Kemampuan pendengaran manusia terbatas pada rentang frekuensi suara antara 20 Hertz (Hz) hingga 20 kiloHertz (kHz). Di luar batas atas spektrum pendengaran ini terletak gelombang ultrasonik, yaitu gelombang suara dengan frekuensi di atas 20 kHz. Meskipun tidak terdengar oleh telinga manusia, gelombang ultrasonik memiliki sifat-sifat unik yang menjadikannya modalitas terapi yang berharga dalam bidang fisioterapi.
Generasi Gelombang Ultrasonik: Efek Piezoelektrik.
Gelombang ultrasonik dihasilkan melalui pemanfaatan efek piezoelektrik. Proses ini melibatkan pemberian arus listrik bolak-balik berfrekuensi tinggi melalui material piezoelektrik, seperti kristal kuarsa (silikon dioksida) atau material polikristalin seperti Lead Zirconate Titanate (PZT) dan Barium Titanate. Kristal-kristal ini dipotong dan dibentuk dengan ketebalan spesifik, umumnya antara 2 hingga 3 milimeter, dengan orientasi melingkar sesuai dengan sumbu listriknya. Kristal ini kemudian direkatkan pada sisi dalam permukaan transduser (probe ultrasonik).
Ketika arus listrik (beda potensial) dialirkan melintasi kristal piezoelektrik, material tersebut mengalami deformasi mekanik berupa kompresi dan ekspansi secara bergantian dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi sinyal listrik yang diberikan. Fenomena konversi energi listrik menjadi energi mekanik (gelombang akustik) inilah yang dikenal sebagai efek piezoelektrik. Transduser kemudian memancarkan gelombang akustik ini ke jaringan tubuh pasien.
Parameter Ultrasonik dalam Fisioterapi: Frekuensi, Intensitas, dan Mode
Dalam aplikasi fisioterapi, gelombang ultrasonik yang digunakan umumnya berada dalam rentang frekuensi 1 MegaHertz (MHz) hingga 3 MHz.
Pemilihan frekuensi ini memberikan fleksibilitas dalam menargetkan kedalaman jaringan yang berbeda serta memengaruhi tingkat penyerapan energi oleh jaringan.
- Frekuensi: Frekuensi gelombang ultrasonik berbanding terbalik dengan kedalaman penetrasinya dalam jaringan. Gelombang dengan frekuensi rendah (1 MHz) memiliki penetrasi yang lebih dalam karena energinya diserap lebih lambat dan progresif saat melewati jaringan. Oleh karena itu, frekuensi 1 MHz lebih cocok untuk terapi struktur jaringan yang lebih dalam, seperti otot yang lebih tebal, tendon, ligamen, dan kapsul sendi. Sebaliknya, gelombang dengan frekuensi tinggi (3 MHz) lebih cepat diserap oleh jaringan superfisial (permukaan) dengan kedalaman sekitar 2-3 cm atau 1 inci. Frekuensi ini ideal untuk mengatasi kondisi yang melibatkan struktur dangkal seperti kulit, jaringan subkutan, dan otot-otot superfisial.
- Intensitas: Intensitas ultrasonik mengacu pada jumlah energi akustik yang dihantarkan per satuan luas per satuan waktu, biasanya diukur dalam Watt per sentimeter persegi (W/cm²). Intensitas menentukan besarnya energi yang diserap oleh jaringan dan oleh karena itu, efek termal dan non-termal yang dihasilkan. Intensitas yang lebih tinggi akan menghasilkan pemanasan jaringan yang lebih besar. Fisioterapis akan mengatur intensitas berdasarkan kondisi pasien, kedalaman target jaringan, dan tujuan terapi.
- Mode: Selain frekuensi dan intensitas, mode pemberian gelombang ultrasonik juga merupakan parameter penting. Terdapat dua mode utama:
- Gelombang Kontinyu (Continuous Wave): Dalam mode ini, energi ultrasonik dipancarkan secara terus menerus tanpa interupsi. Gelombang kontinu cenderung menghasilkan efek termal (pemanasan) yang lebih signifikan pada jaringan karena energi terus menerus diserap. Mode ini sering digunakan untuk meningkatkan sirkulasi darah, mengurangi nyeri kronis, meningkatkan relaksasi otot, dan meningkatkan elastisitas jaringan.
- Gelombang Intermiten (Pulsed Wave): Dalam mode ini, pancaran gelombang ultrasonik dipecah menjadi siklus "on" (pancaran aktif) dan "off" (istirahat). Durasi siklus "on" dan "off" serta rasio keduanya (duty cycle) dapat diatur. Gelombang intermiten menghasilkan efek termal yang lebih rendah atau minimal dibandingkan dengan gelombang kontinu karena adanya periode istirahat yang memungkinkan jaringan untuk mendingin sebagian. Mode ini sering digunakan untuk efek non-termal, seperti memfasilitasi penyembuhan jaringan, mengurangi peradangan akut, dan mengatasi nyeri.
