se füi.':rnen
ündas estaciünariaspueden 'existir difetencias de presión ilnpüdantes
.entre do.·s puntüs :muy ,pl'óxiJ'no.s entrle sí.
2. Absürción: la a'rnplitud de las vibraciünes dis):ninuye a il1.edida
'que se prOp'agan, lo. cual da lugar a un auln:ent.ü de te:mp81'atu)óa del
. medio:.
3. La: 'PI'Iesión d.e tadiaCÍón,que' :existe len to.dos lüs fenómeno.s ,de
ü'radiación, y que es 'sensiblecuandü esta ,irtadiación trüpieza cün un
· o.bstá,culül'eflectür ;asbnismü, cuando. la eil:üsiónes potente, .el líquido.
adquiere un müvimi1entü de eonjunto. ,en el sentido. de, la pro.pagación .
. Auto.t'es amei'icanos Wo.üD y LOOMIS, han puesto. claramente en evidencia
_' esta: presión de i'adiiwión ,po.i' el exp:eriil1lento siguiente: se cülo.ca un ,uwnantial de' ultraso.nido. en el fo.ndo. de un baño. de aceite; la superficie del
~bañü se levanta uno.s si:ete ceRtímetrOi'\ e inclu'so. ,puedeUegar a pro.yectai'
· go.tas hasta la altura de cuarenta ce'ntímetrOS; estos movimie.ntüs .pueden
i:mpedir s,e si seco.lüeasohr'8 la superficie líquida un disco. ·de o.cho. cen· títnetro.s' de di ái:l.1::e ti' o. que ·i'\o.~.tenga un peso. de 150 graino.s.
4. El fenón-ieno. .de ca;vitación: cünsiste en la formación debudmj asgaseoS.as en el seno. del líquido, que vl;ln a ,estallar a la su perfici2,
.. dando. lugar a una agitación de líquido semejante 9, la que prüduciría la
, .ebullición del irüsmo.; este fenómeno. es debido. indudable~nentea las variacio.nes de presión queacü'm.pañan a la propagación de lo.s. ulttaso.nido.s
· y que dej an en libertad lo.s gases disuelto.s len el líquido..
5. Efecto. térmico.: el aumento. de teinpel'atura sufrido. pür difer,eTl.tes substancia's 'sumetgidas en el ,liquidO' so';t:netido. a la acción de, lo.s ullraso.nido.'Sies muy variable según la naturaleza de aquellas substancias.
Así .en determinado. expe'J.'üuento., utilizando. 2 centímetro.s:cúbicüs de
substancia .el aumento. de temperatUi'a pi>üducido. ,en 10 segundo.s ha sido
para el agua, de 2 gi.'ado.s; para la glicedna. 10 grados; pal'a la celulo..sa, 1; 'para la grása, 5; para ·e·l hígado, 3, y para el cerebro, K
6.
Efecto.s mecánico.s: la columna de mercurio. de un termómetro.
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se roi.l,;pe, co"mose rO'rupe .tainbién una varilla de viddo cuya extremidad
se haya suniei.~gido en el baño.
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Producción
. El fenólneno mAs utilizado para pl'oducir ultrasonidos es .el fel1Ói:ne ..
no piezo"eléctrico presentado por el cuai.'Zü, descubierto por PEDRO y JAIi\lE
CURIE. Una lá:mi~a -de cuarzO cortada de un cristal perpendicularmente a
uno de los ejes eléctricos, se carga de electricidad de signos contrariol;
. en sus dos caras cuando se la sO'Iuete a una compresión.o a una dilata~
ción. LIPPMANN descuprió q.ue est~ fenóineno es reve.rsible, es decir, que
si se cai.'gan de electricidad las dos cargas de una lámina ,de cuarzo, ésta
se comprÍine o se dilata. LANGEVIN y BARCHEWITZ utilizaron estas .propiedadas para: cons.tl'uü'" durante la guerra 1914-1918, aparato'S pi.'oductores
y receptores de ~lltrasonidos aplicables a la detección de los slibmarinos ~
así, una lámina de ,cuarzo de grosor conveniente, es decit, .iglial a media
longitud de onda del ulttasonido que se qui.era producil" provista en .sus
dos cara,s de una pequeña hoj a metálica, constituye' una especie 'de condensador; se coinunicaeste condensador con un generadór de cOl'riente
alterna de igual frecuencia que los sonidos que. se qniei.'an pi'oducir; de
'esta manera se obliga a la lái1üna' a vibral~; :poe ejoei.nplo: con una lámina
de ,cuarzo de 2,5 :mm. de g'rosor se obtienen ultrasm:üdos de "1.444.800 de
fr.ecuencia.
