تقنية الموجات الصادمة

ما هو العلاج بالموجات الصادمة (ESWT)؟

خلال الحرب العالمية الثانية، تم اكتشاف أن الناجين من حطام السفن غالبًا ما يعانون من إصابات داخلية في الرئة ناجمة عن الانفجارات تحت الماء للقنابل العميقة؛ ومع ذلك، لم تظهر هذه الإصابات أي علامات خارجية للصدمة. كان هذا أول دليل على أن الموجات الصادمة الناتجة عن الانفجارات يمكن أن تسبب أضرارًا جسيمة في الأنسجة البشرية.

في الخمسينيات من القرن الماضي، بدأ الباحثون في دراسة الإمكانات الطبية للموجات الصادمة بشكل منهجي. كشفت التجارب الأولية أن الموجات الصادمة الكهروهيدروليكية كانت قوية بما يكفي لكسر الألواح الخزفية المغمورة في الماء. في الولايات المتحدة، مُنحت أول براءة اختراع لمولد موجات صادمة كهروهيدروليكية لفرانك ريبر من نيويورك (براءة الاختراع رقم: 2,559,277). وبحلول نهاية العقد، تم أيضًا توثيق المبادئ الفيزيائية الأساسية للموجات الصادمة الناتجة كهرومغناطيسيًا. ^{5, 16}

تم تطوير العلاج بالموجات الصادمة (ESWT) لأول مرة في الثمانينيات من القرن الماضي لتفتيت حصوات الكلى، وسرعان ما أصبح ابتكارًا هامًا في عالم الطب. ^2,4,6 تصل الموجات الصوتية المركزة المنتجة خارج الجسم إلى المنطقة المستهدفة دون إلحاق الضرر بالأنسجة المحيطة، مما يوفر تأثيرًا علاجيًا. هذه الميزة حولت الطريقة إلى تقنية حديثة يمكن تطبيقها دون الحاجة إلى جراحة.

مع مرور الوقت، أظهرت الأبحاث أن الموجات الصادمة لا تقتصر على تفتيت الحصوات فحسب، بل تسرع أيضًا من عمليات الشفاء في العظام، والأوتار، والأنسجة الرخوة. ^16,20
تأثير ESWT، يبدأ بنقل الطاقة الميكانيكية للموجات إلى الأنسجة، مما يؤدي إلى سلسلة من الاستجابات البيولوجية على المستوى الخلوي. إنها تحفز تكوين أوعية دموية جديدة (Angiogenesis)، وتدعم تجديد الخلايا، وبالتالي تسرع من إصلاح الأنسجة. ^11,12,18
كما أنها تخفف الألم عن طريق تقليل بعض المواد الناقلة للألم في النهايات العصبية (مثل المادة P، CGRP). ⁵

في الوقت الحاضر، يتم تطبيق ESWT بطريقتين:

  • الموجات الصادمة المركزة (fESWT): تصل إلى الأنسجة العميقة وتخلق تأثيرات بيولوجية قوية. تستخدم بشكل خاص في الكسور غير الملتئمة، وأمراض الأوتار المزمنة، ومرض بيروني، والضعف الجنسي. ^10,13

  • الموجات الصادمة الشعاعية (rESWT): تؤثر على مناطق أكثر سطحية وواسعة. يُفضل استخدامها في الإصابات الرياضية، وتشنجات العضلات، وأمراض الأوتار السطحية. ¹⁹

تظهر الأبحاث أن الموجات الصادمة المركزة توفر شفاءً بيولوجيًا أكثر ديمومة على المدى الطويل، بينما توفر الموجات الصادمة الشعاعية راحة أسرع من الأعراض. ¹³

مولدات الموجات الصادمة المركزة لديها القدرة على إنشاء موجات صادمة حقيقية في نقطة التركيز، في حين أن الأجهزة الشعاعية تنتج فقط موجات ضغط (صوتية). ⁴ يمكن أن تصل هذه الموجات إلى مستويات ضغط تصل إلى 30 MPa، ولكن أوقات صعودها بطيئة جدًا؛ حوالي 3 ميكروثانية. ⁴

