PARTE UM. Bases das Modalidades Terapêuticas

PARTE UM Bases das Modalidades Terapêuticas

1 A Ciência Básica das Modalidades Terapêuticas William E. Prentice e Bob Blae OBJETIVOS Após a conclusão deste capítulo, o estudante será capaz de: listar e descrever as diferentes formas de energia utilizadas com modalidades terapêuticas; classificar as várias modalidades de acordo com o tipo de energia utilizada por cada uma; analisar a relação entre comprimento de onda e frequência para energia eletromagnética; discutir o espectro eletromagnético e como várias modalidades que usam energia eletromagnética são relacionadas; explicar como as leis que governam os efeitos da energia eletromagnética se aplicam a diatermia, amplificação da luz por emissão estimulada de variação (laser, do inglês light amplification by simulated emission of radiation) e luz ultravioleta; discutir como as modalidades de energia térmica termoterapia e crioterapia transferem calor através de condução; explicar as várias maneiras em que a energia elétrica pode ser usada para produzir um efeito terapêutico; comparar e contrastar as propriedades de energia eletromagnética e sonora; explicar como a compressão intermitente, a tração e a massagem utilizam energia mecânica para produzir um efeito terapêutico. Para o fisioterapeuta que escolhe incorporar uma modalidade terapêutica em sua prática clínica, conhecimento e entendimento da ciência básica por trás do uso desses agentes são úteis. 1 As interações entre energia e matéria são fascinantes e são a base física para as várias modalidades terapêuticas que são descritas neste livro. Este capítulo irá descrever as diferentes formas de energia, as maneiras pelas quais a energia pode ser transferida e como a transferência de energia afeta os tecidos biológicos. Uma forte base de conhecimento teórico pode ajudar os fisioterapeutas a entenderem como cada modalidade terapêutica funciona. FORMAS DE ENERGIA Energia é definida como a capacidade de um sistema trabalhar e existe em várias formas. A energia não é comumente criada ou destruída, mas é, muitas vezes, transformada de uma forma para outra, ou transferida de um local para outro. 2

4 Parte I Bases das Modalidades Terapêuticas Há considerável confusão até mesmo entre os fisioterapeutas mais experientes a respeito das diferentes formas de energia envolvidas com as várias modalidades terapêuticas. As formas de energia que são relevantes para o uso de modalidades terapêuticas são energia eletromagnética, energia térmica, energia elétrica, energia sonora e energia mecânica. 2 Diatermia por ondas curtas e por micro-ondas, lâmpadas infravermelhas, terapia com luz ultravioleta e lasers de baixa potência utilizam energia eletromagnética. A termoterapia e a crioterapia transferem energia térmica. As correntes de estimulação elétrica, iontoforese e biofeedbac, utilizam energia elétrica. O ultrassom e a terapia por ondas de choque extracorpóreas utilizam energia sonora. A compressão intermitente, a tração e a massagem utilizam energia mecânica (Tabela 1.1). Cada um desses agentes terapêuticos transfere energia de uma forma ou outra para dentro ou para fora dos tecidos biológicos. As diferentes formas de energia podem produzir efeitos similares em tecidos biológicos. Por exemplo, o aquecimento do tecido é um efeito comum de vários tratamentos que utilizam diferentes tipos de energia. As correntes elétricas que passam através dos tecidos gerarão calor como um resultado da resistência do tecido à passagem de eletricidade. Energia eletromagnética como ondas de luz irá aquecer quaisquer tecidos que a absorverem. Tratamentos com ultrassom também irão aquecer os tecidos através dos quais as ondas sonoras viajam. Embora os tratamentos com energia elétrica, eletromagnética e sonora aqueçam os tecidos, o mecanismo físico de ação para cada um é diferente. 3 O mecanismo de ação de cada modalidade terapêutica depende de qual forma de energia é utilizada durante sua aplicação. As diferentes formas de energia são geradas e transferidas por Tabela 1.1 Classificação de modalidades terapêuticas sob as várias formas de energia MODALIDADES DE ENERGIA ELETROMAGNÉTICA Diatermia por ondas curtas Diatermia por micro-ondas Lâmpadas infravermelhas Terapia ultravioleta Laser de baixa potência MODALIDADES DE ENERGIA TÉRMICA Termoterapia Crioterapia MODALIDADES DE ENERGIA ELÉTRICA Correntes de estimulação elétrica Biofeedbac Iontoforese MODALIDADES DE ENERGIA SONORA Ultrassom Terapia por ondas de choque extracorpóreas MODALIDADES DE ENERGIA MECÂNICA Compressão intermitente Tração Massagem

Capítulo 1 A Ciência Básica das Modalidades Terapêuticas 5 mecanismos diferentes. A energia eletromagnética é gerada por uma fonte de alta energia e é transmitida pelo movimento de fótons. A energia térmica pode ser transferida por condução, que envolve o fluxo de energia térmica entre os objetos que estão em contato uns com os outros. A energia elétrica é armazenada em campos elétricos e administrada pelo movimento de partículas carregadas. As vibrações acústicas produzem ondas sonoras que podem passar através de um meio. Cada forma de energia e o mecanismo de sua transferência serão discutidos em mais detalhes para fornecer a base científica para que se compreenda as modalidades terapêuticas. 4 Tomada de decisão clínica Exercício 1.1 Várias modalidades podem ser utilizadas para se tratar a dor. Das modalidades discutidas, quais podem ser utilizadas para se modular a dor e quais o fisioterapeuta deve recomendar como as melhores a serem utilizadas imediatamente após a lesão? ENERGIA ELETROMAGNÉTICA Radiação é um processo pelo qual a energia eletromagnética viaja desde sua fonte para fora, através do espaço. 5 A luz solar é um tipo visível de energia radiante, e sabe-se que ela não apenas torna os objetos visíveis, mas também produz calor. O sol emite um espectro de energia radiante sem massa visível e invisível e ejeta partículas de alta energia como resultado de reações químicas e nucleares de alta intensidade. As emissões de energia radiante sem massa a partir do sol são chamadas de fótons. Um fóton é o portador de energia que compõe toda a radiação eletromagnética. Os fótons viajam como ondas na velocidade da luz, aproximadamente 300 milhões de metros por segundo. Visto que todos os fótons viajam na mesma velocidade, eles são distinguidos por suas propriedades de onda comprimento de onda e frequência, bem como pela quantidade de energia carregada por cada fóton. A relação entre comprimento de onda e frequência Comprimento de onda é definido como a distância entre o pico de uma onda e o pico da onda precedente ou subsequente. Frequência é definida como o número de oscilações ou vibrações de onda que ocorrem em uma determinada unidade de tempo e é comumente expressa em Hertz (Hz). Um Hertz é uma vibração por segundo (Figura 1.1). Visto que todas as formas de radiação eletromagnética viajam em uma velocidade constante através do espaço, fótons com comprimentos de onda maiores têm frequências mais baixas, e fótons com comprimentos de onda menores têm frequências mais altas. 6 A seguinte equação é útil para se fazerem cálculos envolvendo a velocidade, o comprimento de onda e a frequência das ondas. Velocidade comprimento de onda frequência c λ v Existe uma relação inversa ou recíproca entre comprimento de onda e frequência. Quanto mais longo o comprimento de uma onda, mais baixa deve ser a frequência da onda. A velocidade Comprimento de onda Figura 1.1 Comprimento de onda e frequência. Tempo

