The effects of ultrasound and shockwave treatment on muscle regional oxygen saturation using near-infrared spectroscopy

Introduction: Therapeutic pressure waves are often used to treat various musculoskeletal disorders but the biological effect is still not fully known. This study investigating the effects of sound waves of different stimulus strength used in ultrasound therapy (UST) and radial extracorporeal shockwave therapy (rESWT) treatments on muscle oxygen saturation and surface temperature in terms of the trophic effect, using near-infrared spectroscopy.

Materials and methods: 41 healthy volunteers including 27 ones treated with UST and 14 ones treated with rESWT: aged 22–48 years. Oxygen saturation and surface temperature measurements of the infraspinatus muscle region were repeated 4 times: immediately before (T0) and after the treatment (T1), and 15 min (T2) and 30 min after the treatment (T3). Muscle oxygen saturation was measured at 2 depths: 20 mm (sensor 1 – S1) and 12.5 mm (sensor 2 – S2).

Results: The value of regional oxygen saturation (rSO2 [%]) statistically significantly decreased immediately after 15 and 30 min following the treatment in the subjects treated with UST. The baseline values, amounting to 71.26 ±5.47% (S1) and 88.26 ±2.89% (S2) for respective depths, significantly decreased following the treatment to 68.89 ±5.26% (T2) and 68.93 ±5.12% (T3) at a measuring depth of 20 mm and to 86.63 ±5.37% (T1) and 86.52 ±3.38% (T2) at a measuring depth of 12.5 mm.

Conclusions: The results obtained indicate only the treatment with UST has a significant effect on changes in regional oximetry, which induces deep hyperaemia and increased temperature of the deeper tissues, promoting the de-dissociation of oxygen from haemoglobin to tissues, inducing the trophic effect.

Wstęp: Terapeutyczne fale ciśnieniowe są często stosowane w leczeniu różnych schorzeń układu mięśniowo-szkieletowego, niemniej jednak efekt biologiczny ich odziaływania wciąż nie został w pełni poznany. W przedstawionych badaniach oceniono wpływ fal dźwiękowych o różnej sile bodźca stosowanych w terapii falą ultradźwiękową (ultrasound therapy – UST) i pozaustrojową radialną falą uderzeniową (radial extracorporeal shockwave therapy – rESWT) na wysycenie tlenem tkanki mięśniowej i temperaturę powierzchniową w kontekście potencjalnego efektu troficznego przy użyciu spektroskopii bliskiej podczerwieni (near-infrared spectroscopy).

Materiały i metody: Badaniem objęto 41 zdrowych ochotników, w tym 27 poddanych UST i 14 rESWT, w wieku 22–48 lat. Pomiar saturacji tkankowej i temperatury powierzchni obszaru mięśnia podgrzebieniowego wykonano 4-krotnie: bezpośrednio przed (T0) i po (T1) oraz 15 (T2) i 30 min po aplikacji bodźca (T3). Saturacje mięśni zmierzono na 2 głębokościach: 20 mm (czujnik 1 – S1) i 12,5 mm (czujnik 2 – S2).

Wyniki: Wartość regionalnej perfuzji tkankowej (rSO2 [%]) istotnie zmniejszyła się natychmiast oraz po 15 i 30 min od UST. Wartości początkowe, wynoszące 71,26 ±5,47% (S1) i 88,26 ±2,89% (S2) dla odpowiednich głębokości, znacząco spadły po bodźcowaniu odpowiednio do 68,89 ±5,26% (T2) i 68,93 ±5,12% (T3) na głębokości 20 mm i 86,63 ±5,37% (T1) i 86,52 ±3,38% (T2) na głębokości 12,5 mm.

Wnioski: Uzyskane wyniki wskazują, że tylko leczenie za pomocą UST ma znaczący wpływ na zmiany oksymetrii regionalnej, co tłumaczy się ich działaniem przekrwiennym i termicznym w tkankach głębokich, które z kolei indukują dysocjacje tlenu z hemoglobiny do tkanek i efekt troficzny.