Pai.'a la producción de los ultrasonidos se puede utilizar taiIlbién
otro fenó:meno, que es la magn eto-estricción: una barra de acel'O sometida a un cam,po magnético se contrae cual.quiera que sea el sentido del
campo ¡se p~oduce una imanaciÓnpei.'manente de la barra por medio de
una corri,ente 'elédi.'ica constante, y se le superpone un cilÜ1,po altetno
cl'eado pOi.~ una corriente alterna; la barra vibra :según el p~tíodo del
·campo alterno. Vamos a pasar rápidamente revista a la, acción de los
ulb'asonidos sobr,e, las suspensiones y los coloides, lo cual nos perinitÍl'á
;comprendermej 01' la acción sobi.'e los organismos vivos.
Acción sobre las suspensiones y los coloides
1. En la supetficie de separación de un líquido como el petróleo o
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el tetraclorurü' de carbono oel benceno, y el aine, el líquido se levanta y
·se prOyiecta pulverizll!do en microesférulas de algunos micrones de ciiámetro, dando así lugar a la proyección de un aerosol; len sentido inverso~
los ultrasonidos pueden provocal' la coagulación de 1üs aerosoles, pro pie,dad que se ha empleado para limpiar de polvos los humos de las chimeneas.
2. Si estÜ'smismos movÍ):rüentos s:eproducen en la superficie de
separación de dos líquidos com,o 'el agua y el metcu)."Ío, se puede obtener
unaem.ulsión -coloidal; 'esta es una de las mej ores maneras de preparar
una emulsión de· mercurio enagua, ya que el metal queda reducido a
gotita·s de nl,edio micrón de diámetro; de la b:üsma inanera se obtienen
dispersiones de aceite de vaselina o de petróleo 'en agua, procedirrüento
que se ha e!tiple:a:dÜ' en la industria far):nacéutica.
3. Los ultrasonidos pueden produch~ la floculación de ciertos coloide~, como los hidróxidos dealurrünio, de hierro o de cromo; en sentido
contrario, pueden producir la. dispersión de lo·s coloides floculados; de
esta :m.anera: se pueden püner en evidencia casos de, tixotropismo, es
decir, de ttansformación reve:r"sible a temperatura constante de un gel en
sol; ,en estas transformaciones, la cavilación desempeña indudablemente
un papel esencial dando lugm' a la formación de pequeñas bUl.'bujas gaseosasque modifican el equilibrio del coloide.
4. Si se producen ondas estacionarias en su'spensionessólidas, comr¡
las 'suspensiones de caolina, de, gipsle o de arcilla, las partículas sólidas
se acumulan ,en lo·s nudos de vibraciones; B.i se trata de una mezcla, se
produce una separación, las partículas iliás pequeñas se difunden y tienden 8:. separarse de los centros de condensación donde seagl'upém las i11ás
gruesa·s.
5. Las moléculas grandes,como las deheüJ,ocianina o de gelatina, y
las de ahnidón, s.e rompen y dividen en moléculas :lUás 'pequeñas.
Efectos biológicos
Debe distinguirse la acción sobre los organismos muy simples de la
ej ercida sobre los o'rganismos cOlnplica:dos.
Las células en suspensión sornetidas a los ultrasonidos se ven agitlldas por 1110vimientos de torbellino, generabnente desordenados. Así, las
hojas de Enedea Oanadensis, planta acuática vulgar, contienenclol'o-
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pastos que entran en vibración girando unas: vieoesen unse)1Udo, otr.as
en el opuesto o incluso se detienen; ·'estos In,ovb:nientos· dan lv,gar: él, u!).n
pulverización de los cIor,oplastos en fornta. de una. fina .,emulsión ve;.de.