6 Parte I Bases das Modalidades Terapêuticas de radiação eletromagnética é uma constante, 3 10 8 m/s. Se o comprimento de qualquer onda for conhecido, a frequência daquela onda também pode ser calculada. Sempre que se trabalha com energia eletromagnética de qualquer tipo, pode-se usar a velocidade da luz, 3,0 10 8 m/s naquela equação. Aquela velocidade não é apropriada para ondas de energia elétrica ou ondas de energia sonora, que não viajam na velocidade da luz. 7 A outra equação que é importante com radiação eletromagnética é a equação de energia. A energia de um fóton é diretamente proporcional à sua frequência. Isso significa que a radiação eletromagnética com frequência mais alta também tem energia mais alta. Isso será relacionado aos efeitos que cada forma de radiação eletromagnética pode produzir nos tecidos. E h v (A letra h é conhecida como constante de Planc e tem um valor de 6.626 10-34 Js. Quando a constante de Planc é multiplicada por uma frequência em vibrações por segundo, o resultado tem a unidade de energia científica padrão de Joules.) O espectro de energia eletromagnética Se um raio de luz solar passa através de um prisma, ele será quebrado em várias cores em um padrão tipo arco-íris previsível de vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, azul escuro e violeta (Figura 1.2). A amplitude de cores é chamada de espectro. As cores que podem ser detectadas pelas pessoas com os olhos são chamadas de luz visível ou radiações luminosas. Cada uma dessas cores representa um fóton de uma energia diferente. Eles aparecem como cores diferentes porque as várias formas de energia radiante são refratadas ou mudam de direção como um resultado de diferenças no comprimento de onda e na frequência de cada cor. Quando passa através de um prisma, o tipo de energia radiante menos refratada aparece como a cor vermelha, ao passo que a mais refratada é violeta. 7 A luz de comprimento de onda maior é de cor vermelha e baixa em energia, ao passo que a luz de menor comprimento de onda é violeta e relativamente mais alta em energia. Esse feixe de radiação eletromagnética a partir do sol que passa através do prisma também inclui propagação de formas de energia radiante que não são visíveis aos nossos olhos. 2 Se um termômetro é colocado próximo à extremidade vermelha do espectro de luz visível, o termômetro elevará em temperatura. Isso se dá porque há radiação invisível com comprimentos de ondas maiores que a luz vermelha, chamada radiação infravermelha, que é absorvida pelo termômetro. Quando a radiação infravermelha é absorvida pelo termômetro, ela aquece o termômetro, assim como a luz do sol pode aquecer sua pele à medida que sua pele absorve a luz. Do mesmo modo, o filme fotográfico que é colocado próximo à extremidade violeta do espectro de luz visível pode ser desenvolvido por uma outra forma de radiação invisível a partir do sol, chamada de radiação ultravioleta. A radiação infravermelha é mais baixa em energia do que a luz vermelha (infra significa inferior ou abaixo). A radiação ultravioleta é mais alta em energia do que a luz Infravermelha Feixe de luz Espectro de luz visível Ultravioleta Prisma Figura 1.2 Quando um feixe de luz é refletido através de um prisma, as várias radiações eletromagnéticas na luz visível são refratadas e aparecem como uma banda distinta de cor chamada de espectro.