اليوم، يستخدم ESWT كطريقة علاج آمنة وفعالة في العديد من المجالات بدءًا من جراحة العظام إلى المسالك البولية، ومن الطب الرياضي إلى اضطرابات الدورة الدموية. كما أن لديها إمكانات قوية في مجال أمراض الأوعية الدموية والطب التجديدي. ^1,7

ما هي الموجات الصادمة المركزة؟

الموجات الصادمة المركزة هي موجات صوتية قصيرة الأمد وعالية الضغط. يتم إنتاجها خارج الجسم (extracorporeal) وتتركز في الأنسجة. تحتوي على ذروة ضغط إيجابية عالية (P⁺) تتبعها مرحلة ضغط سلبية (P⁻). بفضل هذا الهيكل الخاص، فإنها تخترق الأنسجة العميقة، وتدعم تجديد الأنسجة، وتخلق تأثيرات طبية مثل تفتيت الحصوات.

من الناحية الفيزيائية، تُعرّف الموجة الصادمة بأنها قفزة ضغط مفاجئة وفورية تقريبًا وتنتشر بسرعة أكبر من سرعة الصوت في الوسط الذي تتواجد فيه. 16 يُظهر الشكل 1 ملف تعريف ضغط تمثيلي لموجة صادمة علاجية مركزة. تتكون الموجة الصادمة بشكل أساسي من نبضة واحدة تغطي طيفًا واسعًا جدًا من الترددات (حوالي 150 كيلو هرتز إلى 100 ميجا هرتز). تصل هذه الموجة إلى ذروات ضغط عالية جدًا (تصل إلى 150 MPa) تتبعها مرحلة شد يمكن أن تنخفض إلى -25 MPa.

ميزة أخرى تميز الموجات الصادمة هي أن مدة نبضاتها قصيرة جدًا، ولديها وقت صعود سريع للغاية يستمر بضع مئات من النانوثانية فقط. ³

الموجات الصادمة مقابل الموجات فوق الصوتية

الموجات فوق الصوتية والموجات الصادمة كلاهما موجات صوتية ولكن لديهما بعض الاختلافات الأساسية. تتكون الموجات فوق الصوتية من تذبذبات دورية ذات نطاق ضيق وتستخدم بشكل أساسي لأغراض التصوير والتشخيص. في المقابل، تتكون الموجات الصادمة من ذروة ضغط واحدة عالية ومرحلة سلبية قصيرة. إنها واسعة النطاق، وعالية الضغط، وتطبق لأغراض علاجية.

تختلفان أيضًا من حيث الانتشار: تنتشر الموجات فوق الصوتية بشكل خطي، بينما تنتشر الموجات الصادمة بشكل غير خطي، وتؤدي هذه العملية إلى انحدار الموجة (steepening). ^4,6

انتشار الموجات الصادمة المركزة

الموجات الصادمة المركزة هي موجات صوتية مثل الموجات الصوتية وتحتاج إلى وسط للانتشار. هذا الوسط هو عادة مادة موصلة مثل الماء أو الهلام. نظرًا لأن معظم الأنسجة البشرية تتكون من الماء، فإن الموجات الصادمة تنتقل عبر الأنسجة مع القليل من الفقدان.

يتم تفسير خصائص النقل هذه بمفهوم فيزيائي يسمى المقاومة الصوتية (Z):

Z = ρc (ρ = الكثافة، c = سرعة الصوت)

تختلف كثافة وسرعة نقل الصوت للأنسجة المختلفة. لذلك، عندما تنتقل الموجات الصادمة من نسيج إلى آخر، يمكن أن تغير اتجاهها، أو تنعكس، أو تفقد جزءًا من طاقتها. يمكن اعتبار هذا مشابهًا لانكسار الضوء في وسائط مختلفة مثل الزجاج أو الماء.

هذا التأثير مهم من الناحية العلاجية: لأنه يجب تقليل الخسائر التي تحدث في الأسطح البينية لكي يتم نقل الطاقة بشكل صحيح إلى الأنسجة المستهدفة. لهذا الغرض، تم تطوير أنظمة اقتران خاصة في أجهزة الموجات الصادمة. بينما كان المريض في الأجهزة الأولى يجلس مباشرة في حوض مليء بالماء، تستخدم الأنظمة الحديثة الآن هلامًا أو طبقة رقيقة من الماء لإزالة الفجوة الهوائية بين الجهاز والجلد. وبالتالي، يتم تقليل فقدان الطاقة ويتم نقل أقصى تأثير إلى نقطة التركيز.