Interaksi Gelombang Ultrasonik dengan Jaringan Tubuh
Saat gelombang ultrasonik merambat melalui jaringan tubuh, tidak semua energi dapat menembus sepenuhnya. Sebagian energi akan mengalami berbagai interaksi dengan jaringan, termasuk:
- Absorpsi (Penyerapan): Sebagian energi gelombang ultrasonik akan diserap oleh jaringan dan diubah menjadi energi panas. Tingkat penyerapan energi bergantung pada sifat dan komposisi jaringan. Jaringan dengan kandungan protein yang tinggi, seperti otot, tendon, dan ligamen, cenderung menyerap energi ultrasonik lebih banyak dibandingkan jaringan yang lebih banyak mengandung lemak. Tulang juga merupakan penyerap energi ultrasonik yang signifikan. Proses penyerapan ini menghasilkan efek termal lokal pada jaringan yang terpapar.
- Refleksi (Pemantulan): Ketika gelombang ultrasonik mencapai batas antara dua jaringan dengan impedansi akustik yang berbeda (resistensi terhadap perambatan gelombang suara), sebagian energi akan dipantulkan kembali. Pantulan yang signifikan sering terjadi pada antarmuka antara jaringan lunak dan tulang. Fenomena ini dapat menyebabkan peningkatan pemanasan pada antarmuka tersebut, yang perlu dipertimbangkan dalam aplikasi terapi. Ketika gelombang longitudinal (gelombang di mana partikel medium berosilasi sejajar dengan arah perambatan gelombang) bertemu dengan permukaan jaringan, sebagian dapat dipantulkan dan mengalami konversi menjadi gelombang transversal (gelombang di mana partikel medium berosilasi tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang), yang juga berkontribusi pada produksi panas.
- Refraksi (Pembiasan): Ketika gelombang ultrasonik melewati batas antara dua jaringan dengan kecepatan perambatan yang berbeda, arah perambatannya dapat berubah (membias). Pembiasan dapat memengaruhi fokus dan distribusi energi ultrasonik dalam jaringan.
- Scattering (Penghamburan): Gelombang ultrasonik juga dapat dihamburkan oleh struktur-struktur kecil dalam jaringan, seperti serat kolagen. Penghamburan menyebabkan penyebaran energi gelombang ke berbagai arah.
Energi gelombang ultrasonik yang tidak diserap atau dipantulkan akan terus merambat melalui media penghantar (biasanya gel gel ultrasonik yang diaplikasikan pada kulit). Namun, setiap interaksi dengan jaringan menyebabkan hilangnya sebagian energi, yang mengakibatkan penurunan intensitas (atenuasi) gelombang seiring dengan bertambahnya kedalaman penetrasi.
Efek Fisiologis Gelombang Ultrasonik
Aplikasi gelombang ultrasonik dalam fisioterapi menghasilkan berbagai efek fisiologis yang bermanfaat, yang dapat dikategorikan menjadi efek termal dan non-termal:
Efek Termal:
Efek termal dihasilkan oleh penyerapan energi ultrasonik oleh jaringan dan konversinya menjadi panas. Peningkatan suhu jaringan lokal dapat menyebabkan:
- Vasodilatasi: Pelebaran pembuluh darah lokal, meningkatkan aliran darah, oksigenasi, dan nutrisi ke area yang diobati.
- Peningkatan Metabolisme Jaringan: Peningkatan aktivitas enzim dan proses metabolik dalam sel.
- Peningkatan Elastisitas Jaringan Kolagen: Jaringan ikat seperti tendon dan ligamen menjadi lebih lentur dan mudah diregangkan, mengurangi kekakuan sendi dan meningkatkan rentang gerak.
- Penurunan Nyeri: Peningkatan suhu dapat mengaktifkan reseptor termal dan menghambat transmisi sinyal nyeri.
- Relaksasi Otot: Peningkatan suhu dapat mengurangi spasme otot dan meningkatkan relaksasi.
Efek Non-Termal:
Efek non-termal dihasilkan oleh getaran mekanik gelombang ultrasonik dan fenomena seperti kavitasi dan microstreaming. Efek ini terjadi pada intensitas yang lebih rendah dan terutama dominan pada mode pulsed:
- Kavitasi: Pembentukan dan osilasi gelembung-gelembung gas mikroskopis dalam cairan jaringan akibat perubahan tekanan yang cepat yang dihasilkan oleh gelombang ultrasonik. Kavitasi yang stabil (osilasi gelembung tanpa pecah) dapat memengaruhi aktivitas seluler. Kavitasi yang tidak stabil (gelembung pecah) dapat menghasilkan efek mekanik yang lebih kuat pada jaringan, namun harus dihindari karena berpotensi merusak jaringan.