Capítulo 1 A Ciência Básica das Modalidades Terapêuticas 7 violeta (ultra significa maior ou acima). Quase toda radiação eletromagnética produzida pelo sol é invisível. Todo o espectro eletromagnético inclui ondas de rádio e de televisão, diatermias, raios infravermelhos, raios de luz visível, raios ultravioleta, raios X e raios gama (Tabela 1.2). O espectro eletromagnético coloca todas as modalidades eletromagnéticas em ordem com base nos comprimentos de onda e nas frequências correspondentes. É notório, por exemplo, que as diatermias por ondas curtas têm o comprimento de onda mais longo e a frequência mais baixa, e todos os outros fatores são iguais; portanto, elas devem ter a maior profundidade de penetração. À medida que se desce no gráfico, os comprimentos de onda em cada região tornam-se progressivamente mais curtos e, as frequências, progressivamente mais altas. Diatermia, as várias fontes de calor infravermelho e as regiões ultravioletas têm progressivamente menos profundidade de penetração. 8 Deve-se observar que as regiões rotuladas como frequências de rádio e de televisão, luz visível e radiações penetrantes e ionizantes de alta frequência certamente caem sob a classificação de radiações eletromagnéticas. Contudo, elas não têm aplicação como modalidades terapêuticas e, embora extremamente importantes para a vida diária das pessoas, não justificam consideração adicional no contexto dessa discussão. Como a energia eletromagnética é produzida? Várias formas de radiação eletromagnética podem ser utilizadas por fisioterapeutas para se tratarem pacientes, contanto que essas formas de energia possam ser produzidas e direcionadas de maneiras seguras e econômicas. 9 Tradicionalmente, raios ultravioleta, infravermelho e de luz visível têm sido produzidos por meio do aquecimento de objetos como um filamento fino a temperaturas muito altas. Os objetos são compostos de átomos, que sucessivamente são compostos de núcleos carregados positivamente circundados por elétrons carregados negativamente. À medida que a temperatura aumenta em uma determinada substância, as partículas subatômicas carregadas dentro da substância vibram mais rapidamente devido ao aumento na energia disponível. O movimento rápido de quaisquer partículas carregadas, tais como os elétrons carregados negativamente dentro dos átomos, produz ondas eletromagnéticas. Em temperaturas mais altas, o número de ondas eletromagnéticas produzidas e a frequência média dessas ondas aumentam. 7 É dessa forma que os bulbos de luz incandescente funcionam em nossas casas. A energia elétrica aquece os filamentos em temperaturas muito altas, levando-os a emitir radiação. As ondas eletromagnéticas produzidas por filamentos aquecidos incluem uma vasta amplitude de radiação e requerem grandes quantidades de energia para serem produzidas. Com uma melhora na tecnologia, maneiras mais específicas e econômicas de se produzir radiação eletromagnética foram desenvolvidas para uso nas modalidades terapêuticas. Tubos eletrônicos ou transistores podem converter energia elétrica em ondas de rádio, e um aparelho chamado magnétron pode produzir bursts (trens de pulso) direcionados de radiação de micro-ondas. 9,10 Efeitos de radiações eletromagnéticas Os efeitos da radiação eletromagnética sobre os tecidos depende do comprimento de onda, da frequência e da energia das ondas eletromagnéticas que penetram aqueles tecidos. Das formas de energia eletromagnética utilizadas por um fisioterapeuta, aquelas com comprimentos de onda mais longos são as mais penetrantes. 9 Na extremidade de baixa energia do espectro eletromagnético, caracterizada por radiação de baixa frequência e comprimento de onda longo, o efeito básico é o de aquecer os tecidos. A radiação eletromagnética com quantidades mais altas de energia por fóton pode ter efeitos diferentes, mais drásticos, sobre os tecidos. As grandes regiões de radiação com comprimentos de onda mais longos do que as radiações infravermelhas são conhecidas como diatermias. Estas incluem radiações por ondas curtas e por micro-ondas. Elas penetram nos tecidos mais profundamente do que a luz infravermelha ou a luz visível. As radiações infravermelhas, como aquelas produzidas por lâmpadas infravermelhas luminosas e não luminosas e luz visível também aquecem os tecidos. Esses tipos de radiação são menos penetrantes do que a radiação por micro-ondas, portanto, os efeitos de aquecimento são mais superficiais. A radiação ultravioleta é mais energética do que a luz visível e carrega energia suficiente para danificar os

8 Parte I Bases das Modalidades Terapêuticas Tabela 1.2 Espectro de energia eletromagnética* REGIÃO COMPRIMENTO DE ONDA CLINICAMENTE USADO FREQUÊNCIA CLINICAMENTE USADA** PROFUNDIDADE DE PENETRAÇÃO EFETIVA EFEITOS FISIOLÓGICOS Frequências de rádio e de televisão comerciais Diatermia por ondas curtas Diatermia por micro-ondas 22 m 13.56 MHz 3 cm Temperatura de tecido profundo, vasodilatação 11 m 27.12 MHz aumentada, fluxo sanguíneo aumentado 69 cm 433.9 MHz Temperatura de tecido profundo, vasodilatação 33 cm 915 MHz 5 cm aumentada, fluxo sanguíneo aumentado 12 cm 2.450 MHz Infravermelha Temperatura superficial, vasodilatação aumentada, fluxo sanguíneo aumentado IV Luminosa (727,2 ºC) IV Não luminosa (1726.6 ºC) 28,860 Å 1.04 10 13 Hz 14,430 Å 2.08 10 13 Hz Luz visível Modulação de dor e cicatrização de ferida cutânea Laser vermelho GaAs 9100 Å 3.3 10 13 Hz 5 cm HeNe 6328 Å 4.74 10 13 Hz 10-15 mm Violeta Ultravioleta Mudanças químicas superficiais, efeitos de bronzeamento, bactericida UV-A 3.200-4.000 Å 9.38 10 13 até 7.5 10 13 Hz UV-B 2.900-3.200 Å 1.03 10 14 até 9.38 10 13 Hz 1 mm UV-C 2.000-2.900 Å 1.50 10 14 até 1.03 10 14 Hz Radiação ionizante (raio X, raios gama, raios cósmicos) *As únicas formas de energia eletromagnética incluídas são aquelas que obedecem às equações C v e E h v. Nem a corrente elétrica e nem o calor que viaja por condução viaja na velocidade da luz. **Calculada usando C λ f, onde C é a velocidade da luz (3 10 m/s), λ é o comprimento de onda e f é a frequência. Embora estes caiam sob a classificação de energia eletromagnética, eles não têm nada a ver com modalidades terapêuticas e, portanto, não justificam discussão adicional neste texto.

