Los equipos para desintegrar cálculos urinarios con ondas de choque (litotritores) se conforman por un generador de ondas de choque, una camilla, sistemas de rayos X y/o ultrasonido y una consola (figura 9). La aplicación de cientos de ondas de choque pulveriza los urolitos, de manera que el paciente pueda orinar los fragmentos en los días siguientes al tratamiento.

La idea de usar ondas de choque para otras aplicaciones surgió al observar que dichas ondas estimulan el crecimiento de tejido óseo; hallazgo que ha sido un alivio para pacientes con fracturas que no cicatrizan. Al aplicar ondas de choque, es posible producir microfisuras en la vecindad de la fractura y, con ello, estimular la cicatrización. La aplicación de ondas de choque para disminuir dolor y aumentar la capacidad de movimiento en pacientes con lesiones en tendones ya es rutina en muchos países.^I Aunque los litotritores pueden usarse para aplicaciones en ortopedia (figura 10), ya existen equipos más pequeños para estos padecimientos (figura 11).

FIGURA 6. Una bobina cilíndrica colocada dentro de un reflector parabólico es excitada por un pulso eléctrico, formando un campo magnético que repele a una membrana cilíndrica (Storz Medical AG). El movimiento repentino de la membrana produce pulsos de presión en agua que son concentrados, formando una onda de choque en la vecindad del foco F del reflector.

     La figura 12 muestra la aplicación de ondas de choque a un paciente con angina de pecho, pues esta acción fomenta la formación de capilares sanguíneos. El equipo cuenta con un sistema de ultrasonido dentro del cabezal del generador de ondas de choque que permite visualizar la zona a tratar.

FIGURA 7. Aplicación de ondas de presión radiales (BTL Industries Inc.) para el tratamiento de epicondilitis, una lesión conocida como “codo de tenista” (cortesía: J. Lozano).

     Una aplicación más se da en el tratamiento de pacientes con heridas que no cicatrizan. En muchos casos, dos sesiones con ondas de choque son suficientes para revascularizar la zona afectada. La acupuntura con ondas de choque, el tratamiento de alteraciones del sistema nervioso y la regeneración ósea en odontología forman parte de una lista creciente de aplicaciones clínicas.²

Uno de los principales responsables de los efectos descritos es la formación de microjets (chorros microscópicos) de fluido. La mayoría de los fluidos corporales, incluso los tejidos, contienen burbujas microscópicas. Al paso de una onda de choque, estas microburbujas, inicialmente, se comprimen. Inmediatamente después, se expanden y, finalmente, colapsan (figura 13), emitiendo microjets de fluido con velocidades comparables a las de una bala.

 

 

 

 

     A pesar de que el alcance de los microjets es muy pequeño, éstos poseen suficiente energía para erosionar cálculos urinarios (figura 14), desencadenar reacciones bioquímicas e inducir microfisuras en estructuras óseas.

FIGURA 11. Terapia a un paciente con inflamación de un tendón en la rodilla, usando un generador de ondas de choque Piezolith 100 plus (Richard Wolf GmbH).

En el Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA), de la UNAM (figura 15), se han desarrollado sistemas más eficientes para litotricia extracorpórea y descubierto aplicaciones novedosas de ondas de choque.^II De manera conjunta con investigadores del Cinvestav, fue posible introducir material genético en hongos microscópicos usando ondas de choque;^II la importancia de este logro radica en su capacidad para producir antibióticos, insulina, vacunas y ácido cítrico; no obstante, la dificultad a vencer es que dichos hongos sólo producirían los compuestos requeridos a escala industrial si fueran modificados genéticamente.

FIGURA 12. Dibujo de un paciente recibiendo ondas de choque con un equipo Modulith SLC (Storz Medical AG) para el tratamiento de angina de pecho. 

     Es fascinante imaginar que, al paso de estas ondas por una suspensión conteniendo millones de hongos, se puede producir microjets que actúan como “jeringas” microscópicas y, una vez incor-
porado el material genético, el hongo segrega las sustancias deseadas en gran cantidad. El grupo de investigación mencionado ha transformado hongos causantes de plagas en plantíos² de hongos productores de ácido cítrico, de sustancias que degradan polímeros, así como de hongos que transforman biomasa en combustible. El hecho de que el material genético insertado pueda provenir de bacterias, plantas o, incluso, mamíferos, parece pertenecer a la ciencia ficción.
     Otro ejemplo es la incorporación de material genético al interior de células humanas (transfección). De manera análoga a lo que sucede con los microorganismos mencionados, las ondas de choque son capaces de abrir poros en membranas celulares (figura 16). Para demostrar que la inserción de determinado material genético al interior de las células fue exitosa, se utilizó proteínas fluorescentes que son fácilmente distinguibles en el microscopio.^III En la figura 17 se puede apreciar células de riñón de embrión humano transfectadas con ondas de choque. Por otro lado, para facilitar la inserción de material genético al interior de células humanas, investigadores del CFATA desarrollaron nanopartículas de sílice (figura 18) impregnadas con ADN y recubiertas con una estructura de biomoléculas.
     Las partículas fueron incorporadas al interior de células de riñón de embrión humano y de células de tumor de mama en vitro, usando ondas de choque, demostrando que el uso de nanopartículas híbridas y ondas de choque puede ser un método viable para la internalización de fármacos.^IV 
     En el CFATA también se estudia el efecto bactericida de las ondas de choque para su posible uso en el tratamiento de infecciones persistentes. Debido a que las ondas de choque pueden concentrarse en regiones pequeñas dentro del cuerpo y poseen un efecto de permeabilización en células y tejidos, se espera que fomenten la penetración de los antibióticos. Para ello, diversos estudios de inactivación de bacterias mediante ondas de choque han sido realizados (figura 19).

FIGURA 13. Imagen que muestra la concentración de una onda de choque en agua y varias ondas de choque secundarias (círculos blancos), formadas por el colapso violento de diminutas burbujas de aire (fotografía: O. Wess y J. Mayer, Storz Medical AG).

FIGURA 14. Fotografía de un modelo de cálculo renal de 30 x 30 x 10 mm, con un cráter producido por la acción de microjets generados por el paso de decenas de ondas de choque en agua. Las flechas muestran la dirección de entrada de las ondas de choque

FIGURA 15. Vista de una parte del Laboratorio de Ondas de Choque del CFATA, ubicado en el campus de la UNAM en Querétaro.

En algún momento será rutinario el uso de las ondas de choque para mitigar dolores, regenerar hueso, tratar celulitis y disfunción eréctil. La manipulación genética con ondas de choque, incluso, podría hacer frente a padecimientos como el cáncer. El descubrimiento de la transformación genética de hongos con microjets ya pertenece a la historia de las ondas de choque; una historia que inició al tratar de mitigar los efectos causados por gotas de agua que colisionan con naves supersónicas.

 

 

 

FIGURA 18. Imágenes de microscopio electrónico de transmisión, mostrando: (a) nanopartículas de sílice sin recubrir y (b) nanopartículas de sílice con recubrimiento de ADN y liposomas (fotografía:
L. Palma y G. Carrasco).

 

 

 

 

El autor agradece a la Doctora Luz Ma. López M. y al Maestro en Ciencias Francisco Fernández E. por su revisión al manuscrito y sus valiosos comentarios.