- Microstreaming: Aliran cairan skala kecil di sekitar membran sel akibat getaran gelombang ultrasonik. Microstreaming dapat memengaruhi permeabilitas membran sel, meningkatkan transfer ion dan nutrisi, serta memfasilitasi aktivitas seluler.
- Aktivasi Seluler: Gelombang ultrasonik dapat merangsang aktivitas berbagai jenis sel, termasuk fibroblas (sel yang berperan dalam penyembuhan jaringan), osteoblas (sel pembentuk tulang), dan sel mast (sel yang terlibat dalam respons peradangan). Hal ini dapat mempercepat proses penyembuhan jaringan lunak dan tulang.
- Peningkatan Permeabilitas Membran Sel: Efek mekanik ultrasonik dapat meningkatkan permeabilitas membran sel, yang dapat memfasilitasi difusi obat topikal ke dalam jaringan.
Aplikasi Klinis Ultrasonik dalam Fisioterapi
Gelombang ultrasonik digunakan secara luas dalam fisioterapi untuk mengatasi berbagai kondisi muskuloskeletal dan jaringan lunak, termasuk:
- Nyeri Muskuloskeletal: Nyeri akibat osteoarthritis, rheumatoid arthritis, nyeri punggung bawah, nyeri leher, dan nyeri otot.
- Cedera Jaringan Lunak : tendinitis, bursitis, keseleo, dan strain.
- Kontraktur dan Kekakuan Sendi: Membantu meningkatkan rentang gerak dan mengurangi kekakuan akibat imobilisasi atau kondisi kronis.
- Spasme Otot: Mengurangi ketegangan dan kekakuan otot.
- Penyembuhan Jaringan: Memfasilitasi penyembuhan luka, ulkus, dan fraktur (dengan intensitas rendah).
- Penggunaan dengan Obat Topikal (Phonophoresis): Gelombang ultrasonik dapat digunakan untuk meningkatkan penetrasi obat topikal seperti anti-inflamasi dan analgesik ke dalam jaringan lokal. Mekanismenya melibatkan peningkatan permeabilitas kulit dan peningkatan difusi obat melalui fase transisi lipid interseluler dalam stratum korneum yang terjadi mendekati temperatur fisiologis.
Kontraindikasi dan Kewaspadaan
Meskipun merupakan modalitas terapi yang aman dan efektif, terdapat beberapa kontraindikasi dan kewaspadaan yang perlu diperhatikan dalam penggunaan ultrasonik:
Kontraindikasi:
- Area dengan implan logam: Energi ultrasonik dapat dipantulkan dan menyebabkan pemanasan berlebihan di sekitar implan.
- Area dengan alat pacu jantung atau alat elektronik implan lainnya.
- Kehamilan: Aplikasi langsung pada area perut atau punggung bawah wanita hamil.
- Epifisis tulang yang belum menutup (pada anak-anak dan remaja).
- Tumor ganas atau area yang dicurigai adanya keganasan.
- Infeksi aktif.
- Tromboflebitis atau deep vein thrombosis (DVT).
- Area dengan gangguan sensasi.
- Area radiasi terapi.
- Mata dan area gonad.
Kewaspadaan:
- Penggunaan intensitas dan durasi yang tepat untuk menghindari pemanasan berlebihan atau kerusakan jaringan.
- Memperhatikan respons pasien terhadap terapi.
- Menggunakan teknik aplikasi yang benar (pergerakan transduser yang lambat dan merata).
- Memastikan penggunaan media penghantar (gel ultrasonik) yang adekuat untuk memastikan transmisi energi yang efektif.
Kesimpulan
Gelombang ultrasonik merupakan modalitas fisioterapi yang serbaguna dan efektif dalam mengatasi berbagai kondisi muskuloskeletal dan jaringan lunak. Pemahaman yang mendalam tentang prinsip-prinsip fisik gelombang ultrasonik, parameter terapi (frekuensi, intensitas, mode), interaksi dengan jaringan, efek fisiologis, aplikasi klinis, serta kontraindikasi dan kewaspadaan sangat penting bagi fisioterapis dalam merancang dan mengimplementasikan program terapi ultrasonik yang aman dan optimal bagi pasien. Dengan pemilihan parameter yang tepat dan teknik aplikasi yang benar, ultrasonik dapat menjadi alat yang berharga dalam mengurangi nyeri, meningkatkan fungsi, dan mempercepat pemulihan pasien.
Sumber :
Erina Basson, Effect of Ultrasound on Transdermal Permeation of Diclofenac and The Temperature Effects on Human Skin, Stellenbosch University, Cape Town, 2005