Capítulo 1 A Ciência Básica das Modalidades Terapêuticas 9 tecidos. Como essa radiação não é muito penetrante, o resultado de exposição à radiação ultravioleta é o dano cutâneo superficial que se denomina queimadura solar. Leis que governam os efeitos da energia eletromagnética Quando a radiação eletromagnética entra em contato com vários objetos ou os atinge, ela pode ser refletida, transmitida, refratada ou absorvida, dependendo do tipo de radiação e da natureza do objeto com o qual ela interage. 11 Os raios que ricocheteiam para fora do material são ditos refletidos. Se um raio passa de um material para outro, ele muda seu caminho por um processo chamado refração. Os raios que passam através de um material são ditos transmitidos através do material. Uma porção da radiação pode ser absorvida pelo material. Quaisquer fótons que não sejam absorvidos pelo tecido serão transmitidos para camadas mais profundas. A intensidade de um raio depende de quantos fótons compõem o raio (Figura 1.3). Geralmente, a radiação usada nas modalidades terapêuticas que tem o comprimento de onda mais longo tende também a ter as profundidades de penetração maiores. Deve ser salientado, contudo, que vários outros fatores, os quais serão discutidos posteriormente, também podem contribuir para a profundidade de penetração. Princípio de Arndt-Schultz O objetivo de se utilizarem modalidades terapêuticas é o de se estimular o tecido corporal. Essa estimulação só ocorrerá se a energia produzida for absorvida pelo tecido. 11,12 O princípio de Arndt-Schultz afirma que não pode ocorrer nenhuma reação ou mudança nos tecidos corporais se a quantidade de energia absorvida for insuficiente para estimular os tecidos absorventes. O objetivo do fisioterapeuta deve ser o de se administrar energia suficiente para que se estimulem os tecidos a realizarem sua função normal. Um exemplo seria o de se utilizar uma corrente de estimulação elétrica para se criar uma contração muscular. Para se atingir a despolarização de um nervo motor, a intensidade da corrente deve ser aumentada até que energia suficiente se torne disponível e seja absorvida por aquele nervo para se facilitar uma despolarização. O fisioterapeuta também deve perceber que muita energia absorvida em um determinado período de tempo poderá prejudicar seriamente a função normal e, se for severa o suficiente, poderá causar dano irreparável. 12 Figura 1.3 Quando radiações eletromagnéticas entram em contato com tecidos humanos, elas podem ser refletidas, refratadas ou absorvidas. A energia que é transmitida através dos tecidos deve ser absorvida antes que ocorram quaisquer mudanças fisiológicas. 1. Refletida 2. Refratada Pele Gordura 3. Absorvida Músculo

10 Parte I Bases das Modalidades Terapêuticas Lei de Grotthus-Draper A relação inversa que existe entre absorção de energia por um tecido e penetração de energia para camadas mais profundas é descrita pela Lei de Grotthus-Draper. A porção de energia eletromagnética que não é refletida penetrará nos tecidos (camadas de pele), e alguns deles serão absorvidos superficialmente. Se muita radiação for absorvida por tecidos superficiais, quantidade insuficiente será absorvida pelos tecidos mais profundos e não ocorrerá estimulação nos mesmos. Se a quantidade de energia absorvida for suficiente para se estimular o tecido-alvo, ocorrerá alguma resposta fisiológica. 11,12 Se o tecido-alvo for um nervo motor e o objetivo de tratamento for causar uma despolarização desse nervo motor, então energia suficiente deverá ser absorvida por esse nervo para causar a despolarização desejada. Um exemplo que mostra a aplicação da Lei de Grotthus-Draper é o uso de tratamento com ultrassom para se aumentar a temperatura do tecido nas porções mais profundas do músculo glúteo máximo. Um fisioterapeuta deve utilizar ultrassom em uma frequência de 1 MHz (comprimento de onda longo) ou 3 MHz (comprimento de onda curto). A utilização de tratamento com ultrassom em uma frequência de 1 MHz seria mais eficaz na penetração de tecidos mais profundos do que o tratamento com ultrassom em 3 MHz, visto que menos energia seria absorvida superficialmente para o comprimento de onda mais longo. 13 Lei do cosseno Qualquer reflexão de radiação eletromagnética ou de outras ondas irá reduzir a quantidade de energia que está disponível para objetivos terapêuticos. Quanto menor o ângulo entre o raio em propagação e o ângulo reto, menor a radiação refletida e maior a absorção. Assim, a energia radiante é mais facilmente transmitida para tecidos mais profundos se a fonte de radiação estiver em um ângulo reto à área que está sendo irradiada. Esse princípio, conhecido como a lei do cosseno, é extremamente importante quando se usam diatermias, luz ultravioleta e aquecimento por infravermelho, visto que a eficácia dessas modalidades é baseada em grande parte em como elas são posicionadas em relação ao paciente (Figura 1.4). 12 Um exemplo que mostra a aplicação da lei do cosseno pode ser o de que, ao se realizar um tratamento com ultrassom, a superfície do aplicador deve ser mantida o mais plana possível sobre a superfície da pele. Isso permite que a energia sonora que vem do aplicador atinja a superfície o mais próximo de 90º possível, minimizando, assim, a quantidade de energia refletida. A B Refletida Figura 1.4 A lei do cosseno afirma que, quanto menor o ângulo entre o raio de propagação e o ângulo reto, menor a radiação refletida e maior a radiação absorvida. Assim, a energia absorvida seria maior em a do que em b.

Capítulo 1 A Ciência Básica das Modalidades Terapêuticas 11 Em 10 cm, a intensidade é 80 watts Figura 1.5 A lei do quadrado inverso afirma que a intensidade da radiação que atinge uma determinada superfície varia inversamente com o quadrado da distância a partir da fonte. Em 20 cm, a intensidade é 20 watts Lei do quadrado inverso A intensidade da radiação que atinge uma determinada superfície é conhecida por variar inversamente com o quadrado da distância a partir da fonte. 14 Por exemplo, ao se usar uma lâmpada de aquecimento infravermelha para se aquecer a região lombar, a intensidade de energia de calor na superfície da pele com a lâmpada posicionada em uma distância de 10 cm será quatro vezes maior do que se a lâmpada fosse colocada em uma distância de 20 cm. Esse princípio, conhecido como a lei do quadrado inverso, obviamente é de grande consequência quando se ajusta uma modalidade específica para se atingir um efeito fisiológico desejado (Figura 1.5). Independentemente do trajeto que essa energia transmitida percorre, os efeitos fisiológicos são aparentes apenas quando a energia é absorvida por um tecido específico. Os tratamentos só serão efetivos se energia suficiente for absorvida pelos tecidos, portanto, as modalidades serão mais efetivas quando colocadas o mais próximo possível do corpo. Modalidades de energia eletromagnética Diatermia As diatermias são consideradas modalidades de alta frequência porque utilizam radiação com mais de um milhão de ciclos por segundo. Quando os impulsos de uma duração curta entram em contato com o tecido humano, há tempo insuficiente para ocorrer movimento de íons. Consequentemente, não há estimulação de nervos motores ou sensoriais. A energia dessa radiação rapidamente vibrante produz calor à medida que é absorvida por tecido celular, resultando em um aumento de temperatura. 10,15 A diatermia por ondas curtas pode ser contínua ou pulsada. Tanto a diatermia por ondas curtas contínua como a diatermia por micro-ondas são utilizadas primariamente por seus efeitos térmicos, ao passo que a diatermia por ondas curtas pulsada é usada por seus efeitos não térmicos. 12,16 A diatermia será discutida em mais detalhes no Capítulo 12. Tomada de decisão clínica Exercício 1.2 O fisioterapeuta está tratando um paciente com uma lesão lombar crônica. Nesse momento, foi decidido que o aquecimento da área é o tratamento de escolha. Quais das modalidades discutidas brevemente neste capítulo podem ser utilizadas como modalidades de aquecimento? Qual dessas modalidades poderia ser escolhida para se fornecer a maior profundidade de penetração?