Es,ta acción puede' llevars1e incluso al interioi- del protoplasma de una
a,n:üba inti'oduciendo len ella la fina extne:mida,d de una punta de vidrio
que se halle en conexión con el vibrador 'productor del ultrasonido; de
estf.l: manera se llega a obtener una verd!ldera. rot)lra del pi:~otopla,smn,
que deternúna la ,pérdida de toda difie:renciación. PellO' e~ta.s transfor:m'aciones no ,son verdaderamerlte Pl'ofuhd,as, ya que 'en cuaIltpcesa.la acciónel protoplasma recobra :su aspecto normal: parece que ,estos' fenómenos pueden e~plicars:e por 'la acción de los uJkasop,ip.os, :sobre los :gels
y los "$ols.
En tértrüno's general,es, las lesiones más importantes se localiz!ln en
las superfioies de contacto entre tej idos difel~entes, lo cual s'e pueqe :e:xplical' pensando en una propagación diferente :según los distintos~ tejidos;
por esta razón el intestino es siempre el :más afectado, 'por!que -conti,ene
tej tdos, ,materias. más o menos sólidas, liquido y gas'Bs; por ótra parte, se
produce también una destrucción muy :sensibledel tejido muscular. Hast.a
el p'r,esente no se ha logr'ado ,explicar el mecanismo del efecto' fisiológico
de'los ultrasonidos. Podría pensarse' len atribuido a las vadacioneS11ocal'es
de presión qué a,coIn:pañah a la propagación de los ulkasonidp:s, y, sobre
tüdo, a la fo'rinación de ondas esta:cionada:s eh el medio, vibrato'do; pero
estas dife'rencias de pr,esión no lIebasan nunca: de 50 kilógramos por' -centímetro cuadrado en una distancia de aproximadamente 1, mm.; ahora
bien, es,to es :muy poco ,en co:mpa~'acióh con las presiones ,necesarias para
determinar la· 'muerte de un anüual: en 'efecto, s~gún los kabajos. del
fisiólogo francés FONTAINE sobre l~acción de la prle1sión en los ~ni:ru:ales
marinos, debe llegarse a una: .presión de 400 a 800' kilogramos por centí'metro cuadra:clo para provo:car la :muerte; y el tejido más sensible a esa
.acción es el 'rhu'scular..
Por esta: razón, Mtuahnente se tiende a atribuir ,el papel fundamental
al fenómeno decavitación, es decir, a la: produoción de burbujas en el
Eleno delcueiípQ sometido a los ultrasonidos; en realidad, nunca se han
visto desprender burbuj as gaseosas de un orgahi';;mo soiuetido a t!lJ le:xperimenta:ción, pero como, por otra parte, se: sabe que no se :puede :producir
ningunaac:ción cUando no hay desprendimi,ento de burbujas gaseosaEl,
Ele debe atribuir a este, fenómeho problemático la acción det~rmip.ante;
la ptoducciónde una pequeñísi):na burbuja invisible por ser :s.ub:rrÜcros-
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cópica,sel'ía una especire de fenómeno explosivo aoompañado de la crea_ción de, una onda de compresión de gl'an enre't'gía,comparable a laque
produce la ~explosión de un tO'npedo, que puede destruir a uri submarino
sin tocarle.
Es importante también sre-ñalar las tea:ccione.s· de los ani:male~ bañados pOr los ulh'a'sonidos, es_ drech" -col,ocados norrnal:mente en el aire
ambirente, estando éste sometido/! vibraciones. Así se ha comprobado
que las ratas tienen crisis 'de apilepsia cuando se las somlete a la acción
de ultrasonidos de frecuencia: 20.000; ratones sometidos a ultrasonidos
intensos d.e fl'ecuencia' 40.000 por espacio de v.arios días sienten agota'miento al principio y luego ,parálisis; sacrificados, estosani:males pre-sentan importantes leSIones del oído internq, lesiones que son absoluta:mente equipar.ablesa lasque provo:caría un traumatis:mo ,producido por
un;choque mecánico.
El hombre 'parece reaccionai' como los anima1es superiores. Los uIti:'asonid'Ü·s, pueden emplearse: por aplicación local pontendo un vibrador
en contacto con la piel, o bien haciendo obrar los ultrasonidos en el
air,e 'ambiente.
Por contado, se dete'rn-:iinan los ):n,ismos efectos que en ,el animal,eE>
de:cir, una congestión de los tejidos circundantes, que iría seguida de
lesión grave y probablemente :mortal si s-e pl"o'longase suficienteu1.ente'-su
'acción.