الأهمية السريرية: إذا كان الفرق في المقاومة الصوتية بين نسيجين كبيرًا (على سبيل المثال، بين الأنسجة الرخوة والعظام)، يمكن أن ينعكس جزء كبير من الموجات الصادمة. لذلك، يجب تقييم كيفية انتشار الموجات داخل الجسم بعناية عند التخطيط للعلاج.

العوامل المؤثرة على فعالية الموجات الصادمة المركزة

في نقل الموجات الصادمة إلى الجسم، يعد عدم وجود فجوة هوائية بين الجهاز والجلد أمرًا بالغ الأهمية. لأن فقاعات الهواء أو المناطق التي تحتوي على غاز تمتص أو تعكس جزءًا كبيرًا من الطاقة، مما يقلل من فعالية العلاج. لذلك، تستخدم الأجهزة الحديثة الاقتران بالهلام أو طبقة مائية رقيقة ويتم التخلص من الفجوات الهوائية المحتملة.

ملاحظة: تقلل فقاعات الهواء المحاصرة بين المصدر والنسيج بشكل كبير من تأثير الموجة الصادمة.

لا يقتصر دور الجلد والأنسجة الرخوة فقط في نقل الموجات الصادمة، بل تلعب الهياكل الأخرى في الجسم أيضًا دورًا. يمكن للأعضاء المملوءة بالغاز (مثل الرئة) أو الأنسجة العظمية الكثيفة، أن تمنع مرور الموجات. لذلك، يعتبر وجود هذه المناطق في منطقة التركيز أثناء العلاج من موانع الاستعمال.¹⁶

الأهمية السريرية: يمكن أن تتغير معلمات القياس حسب نوع مولد الموجات الصادمة المستخدم. تختلف ملفات تعريف الضغط التي تم الحصول عليها من الأنظمة الكهروهيدروليكية، والكهرضغطية، والكهرومغناطيسية.

التأثيرات البيولوجية للموجات الصادمة – التأثير الموجه نحو الهدف

توفر الموجات الصادمة المركزة نقل طاقة مكثف في منطقة محدودة، مما يسمح بتوجيه العلاج إلى الأنسجة المستهدفة. بهذه الطريقة، يتم حماية الأنسجة المحيطة، بينما يتم إنشاء التأثير العلاجي فقط على المنطقة المتأثرة.

أظهرت الدراسات السريرية أن الموجات الصادمة في معظم الحالات تزيد من الدورة الدموية، وتسرع النشاط الأيضي، وبالتالي تبدأ عملية الشفاء. ^11,12

وبالتالي يمكن استخدام نفس التقنية في مجالي الطب التجديدي والتطبيقات المدمرة. ⁴

الأهمية السريرية: بينما تعتبر منطقة التركيز -6 dB معلمة تقنية للجهاز، فإن منطقة العلاج 5 MPa تعكس الفعالية السريرية بشكل أفضل. لأن الاستجابة البيولوجية ترتبط مباشرة بقيم الضغط المطلقة.

الطاقة (E)

تعتبر طاقة الموجة الصادمة أحد أهم المعلمات في التطبيقات الطبية. لكي تظهر الموجة الصادمة تأثيرًا علاجيًا في الأنسجة، يجب تجاوز عتبات طاقة معينة 3,6.

يتم حساب الطاقة من خلال التكامل على منحنى الضغط-الزمن. رياضيا، يتم التعبير عنها على النحو التالي:

حيث:
    • A = منطقة تأثير الموجة
    • Z = المقاومة الصوتية
    • p(t) = دالة الضغط

يمكن حساب الطاقة الإجمالية (E_total) بأخذ مرحلة الضغط الإيجابية فقط (E₊) في الاعتبار، أو بما في ذلك المرحلة السلبية (الشد) أيضًا. تُعطى طاقة نبضة الموجة الصادمة عادة بوحدة mJ (ملي جول). في التطبيقات السريرية، يتم تطبيق مئات أو آلاف النبضات، لذلك يتم الحصول على الطاقة الإجمالية بضربها في عدد النبضات ⁵.