12 Parte I Bases das Modalidades Terapêuticas Laser de baixa potência A palavra laser é um acrônimo para light amplification by stimulated emission of radiation (amplificação de luz por emissão estimulada de radiação) e se aplica a qualquer instrumento que gere luz utilizando-se essa técnica. Existem lasers que produzem luz nas porções infravermelhas ou de luz visível do espectro. Os lasers podem ser construídos para se operar em determinados níveis de potência. Os de alta potência são usados na cirurgia para objetivos de incisão, coagulação de vasos e termólise, devido aos seus efeitos térmicos. O de baixa potência ou frio produz pouco ou nenhum efeito térmico, mas parece ter algum efeito clínico significativo na cicatrização de tecidos moles e na consolidação de fraturas, bem como no manejo da dor, por meio da estimulação de pontos de acupuntura e de pontos-gatilho. O laser como uma ferramenta terapêutica é discutido no Capítulo 13. Luz ultravioleta A porção ultravioleta do espectro eletromagnético é mais alta em energia do que a luz violeta. Conforme afirmado previamente, a radiação na região ultravioleta não é detectável pelo olho humano. Contudo, se uma placa fotográfica é colocada na extremidade ultravioleta, mudanças químicas serão aparentes. Embora uma fonte extremamente quente (7.000-9.000 ºC) seja requerida para se produzirem comprimentos de ondas ultravioletas, os efeitos fisiológicos da ultravioleta são principalmente de natureza química e ocorrem inteiramente nas camadas cutâneas de pele. A profundidade de penetração máxima com ultravioleta é cerca de 1 mm. 19 Tomada de decisão clínica Exercício 1.3 Quais modalidades descritas brevemente neste capítulo são mais consideradas na lei do cosseno e na lei do quadrado inverso? Devido à disponibilidade de medicações orais e tópicas para se tratarem lesões de pele, a terapia ultravioleta raramente é utilizada como uma modalidade de tratamento. Sua aplicação primária é na cicatrização de ferida, e ela será brevemente discutida no Capítulo 3. ENERGIA TÉRMICA Anteriormente, foi afirmado que qualquer objeto aquecido (ou resfriado) a uma temperatura diferente daquela do ambiente circundante irá dissipar (ou absorver) calor por meio de condução para (ou de) outros materiais com os quais ele entra em contato. Há confusão sobre a relação entre transferência de energia eletromagnética e de energia térmica associadas a compressas quentes e frias. É correto pensar nas modalidades infravermelhas como aquelas modalidades cujo mecanismo primário de ação é a emissão de radiação infravermelha com o objetivo de se aumentarem as temperaturas dos tecidos. 17 Todos os objetos quentes, incluindo banhos de turbilhão, emitem radiação infravermelha, mas a quantidade de energia infravermelha que é irradiada a partir de banhos quentes e frios é muito pequena comparada á quantidade que transfere para e a partir deles por condução. As modalidades como compressas quentes e frias operam por condução de energia térmica, portanto, elas são melhor descritas como modalidades condutoras. As modalidades condutoras são usadas para produzir um aquecimento ou resfriamento local e ocasionalmente generalizado dos tecidos superficiais com uma profundidade de penetração máxima de 1 cm ou menos. As modalidades condutoras são, em geral, classificadas naquelas que produzem um aumento na temperatura dos tecidos, que se denomina como termoterapia, e naquelas que produzem uma diminuição na temperatura dos tecidos, que se chama crioterapia. Anteriormente, afirmou-se que lâmpadas de luz visível, infravermelhas luminosas e infravermelhas não luminosas são classificadas como modalidades de energia eletromagnética. Isso

