Il meccanismo d’azione delle onde d’urto, inizialmente spiegato come l’effetto di una cruentazione dall’esterno dei tessuti, va invece interpretato come uno stimolo a cascata che coinvolge meccanismi complessi di riparazione tissutale
Il peccato originale che comporta ancora molte false credenze a riguardo della terapia con onde d’urto viene dalle prime, antiche, osservazioni sugli effetti di questo particolare tipo di stimolazione biologica.
Le prime notazioni sono legate ai danni interni nei corpi dei marinai morti a causa delle bombe di profondità. Solo negli anni Sessanta si chiarirono gli effetti destruenti a livello di reni, fegato e polmoni, pur in presenza di scarsi danni sui muscoli e sul tessuto adiposo. Questo differente comportamento venne messo in relazione con le particolari caratteristiche di impedenza fisica, simile a quelle dell’acqua, del connettivo rispetto agli altri organi. Questi studi portarono all’ipotesi, poi tradotta nella pratica clinica, che i calcoli renali potevano essere disintegrati dalle onde d’urto senza danno per i tessuti molli attraversati. Tutti ricordano che per lungo tempo la litotrissia divenne la proposta terapeutica di elezione per il trattamento della litiasi renale. Quindi le onde d’urto “rompevano” i calcoli.
Una particolare osservazione però mise in luce un effetto inatteso delle onde d’urto, cioè quello di stimolo della cresta iliaca colpita di striscio nel trattamento dei calcoli renali; così nel 1988 Valchanov e Michailov iniziarono a stimolare con le onde d’urto l’osso in condizioni di pseudoartrosi, con risultati interessanti. Nel mondo ortopedico prese piede l’interpretazione che le onde d’urto agissero dall’esterno con uno stimolo di microframmentazione dell’osso in difficoltà di riparazione, come una sorta di cruentazione dall’esterno, senza necessità di approccio chirurgico. Le onde d’urto continuavano a “rompere”.
Dalla metà degli anni Novanta iniziano a comparire sempre più frequenti pubblicazioni di tipo clinico sui risultati dell’applicazione delle onde d’urto sull’osso. Da qui all’applicazione di questa particolare tecnica di cruentazione “a-chirurgica” sui tendini affetti da patologie croniche non ci volle molto, anche in virtù dei buoni risultati clinici. In tale ambito però l’idea che le onde d’urto continuassero a “rompere” cominciò a vacillare, nonostante l’idea di un effetto meccanico dell’applicazione delle onde acustiche avesse una consuetudine e una grande semplicità di interpretazione.
Cambio di paradigma
Nel 2003 Lucia Martini e colleghi pubblicano il lavoro “Effect of extracorporeal shock wave therapy on osteoblastlike cells” (Clin Orthop Relat Res. 2003 Aug;(413):269-80), in cui analizzano l’effetto della stimolazione con onde d’urto su colture cellulari, concludendo che il livello di energia condiziona la sopravvivenza delle cellule e che a livelli di energia di 14 kV (0,15 mJ/mm2) le onde d’urto danno origine a una citostimolazione; a livelli intermedi di energia, 21 kV (0,28 mJ/mm2), si osservano effetti di aumento del metabolismo cellulare, ma si verificano iniziali danni cellulari; i livelli maggiori di energia, 28 kV (0,40 mJ/mm2), hanno un effetto citodistruttivo.
Nello stesso anno Wang con il suo gruppo di ricerca pubblica un articolo di grande rilievo, “Shock wave therapy induces neovascularization at the tendon-bone junction. A study in rabbits” (J Orthop Res. 2003 Nov;21(6):984-9), nel quale si evidenzia come lo stimolo con onde d’urto (a un’intensità di 0,14 mJ/mm2) determina un incremento di fattori angiogenetici (eNOS e VEGF) e una proliferazione tissutale, nonchè lo sviluppo di una neovascolarizzazione. Questo primo studio mette l’accento sugli aspetti rigenerativi dei tessuti, ridimensionando decisamente l’idea distruttiva delle onde d’urto. Queste smettono di “rompere”, mentre si enfatizza il loro effetto biologico di riparazione tissutale.
Dal 2003 quindi si passa dal “modello meccanico” di frantumazione a un “modello riparativo/rigenerativo” sui tessuti viventi. Parallelamente si assiste a una progressiva riduzione dei livelli di energia utilizzati nella terapia, in virtù dell’obiettivo di stimolazione piuttosto che di distruzione.
Come agiscono le onde d’urto
Per oltre vent’anni, solo la forza meccanica delle onde d’urto aveva costituito l’interesse principale sul piano clinico/applicativo: l’obiettivo era stabilire la massima efficacia nel disintegrare i calcoli minimizzando gli effetti collaterali, e analogamente il medesimo concetto si era trasferito in ambito muscolo-scheletrico. Purtroppo tale errata trasposizione persiste come “peccato originale” nell’immaginario collettivo e nelle credenze mediche.