كثافة تدفق الطاقة (ED)

لا تعتمد الفعالية في العلاج على الطاقة الإجمالية فقط، بل أيضًا على المساحة التي تنتشر فيها الطاقة. لذلك، تعتبر “Energy Flux Density (ED)”، أي كثافة تدفق الطاقة، من أهم المعلمات التي تحدد الفعالية السريرية. ¹⁶

رياضيا، يتم تعريف ED على النحو التالي:

يتم التعبير عن قيمة ED عادة بوحدة mJ/mm². هذا المعلمة تظهر كثافة طاقة الموجة الصادمة وتستخدم لتصنيف التطبيق على أنه “منخفض الكثافة” أو “عالي الكثافة”. تُفضل قيم ED المنخفضة للعلاجات التجديدية (مثل جراحة العظام، أمراض الذكورة)، بينما تُستخدم قيم ED العالية في تطبيقات مثل تفتيت الحصوات. ¹⁶.

التركيز السريري: ED هي المعلمة الأساسية التي تجعل المقارنة ممكنة بين الأجهزة المختلفة. لا يكفي النظر فقط إلى الطاقة الإجمالية؛ فكيفية نقل كثافة الطاقة إلى الأنسجة تحدد النتيجة السريرية.

يعتبر زخم الموجة الصادمة أمرًا بالغ الأهمية في كل من تطبيقات تفتيت الحصوات عالية الطاقة (ESWL) وعلاجات التحفيز البيولوجي منخفضة الطاقة (ESWT). في ESWL، يخلق الزخم القوي قوة تفتيت على الأنسجة الصلبة، بينما في ESWT، يحفز الزخم الأقل كثافة عمليات التحفيز البيولوجي والتجديد في الأنسجة الرخوة. ⁴.

بينما تنتقل الموجة الصادمة في الأنسجة المتجانسة، يتم الحفاظ على نقل الزخم إلى حد كبير. ومع ذلك، عندما تتغير كثافة (ρ) أو سرعة الصوت (c) للأنسجة فجأة — أي عندما تحدث اختلافات في المقاومة الصوتية Z=ρcZ = ρcZ=ρc — ينتقل جزء من الزخم، بينما ينعكس جزء آخر. يتم التعبير عن هذه النسبة باستخدام معامل الانعكاس: ⁶.

عند الأسطح البينية الصلبة (مثل الحصوات، العظام)، ينعكس جزء كبير من الموجة، بينما في الأنسجة الرخوة (مثل العضلات، الأوتار)، يتم نقل معظم الزخم. يحدد هذا الوضع مباشرة الفعالية السريرية للموجات الصادمة.

عنصر آخر مرتبط بالزخم هو تكوين القوة. وفقًا لقانون نيوتن، يجب أن يحدث أي تغيير في الزخم بقوة:

لذلك، عندما تصل الموجة الصادمة إلى سطح بيني، يخلق التغير في الزخم قوى قابلة للقياس. يمكن لهذه القوى تفتيت الهياكل المعرضة للكسر (مثل الحصوات) أو تحفيز الأنسجة المرنة (مثل العضلات، الأنسجة الضامة) لتحفيز الاستجابات البيولوجية⁵.

البارامترات الفيزيائية

• مستوى الضغط: تتراوح ذروة الضغط للموجات الضغطية الشعاعية بين 0.1–1 MPa. هذه القيمة أقل بكثير من الموجات الصادمة المركزة (10–100 MPa). ¹⁷

• مدة النبضة: مدة نبضة الموجات الضغطية الشعاعية حوالي 0.2–5 مللي ثانية. هذه المدة أطول بحوالي 1000 مرة من الموجات الصادمة المركزة. ²⁰

• انتشار الطاقة: تتركز الطاقة في المناطق السطحية من نقطة التماس؛ تأثيرها على الأنسجة العميقة محدود. ⁸

التحليل البيولوجي والسريري

بسبب هذه الخصائص الفيزيائية، تُفضل الموجات الضغطية الشعاعية لعلاجات الأنسجة السطحية مقارنة بالموجات الصادمة المركزة.