Capítulo 1 A Ciência Básica das Modalidades Terapêuticas 13 porque seu mecanismo de transferência de energia se dá por meio de radiação eletromagnética, não por condução. A taxa de transferência de calor de um objeto para outro é proporcional à diferença na temperatura entre eles. Se dois objetos possuírem temperaturas muito próximas, a transferência de calor será lenta. Se houver uma grande diferença de temperatura entre dois objetos, a transferência de calor entre eles será muito rápida. Isso tem consequências importantes para o uso de banhos quentes e banhos frios. Quando uma compressa fria (8ºF/ 13,33 ºC) é colocada em contato com a pele (98,6ºF/37 ºC), a diferença na temperatura é de aproximadamente 90ºF/32,2 ºC, portanto, o fluxo de calor da pele para a compressa fria é muito rápido. Isso irá resfriar a pele muito rapidamente e a uma profundidade tecidual maior. Quando os tecidos são colocados em um turbilhão quente (43,33 ºC), a diferença na temperatura é de apenas aproximadamente 12,22 ºC, portanto, a transferência de calor do banho para a pele é muito mais lenta. Os turbilhões também têm outros efeitos, como a prevenção de resfriamento evaporativo da pele, mas o princípio geral de que as compressas frias trabalham mais rapidamente e a uma maior profundidade tecidual é verdadeiro. Deve-se acrescentar que, além de produzirem aumento ou diminuição na temperatura dos tecidos, as modalidades térmicas podem provocar aumentos ou diminuições na circulação, dependendo do que está sendo utilizado, frio ou calor. Elas também são conhecidas por terem efeitos analgésicos como o resultado de estimulação de terminações nervosas cutâneas sensoriais. Modalidades de energia térmica Termoterapia As técnicas de termoterapia são usadas principalmente para produzir um aumento na temperatura dos tecidos para uma variedade de objetivos terapêuticos. As modalidades classificadas como modalidades de termoterapia incluem turbilhão quente, compressas quentes de hydrocollator, banhos de parafina e fluidoterapia. Os procedimentos específicos para aplicar essas técnicas são discutidos em detalhes no Capítulo 9. Crioterapia As técnicas de crioterapia são utilizadas principalmente para produzir uma diminuição na temperatura dos tecidos para uma variedade de objetivos terapêuticos. As modalidades classificadas como modalidades de crioterapia incluem massagem com gelo, compressas frias de hydrocollator, turbilhão frio, spray frio, banhos de contraste, imersão no gelo, cryo-cuff e criocinética. Os procedimentos específicos para aplicar essas técnicas são discutidos em detalhes no Capítulo 9. ENERGIA ELÉTRICA Em geral, a eletricidade é uma forma de energia que pode efetuar mudanças químicas e térmicas sobre o tecido. A energia elétrica está associada com o fluxo de elétrons ou de outras partículas carregadas por meio de um campo elétrico. Elétrons são partículas de matéria que possuem uma carga elétrica negativa e giram ao redor do centro, ou núcleo, de um átomo. Uma corrente elétrica refere-se ao fluxo de partículas carregadas que passam ao longo de um condutor como um nervo ou fio. Os aparelhos eletroterapêuticos geram correntes que, quando introduzidas no tecido biológico, são capazes de produzir mudanças fisiológicas específicas. Uma corrente elétrica aplicada ao tecido nervoso com intensidade e duração suficientes para se alcançar o limiar de excitabilidade daquele tecido resultará em uma despolarização de membrana ou aquecimento daquele nervo. As correntes de estimulação elétrica afetam o tecido nervoso e muscular de várias maneiras, com base na ação da eletricidade sobre os tecidos. Qualquer corrente elétrica que passa através dos tecidos irá aquecer os tecidos com base na resistência dos tecidos ao fluxo de eletricidade. As frequências de correntes elétricas clinicamente usadas variam de um a 4.000 Hz. Muitos estimuladores possuem a flexibilidade de alterar os parâmetros de tratamento do aparelho para se evocar uma resposta fisiológica desejada além do aquecimento dos tecidos. 4

14 Parte I Bases das Modalidades Terapêuticas Modalidades de energia elétrica Correntes de estimulação elétrica As correntes de OH e muscular são capazes de: (1) modular a dor por meio da estimulação de nervos sensoriais cutâneos em altas frequências; (2) produzir contração muscular e relaxamento ou tetania, dependendo do tipo de corrente e de frequência; (3) facilitar a cicatrização de tecidos moles e a consolidação óssea por meio do uso de estimuladores de baixa intensidade de microcorrentes subsensoriais; e (4) produzir um movimento final de íons por meio do uso de corrente direta contínua e evocando, dessa forma, uma mudança química nos tecidos, que é chamada de iontoforese (ver Capítulo 6). 5 As correntes de estimulação elétrica e seus vários efeitos fisiológicos são discutidos em detalhes no Capítulo 5. Biofeedbac eletromiográfico O biofeedbac eletromiográfico é um procedimento terapêutico que utiliza instrumentos eletrônicos ou eletromecânicos para medir, processar e retroalimentar precisamente a informação de reforço via sinais auditivos ou visuais. Clinicamente, ele é utilizado para se auxiliar o paciente a desenvolver maior controle voluntário em termos de relaxamento neuromuscular ou reeducação muscular após a lesão. O biofeedbac é discutido no Capítulo 7. ENERGIA SONORA A energia sonora e a energia eletromagnética possuem características físicas muito diferentes. A energia sonora consiste em ondas de pressão devido à vibração mecânica das partículas, ao passo que a radiação eletromagnética é carregada por fótons. A relação entre velocidade, comprimento de onda e frequência é a mesma para energia sonora e energia eletromagnética, mas as velocidades dos dois tipos de ondas são diferentes. As ondas acústicas viajam na velocidade do som. As ondas eletromagnéticas viajam na velocidade da luz. Visto que o som viaja mais lentamente do que a luz, os comprimentos de onda são consideravelmente mais curtos para vibrações acústicas do que para radiações eletromagnéticas em qualquer frequência dada. 12 Por exemplo, o ultrassom que viaja na atmosfera tem um comprimento de onda de aproximadamente 0,3 mm, ao passo que as radiações eletromagnéticas teriam um comprimento de onda de 297 m em uma frequência similar. As radiações eletromagnéticas são capazes de viajar através do espaço ou do vácuo. À medida que a densidade do meio de transmissão é aumentada, a velocidade de radiação eletromagnética diminui. As vibrações acústicas (som) não serão transmitidas através do vácuo, visto que elas se propagam por meio de colisões moleculares. Quanto mais rígido for o meio de transmissão, maior será a velocidade do som. O som tem uma velocidade de transmissão muito maior no tecido ósseo (3.500 m/s), por exemplo, do que no tecido adiposo (1.500 m/s). Modalidades de energia sonora Ultrassom Uma modalidade terapêutica que os fisioterapeutas utilizam com frequência é o ultrassom. O ultrassom é a mesma forma de energia que o som audível, exceto pelo fato de que o ouvido humano não consegue detectar frequências de ultrassom. As frequências de produção de ondas de ultrassom são entre 700.000 e um milhão de ciclos por segundo. As frequências até cerca de 20.000 Hz são detectáveis pelo ouvido humano. Assim, a porção de ultrassom do espectro acústico é inaudível. O ultrassom é, muitas vezes, classificado juntamente às modalidades eletromagnéticas, diatermia por ondas curtas e por micro-ondas, como uma modalidade de aquecimento profundo do tipo conversão, e é certamente verdadeiro que todas essas são capazes de produzir um aumento de temperatura no tecido humano até uma profundidade considerável. Contudo, o ultrassom é uma vibração mecânica, uma onda sonora, produzida e transformada a partir de energia elétrica de alta frequência. 12 Os geradores de ultrassom são, em geral, ajustados em uma frequência padrão de 1 a 3 MHz (1.000 Hz). A profundidade de penetração com o ultrassom é muito maior do que com qualquer