La risposta alle onde d’urto, da parte delle cellule e dei tessuti, è legata alla trasformazione dello stimolo meccanico in una serie di effetti biologici a livello intra ed extra cellulare, modulabili in relazione all’intensità dello stimolo. La meccano-trasduzione è il meccanismo con cui un segnale meccanico agisce sulle strutture subcellulari e viene tradotto in un segnale di attivazione per le cellule: il segnale meccanico viene trasformato in segnale elettrico o elettromagnetico che, a sua volta, genera un segnale biochimico.
Le cellule avvertono le forze meccaniche e le trasformano in svariate serie di segnali biochimici che regolano processi biologici che, a loro volta, inducono adesione, proliferazione, differenziazione, apoptosi. Possiamo affermare che, a livello cellulare, crescita, differenziazione, secrezione, movimento, espressione genica e “signal transduction” sono tutti eventi influenzati dall’applicazione di forze meccaniche attraverso la meccanotrasduzione del segnale.
Questi concetti vengono arricchiti ulteriormente nel 2011 da un altro lavoro del gruppo di Taiwan coordinato da Wang, “VEGF modulates angiogenesis and osteogenesis in shockwave-promoted fracture healing in rabbits” (J Surg Res. 2011 Nov;171(1):114-9) e quindi dal lavoro di Gerdesmeyer del 2015 “Osteogenetic effect of extracorporeal shock waves in human” (Int J Surg 2015 Dec;24:115-119), nei quali si evidenzia come il tessuto osseo converta il segnale meccanico delle onde d’urto in segnali biologici attraverso il release di molecole a effetto anabolico; quindi il tessuto osseo converte lo stimolo fisico in fattori differenzianti per la successiva condrogenesi e osteogenesi riparativa.
Parallelamente altri studi evidenziano l’effetto sui tessuti tendinei, attraverso il rilascio di citochine antiinfiammatorie e dei fattori di crescita quali il TGF-ß e il VEGF con influenza sulla vitalità, la proliferazione e l’espressione genica di marcatori specifici delle cellule tendinee e la differenziazione in vitro di cellule staminali/progenitrici del tendine.
Un ulteriore elemento di grande interesse viene dal lavoro di Sukubo “Effect of shock waves on macrophages: a possible role in tissue regeneration and remodeling” (Int J Surg 2015 Dec;24:124-130) relativo all’interferenza delle onde d’urto sui macrofagi. Nell’articolo si evidenzia come la stimolazione meccanica a medio-bassa intensità abbia un effetto inibitorio sui macrofagi di tipo M1 (responsabili della risposta immunitaria iniziale e attivatori delle citochine pro-infiammatorie) e un effetto di stimolo sui macrofagi M2 (antinfiammatori e pro-resolving), anche attraverso l’intervento delle interleuchine. Si può concludere quindi che la stimolazione meccanica si traduce in una modulazione “cross-road” tra M1 e M2, con un’evoluzione dalla prima fase della risposta del tessuto, tipica delle sofferenze infiammatorie croniche, a una seconda fase di risposta riparativa e rigenerativa.
Questi aspetti quindi rendono conto di una proposta terapeutica modulata, che in ambito muscolo-scheletrico non può essere più interpretata come la risposta a una “rottura” o cruentazione dall’esterno dei tessuti, ma piuttosto come lo stimolo a cascata che coinvolge meccanismi complessi di riparazione tissutale. Non si “rompono” la spina calcaneare o le calcificazioni della spalla, ma si cura la tendinopatia infiammatoria della fascia plantare o della cuffia.
Rimane ancora un lungo percorso di studio per definire più precisamente i parametri da utilizzare e la risposta, oltre che sulle infiammazioni croniche, anche sulle condizioni infiammatorie acute e su altri quadri di sofferenza muscolare e connettivale.
Autori:
Paolo Buselli, Specialista in Medicina dello Sport e in Medicina Fisica e Riabilitativa. Già direttore UOC Riabilitazione Specialistica dell’ASST Cremona
Sergio Gigliotti, Specialista in Ortopedia e Traumatologia e in Medicina Fisica e Riabilitativa presso l’Azienda Sanitaria Locale NA1 Centro
Maria Cristina d’Agostino, Specialista in Ortopedia e Traumatologia. Adjunct Professor, Humanitas University. Caposezione Onde d’urto e Terapie Biofisiche presso il Dipartimento di Riabilitazione dell’IRCCS Humanitas Hospital, Rozzano (Milano)
Sara Messina, Specialista in Medicina Fisica e Riabilitativa e in Farmacologia Clinica. Direttore Sanitario Spazio Maugeri Lodi