• الاستطبابات: اضطرابات الجهاز العضلي الهيكلي (التهاب الأوتار، تشنج العضلات، متلازمة الألم الليفي العضلي، إلخ.)

• المزايا: هيكل جهاز أبسط، تكلفة أقل، مجال تطبيق سريري واسع. ^{19 17}

تعليق سريري
• الموجات الصادمة المركزة، تُستخدم لعلاج الأنسجة العميقة ونقاط الزناد المزمنة.
• أما الموجات الضغطية الشعاعية، فهي أكثر فعالية في علاج اضطرابات الأنسجة الرخوة السطحية.
• عندما تُستخدم كلتا التقنيتين معًا، يمكن زيادة فعالية العلاج باستهداف الأنسجة السطحية والعميقة.

المراجع

1. Bailey, M. R., et al. An overview of shock wave lithotripsy physics. BJU International, 95(S2), 33–38 (2005).
2. Chaussy, C., & Fuchs, G. Current state and future developments of non-invasive treatment of human urinary stones with extracorporeal shock wave lithotripsy. Journal of Urology, 141(3), 782–789 (1989).
3. Cleveland, R. O., & McAteer, J. A. The physics of shock wave lithotripsy. In: Smith’s Textbook of Endourology (3rd ed.), Wiley-Blackwell, 2012.
4. Coleman, A. J., & Saunders, J. E. A review of the physical properties and biological effects of the high amplitude acoustic fields used in extracorporeal lithotripsy. Ultrasound in Medicine & Biology, 15(3), 213–227 (1989).
5. Delius, M. Medical applications and bioeffects of extracorporeal shock waves. Shock Waves, 4(2), 55–72 (1994).
6. Eisenmenger, F. Physics of shock wave lithotripsy. Clinical Orthopaedics and Related Research, 387, 2–7 (2001).
7. Eisenmenger, W. The mechanism of stone fragmentation in ESWL. Ultrasound in Medicine & Biology, 27(5), 683–693 (2001).
8. Gerdesmeyer, L., et al. Radial extracorporeal shock wave therapy is safe and effective in the treatment of chronic plantar fasciitis. American Journal of Sports Medicine, 36(11), 2100–2109 (2008).
9. Grätz, K. W., et al. Extracorporeal shock waves in medicine – Basic principles and clinical applications. Swiss Medical Weekly, 132 (2002): 433–438.
10. Haupt, G. Use of extracorporeal shock waves in orthopedic diseases. The Journal of Urology, 158(1), 4–11 (1997).
11. Huang, T. H., et al. Shock wave therapy enhances angiogenesis via VEGFR2-Akt-eNOS signaling. Molecular Medicine, (2016).
12. Kou, D., et al. ESWT enhances stem cell proliferation and differentiation. Stem Cell Research, (2024).
13. Li, C., et al. Focused shockwaves show longer-term superiority over radial in certain tendinopathies. PMC, (2021).
14. Lohrer, H., & Nauck, T. Radial shock wave therapy for Achilles tendinopathy: a prospective, randomized, placebo-controlled trial. American Journal of Sports Medicine, 35(3), 374–383 (2007).
15. Lv, F., et al. ESWT promotes angiogenesis by regulating endothelial nitric oxide synthase. PMC, (2023).
16. Ogden, J. A., et al. Principles of shock wave therapy. Clinical Orthopaedics and Related Research, 387, 8–17 (2001).
17. Schmitz, C., et al. Efficacy and safety of extracorporeal shock wave therapy for orthopedic conditions: a systematic review on studies listed in the PEDro database. British Medical Bulletin, 116(1), 115–138 (2015).
18. Simplicio, C. L., et al. ESWT augments angiogenic and osteogenic effects in specific cells. PMC, (2020).
19. Venn Healthcare. Radial vs Focus shockwave therapy: energy depth, precision, patient comfort. (2023).
20. Wang, C. J. An overview of shock wave therapy in musculoskeletal disorders. Chang Gung Medical Journal, 26(4), 220–232 (2003).
21. Wikipedia. Extracorporeal shock wave therapy – history and applications. (2025).