Capítulo 1 A Ciência Básica das Modalidades Terapêuticas 15 uma das radiações eletromagnéticas. Em uma frequência de 1 MHz, 50% da energia produzida penetrará a uma profundidade de cerca de 5 cm. A razão para essa grande profundidade de penetração é o fato de que o ultrassom viaja muito bem através do tecido homogêneo (p. ex., tecido adiposo), ao passo que as radiações eletromagnéticas são quase inteiramente absorvidas. Assim, quando a penetração terapêutica para tecidos mais profundos é desejada, o ultrassom é a modalidade de escolha. 13,18 O ultrassom terapêutico tem sido utilizado tradicionalmente para produzir um aumento na temperatura tecidual por meio de efeitos fisiológicos térmicos. Contudo, ele também é capaz de aumentar a cicatrização no nível celular como um resultado de seus efeitos fisiológicos não térmicos. A utilidade clínica do ultrassom terapêutico é discutida de forma mais detalhada no Capítulo 10. Terapia por ondas de choque extracorpóreas A terapia por ondas de choque extracorpóreas (TOC) é uma modalidade não invasiva relativamente nova usada no tratamento de lesões de tecido mole e lesões ósseas. As ondas de choque, em contraste com a conotação de um choque elétrico, são, na verdade, ondas sonoras pulsadas de alta pressão e curta duração (< 1 m/s). Essa energia sonora é concentrada em uma área focal pequena (2 a 8 mm de diâmetro) e é transmitida por meio de um acoplamento para uma região- -alvo com pouca atenuação. Durante vários anos, no passado, vários investigadores usaram essa modalidade de forma bem-sucedida para tratar fasciite plantar, epicondilite medial/lateral e fraturas por não união. A TOC será discutida no Capítulo 11. ENERGIA MECÂNICA Em todos os casos em que um trabalho é realizado, há um objeto que fornece a força para se realizar este trabalho. Quando o trabalho é feito sobre o objeto, este objeto ganha energia. A energia adquirida pelos objetos sobre os quais o trabalho é feito é conhecida como energia mecânica. 2 A energia mecânica é a energia possuída por um objeto devido ao seu movimento ou à sua posição. A energia mecânica pode ser energia cinética (energia de movimento) ou energia potencial (energia armazenada de posição). Os objetos possuem energia cinética se eles estão em movimento. A energia potencial é armazenada por um objeto e tem o potencial de ser criada quando este objeto é alongado, dobrado ou comprimido. A energia cinética criada pelas mãos de um fisioterapeuta move-se para aplicar uma força que pode alongar, dobrar ou comprimir pele, músculos, ligamentos, e assim por diante. A estrutura alongada, dobrada ou comprimida possui energia potencial que pode ser liberada quando a força é removida. Modalidades de energia mecânica Compressão intermitente, técnicas de tração e massagem podem utilizar energia mecânica envolvendo uma força aplicada a alguma estrutura de tecido mole para criar um efeito terapêutico. Essas modalidades de energia mecânica são discutidas nos Capítulos 14, 15 e 16. RESUMO 1. As formas de energia que são relevantes ao uso de modalidades terapêuticas são energia eletromagnética, energia térmica, energia elétrica, energia sonora e energia mecânica. 2. As várias formas de energia podem ser refletidas, refratadas, absorvidas ou transmitidas nos tecidos. 3. Todas as formas de energia eletromagnética viajam na mesma velocidade, dessa forma, o comprimento de onda e a frequência estão inversamente relacionados. 4. O espectro eletromagnético coloca todas as modalidades de energia eletromagnética, incluindo diatermia, laser, luz ultravioleta e lâmpadas infravermelhas luminosas, em ordem com base nos comprimentos de onda e nas frequências correspondentes. 5. O princípio de Arndt-Schultz, a Lei de Grotthus-Draper, a lei do cosseno e a lei do quadrado inverso podem ser aplicados às modalidades de energia eletromagnética.

16 Parte I Bases das Modalidades Terapêuticas 6. As modalidades de termoterapia e de crioterapia transferem energia térmica de uma fonte de aquecimento ou de resfriamento para o corpo por meio de condução. 7. As modalidades que utilizam energia elétrica podem: (1) causar modulação da dor por meio da estimulação de nervos sensoriais cutâneos; (2) produzir contração muscular e relaxamento ou tetania, dependendo do tipo de corrente e de frequência; (3) facilitar a cicatrização de tecidos moles e a consolidação óssea por meio do uso de microcorrentes subsensoriais; e (4) produzir um movimento final de íons, evocando, assim, uma mudança química nos tecidos. 8. A energia sonora e a energia eletromagnética possuem características físicas muito diferentes. 9. A energia mecânica pode ser energia cinética (energia de movimento) ou energia potencial (energia armazenada de posição). A energia cinética criada pelas mãos de um fisioterapeuta move-se para aplicar uma força que pode alongar, dobrar ou comprimir pele, músculos, ligamentos, e assim por diante. A estrutura alongada, dobrada ou comprimida possui energia potencial que pode ser liberada quando a força é removida. QUESTÕES DE REVISÃO 1. Quais são as várias formas de energia produzidas por modalidades terapêuticas? 2. O que é energia radiante e como ela é produzida? 3. Qual é a relação entre comprimento de onda e frequência? 4. Quais são as características da energia eletromagnética? 5. Quais das modalidades terapêuticas produzem energia eletromagnética? 6. Qual é o objetivo de se utilizar uma modalidade terapêutica? 7. De acordo com a Lei de Grotthus-Draper, o que acontece com a energia eletromagnética quando ela entra em contato com e/ou penetra no tecido biológico humano? 8. Explique as leis do cosseno e do quadrado inverso em relação à penetração de energia eletromagnética no tecido. 9. Como as modalidades de energia térmica transferem energia? 10. Quais mudanças fisiológicas o uso de energia elétrica pode produzir no tecido humano? 11. Quais das modalidades terapêuticas produzem energia sonora? 12. Quais são as diferenças entre energia eletromagnética e energia sonora? 13. Quais modalidades utilizam energia mecânica para produzir um efeito terapêutico? QUESTÕES DE AUTOAVALIAÇÃO Verdadeiro ou falso 1. O comprimento de onda é definido como o número de ciclos por segundo. 2. Para atingir penetração de tecido mais profundo, o comprimento de onda deve ser aumentado. 3. A diatermia por ondas curtas contínuas produz efeitos térmicos. Múltipla escolha 4. Qual das seguintes NÃO é uma modalidade de energia eletromagnética? a. Luz ultravioleta b. Ultrassom c. Laser de baixa potência d. Diatermia por ondas curtas 5. Ondas sonoras ou de radiação que mudam a direção quando passam de um tipo de tecido para outro são ditas a. Transmitir b. Absorver c. Refletir d. Refratar