El s!egundo caso, del hombre 'sumergido en un aire vibl'ante, se pi.'esentaen los pilotos y en los obrert;ls e:mpleados en los aviones !pi~ovistos
de motor:es de· reacción; en efe'cto, e'stos :m;otore:5 desprenden gMes cuyas
vibraciones de presión sonsun-:iamente rápidas y determinan vibraciones ultrasonoras del aire ; estas vibraciones no 'se oyen, pero,sin embargo, obran sobre el organis:mo, yse ha com'probado, ,en los obreros que
trabajan en la proximidad de los tubos de escape, fenón1,oenos de laxitud,
vértigo, náuseas, e incluso los alemanes han i.~eferido trastornos graves
y aunal.gunas veües :mortales ,en los piloto~s de ensayo ;se co:mptende que
así sea, pues toda, la armadura de un avión que vuele a estas gi~andes
velocidade's vibra ;con una enorme cadencia. Pai¡eCe,que la intensidad del
fenómeno tioene mayor importancia que su frecuencia: se han observado
.
lesiones de los oídos intei'no y :medio
Se plante'a, pues, un problema de higiene social para proteger a los.
técnicos de avia:cióna gran velocidad de los accidentes que les alTIenazan.
(~)
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Aplicaciones médicas
Se han hecho ya ensayos, en padicular Ipor parte. del doctOl' DENIER,
para emplear los ulti'asonidos en el des.cubd:rrüento de enf,er·medades; se
{implea: un receptor.· de cuarzo unido a un o~dlógrafo catódicopro'visto
de un sistema de balanceo. f3eespolvoJlea la piel del suj etocon un polvo
:metálico lig¡ero para favoliecer la transmisión al receptor. De esta maner.a·
se ,puede descubtir la hetet'ogeneidad de un tejidos y así, por ejemplo,
la vaciedAd del estómagü o de la veji,gad los Iderr.ameS pl:eura1es.
Más intere~;antes parecen ser las :a¡plica.ciones terapéuticas. En un
Congreso reciente ceLebrado len ErIangen se ha hecho mensión de 9.065
casos de tratamiento.
La primera idea fué la de emplear los ultrasonidos. para tratal~ las
enfermedades del oído, :como 'por ej emplo las es,clorosis del oído medio;
perü hasta el pre~ente' parece :que los resultados son poco demostrativos.
En cambio, s¡e han obtenido ¡efectos satisfactorios en ,casos dy neuritis
de diversa localización: faciales, occipitales, adbominales o solares; producen indiscutiblemente un ,efecto~'edante; las anquilosis fibrosas
las
artritis mejol'an también :de Una manera notable; las celulitis l'Iegr,esan.
En todos lestos c'asos la a-cdónes directa, es decir, que el ,:ibrador, cubierto por una delgada membrana de cauchq, se 'aplica directamente so-·
bre la 'pilel del sujeto previamente untada .con aceite o vaselina en el punto doloro~o; de ordinario S.'e em'plea un' gen8radorcuya potencia es 2 a
7 wats,que da una vibración de frecuencia de alrededor de 1.000.000, y
se aplica pOr es'paciQ de algunos minutos, cord,entem,ente de' 3 a 10.
Pero se han obtenido también acciones ,a distancia: por. ej emplo aplicando el vibrador sobre la parte, anterior de los huesos de la pelvis, que
puedEt obrar slobi\e eSpasmos de la vejiga o del fectO. El aSma ha sido
- tratada de est.a suerte IPOi' los, doctores DENlER y ANSTTET; éste dice haber
tratado 60 casos deas:m:a que han curado en una proporciÓn de' dos ter.cios, 'aplicando el vibrador a uno y otro lado del esternón; otros autores
:aplican el vibrado'r sobr,e las vél'tebraS cervicales. Por' último, se citan
también resultados interesantes en la terwpéutiba de 'la ai.'teritis obliterante por apHcocióndel vibrador Sobi.'e las apófisis lumbares. Por lo tan- '
to, los ultrasonidos tienen propiedades físicas muy curiosas y propiedades fisiológicas muy inteJlesanteS. Pal~eoe' setque nO' nos hallamos más
qUe al principio de un' ,estudio de estas vibra'ciones y que aquél debe
llegar a reSultados muy inter,esantes tanto len el dominio de las aplicaciones físico-químicas como en el de los efectos biológicos y médkos .
o
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