Capítulo 1 A Ciência Básica das Modalidades Terapêuticas 17 6. A/O afirma que, se o tecido superficial não absorve energia, ela deve ser transmitida mais profundamente. a. Lei de Grotthus-Draper b. Lei do cosseno c. Lei do quadrado inverso d. Princípio de Arndt-Schultz 7. De acordo com a lei do cosseno, para minimizar a reflexão e maximizar a absorção, a fonte de energia deve estar em um ângulo de à superfície. a. 45 graus b. 90 graus c. 180 graus d. 0 grau 8. As correntes de estimulação elétrica podem produzir os seguintes efeitos: a. Contração muscular b. Movimento de íon final c. Diminuição da dor d. Todos acima 9. As modalidades de energia térmica geralmente afetam o tecido superficial até de profundidade. a. 5 cm b. 0,5 cm c. 1 cm d. 10 cm 10. Com base nas suas características diferentes, qual das seguintes viaja em velocidade maior através do tecido humano? a. Energia sonora b. Energia eletromagnética c. Tanto a como b viajam na mesma amplitude. d. Nem a nem b viajam através do tecido humano. SOLUÇÕES PARA OS EXERCÍCIOS DE TOMADA DE DECISÃO CLÍNICA 1.1 Calor e frio superficiais, correntes de estimulação elétrica e laser de baixa potência podem ser efetivos para modular a dor. Contudo, o gelo é provavelmente a melhor escolha imediatamente após a lesão, porque ele não apenas irá modular a dor, mas também causará vasoconstrição e, dessa forma, ajudar a controlar o edema. 1.2 O médico pode escolher usar modalidades de aquecimento infravermelhas, diatermia por ondas curtas ou ultrassom todas elas têm a capacidade de produzir calor nos tecidos. O ultrassom tem uma maior profundidade de penetração do que qualquer uma das modalidades eletromagnéticas ou térmicas, visto que a energia sonora é transmitida mais efetivamente através de tecido denso do que a energia eletromagnética. 1.3 Quando se ajustar um paciente para tratamento utilizando-se diatermia por micro-ondas ou terapia ultravioleta, é crucial que o fisioterapeuta considere o ângulo no qual a energia eletromagnética está atingindo a superfície do corpo para se assegurar de que a maior parte da energia será absorvida, e não refletida. Também é essencial que se saiba a distância em que essas modalidades serão colocadas a partir da superfície para se atingir a quantidade correta de energia no tecido-alvo.

18 Parte I Bases das Modalidades Terapêuticas REFERÊNCIAS 1. Nadler SF. Complications from therapeutic modalities: results of a national survey of clinicians. Arch Phys Med Rehab. 2003;84(6):849 853. 2. Young H, Freedman R. Sears and Zemansy s University Physics. Reading, MA: Addison-Wesley; 2007. 3. De Pinna S. Transfer of Energy. Strongsville, OH: Gareth Stevens Publishing; 2007. 4. Sharp T. Practical Electrotherapy: A Guide to Safe Application. New Yor: Elsevier Health Sciences; 2007. 5. Venes D. Taber s Cyclopedic Medical Dictionary. Philadelphia: F.A. Davis; 2009. 6. Smith G. Introduction to Classical Electromagnetic Radiation. Boston: Cambridge University Press; 1997. 7. Reitz J, Milford F, Christy R. Foundations of Electromagnetic Theory. 4th ed. Reading, MA: Addison Wesley; 2008. 8. Grosswinder L, Jones L, Rogers G. The Science of Phototherapy: An Introduction. New Yor: Springer-Verlag; 2005. 9. Kato M. Electromagnetics in Biology. New Yor: Springer-Verlag; 2007. 10. Habash R. 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Energia Capacidade de um sistema de realizar trabalho. Energia cinética Energia de movimento. Energia mecânica Energia adquirida pelos objetos sobre os quais o trabalho é feito. Energia potencial Energia armazenada de posição. Espectro Variação de cores de luz visível. Fóton O portador de energia que compõe toda a radiação eletromagnética. Frequência O número de ciclos ou pulsos por segundo. Lei de Grotthus-Draper A energia não absorvida pelos tecidos deve ser transmitida. Lei do cosseno Radiação favorável ocorre quando a fonte de radiação está em ângulos retos com o centro da área que está sendo irradiada. Lei do quadrado inverso A intensidade de radiação que toca uma determinada superfície varia inversamente com o quadrado da distância a partir da fonte de radiação. Princípio de Arndt-Schultz Não poderão ocorrer reações ou mudanças no corpo se a quantidade de energia absorvida não for suficiente para se estimularem os tecidos absorventes. Radiação (1) Processo de emitir energia a partir de alguma fonte em forma de ondas. (2) Método de transferência de calor por meio do qual o calor pode ser obtido ou perdido. Radiação infravermelha A porção do espectro eletromagnético associada com mudanças térmicas localizadas adjacentes à porção vermelha do espectro de luz visível. Radiação ultravioleta A porção do espectro eletromagnético associada a mudanças químicas localizadas adjacentes à porção violeta do espectro de luz visível. Reflexão Flexão de retorno de ondas de luz ou sonoras a partir de uma superfície que elas atingem. Refração Mudança de direção de uma onda ou onda de radiação quando ela passa de um meio ou tipo de tecido para outro. Termoterapia Aumento na temperatura do tecido. Transmissão Propagação de energia através de um determinado tecido biológico dentro de tecidos mais profundos.