Futuro de la litotricia extracorpórea por ondas de choque: ondas en vórtice

1. Introducción

Con la aparición y desarrollo en los años 80 de la litotricia extracorpórea por ondas de choque (LEOCH) como tratamiento de la litiasis urinaria, hubo un cambio importante en el manejo de esta patología. La cirugía abierta que hasta el momento había sido el tratamiento estándar, fue desplazada por una técnica que representaba una modalidad de tratamiento mínimamente invasiva, eficaz y con una baja tasa de complicaciones.

Hoy en día disponemos de varias opciones de tratamiento mínimamente invasivo para la litiasis en la vía urinaria. La opción adecuada dependerá de las características de la litiasis (tamaño, dureza y localización), la tecnología disponible, la experiencia del cirujano, las tasas de éxito de cada técnica, los factores predictores de fracaso de la técnica y la preferencia del paciente. Recientemente, se han producido avances significativos en la tecnología de los litotriptores manteniendo a la LEOCH como técnica de elección para el tratamiento de determinadas litiasis en la vía urinaria.

2. Papel actual de la litotricia extracorpórea

Los nuevos dispositivos para la aplicación de litotricia extracorpórea generan ondas con mayor presión de pico positivo, las áreas focales son más pequeñas y su aplicación resulta mejor tolerada por los pacientes. Las principales ventajas de la litotricia extracorpórea frente a otras técnicas endourológicas son su menor invasividad, la posibilidad de ser realizada bajo sedación intravenosa con una buena tolerabilidad y su favorable perfil de seguridad. La clave para optimizar su resultado es realizar la adecuada selección del paciente candidato a esta técnica.

Por otro lado, los avances tecnológicos en el diagnóstico por imagen facilitan la identificación de las litiasis susceptibles de tratamiento con litotricia extracorpórea. La tomografía computerizada de baja dosis proporciona información detallada de las características tanto de la litiasis como de la anatomía urinaria. Es posible realizar la medición de la distancia focal, la densidad de la litiasis, así como su tamaño. Estos 3 factores que el grupo de Tran et al (1) describió como “Triple D score” tienen una correlación inversa con la fragmentación de la litiasis.

Otro factor importante del éxito de la litotricia extracorpórea es la realización cuidadosa de la técnica. Algunos autores demostraron que con la LEOCH se pueden conseguir resultados equiparables o incluso mejores que otras técnicas endourológicoas (2,3). La técnica debe de ser realizada por un urólogo experto en el tratamiento de la litiasis urinaria ya que consigue el control óptimo de los parámetros determinantes del éxito de la intervención. Es necesario un manejo adecuado de la aplicación de la energía para la fragmentación de la litiasis, la colocación del paciente y control constante de la localización de la litiasis para la aplicación de las ondas de choque mediante radioscopia o ecografía o la administración correcta de fármacos analgésicos para minimizar los movimientos del paciente.

Pero, pese a que el uso de LEOCH está ampliamente generalizado, posee algunas limitaciones importantes. En primer lugar, ciertos cálculos son resistentes a la fragmentación mediante este tipo de energía como son los compuestos por whewellita (monohidrato de oxalato de calcio), brushita (fosfato de hidrógeno de calcio) o cistina y su fragmentación mediante ondas de choque está limitada. Por otro lado, debido a la acción inespecífica de las ondas de choque sobre los tejidos sanos circundantes, son frecuentes las complicaciones menores, además de observarse en algunos casos complicaciones mayores. Es fundamental desarrollar nuevas técnicas que permitan la fragmentación eficiente de las litiasis empleando ondas mecánicas con amplitudes reducidas para minimizar el dolor sufrido por el paciente, así como los efectos adversos y complicaciones de los procedimientos de litotricia por ondas de choque extracorpórea habituales.

3.- Litotricia extracorpórea mediante ondas de vórtice

El objetivo de los tratamientos LEOCH es la fragmentación de los cálculos, no su extracción. Ello se consigue sometiendo al cálculo a una serie de pulsos ultrasónicos de alta amplitud. Dichos pulsos son ondas mecánicas que producen esfuerzos de cizalla en el interior de los cálculos y elevadas tensiones internas. Tras someterse a tales esfuerzos mecánicos el cálculo se fractura en fragmentos más pequeños que son expulsados por el mismo organismo de manera natural.

La energía acústica se concentra en una zona relativamente pequeña, que rodea el punto focal del litotriptor y es la ubicación del cálculo renal de interés. La zona focal puede ser pequeña o grande, y se puede manipular la cantidad de energía o la presión máxima que se le aplica. Valores típicos de focalización para los litotriptores modernos son presiones de entre 50 y 150 MPa, suministradas a una zona focal de entre 3 y 6mm, tal y como se menciona en el documento C. Chaussy et al (4). Sin embargo, una elevada focalización no asegura la efectividad del tratamiento. Los litotriptores más focalizados tienden a tener menos ondas de choque que realmente impactan en el cálculo, quedando un remanente de energía de ondas de choque que se deposita directamente e n el tejido renal (5). Puesto que el cálculo tendrá más posibilidades de permanecer dentro de la zona focal durante el tratamiento si la zona es más grande, existen dispositivos que trabajan con presiones más bajas y regiones focales más amplias, por ejemplo 20 MPa sobre un foco de 20 mm. Los litotriptores de zona focal amplia producen lesiones renales más reducidas, por lo que son más ventajosos, tal y como se divulga en las referencias (6, 7). Además, se ha demostrado que las ondas de cizallamiento necesarias para causar grandes tensiones internas aumentan cuando la anchura focal es mayor que el diámetro del cálculo (8).

Actualmente, todos los litotriptores requieren cuatro elementos comunes: un mecanismo de generación de ondas ultrasónicas de alta intensidad, un mecanismo de focalización de dichas ondas, un medio de acoplo entre el sistema de generación y el cuerpo del paciente y un sistema de localización de los cálculos para la planificación y la monitorización del tratamiento. Los avances actuales para optimizar los resultados de la LEOCH se centran en la optimización de los parámetros del tratamiento, tales como son la caracterización inicial del tipo, situación y tamaño de los cálculos urinarios, optimizar el acoplamiento acústico y la tasa de repetición de las ondas, así como la secuencia de las ondas de choque. Por otro lado, y también con el fin de mejorar la técnica de litotricia extracorpórea, se encuentran en investigación las tecnologías de focalización de haces acústicos de la LEOCH, tal y como se divulga, por ejemplo, en la patente estadounidense US4865042 “Ultrasonic irradiation system”, en la que se propone un sistema de múltiples transductores acústicos en anillo, cuyas señales de excitación han sido desfasadas convenientemente para lograr enfocar en una zona focal bidimensional planta (de forma anular o elíptica), evitando la focalización secundaria indeseada a lo largo de la dirección de propagación.

Un ejemplo más reciente, referente a haces de vórtice tridimensionales helicoidales, se divulga por N. Jiménez et al (9). El haz de vórtice es una onda mecánica longitudinal, de frecuencia típicamente en el rango de los ultrasonidos, donde el campo acústico correspondiente presenta una singularidad de fase a lo largo de un eje. La dislocación de fase (típicamente, de tipo tornillo) produce un campo nulo en el eje del haz acústico debido a la interferencia destructiva de las ondas en ese punto. El máximo del campo tiene una distribución en forma anular o toroidal alrededor del foco. Sin embargo, la fase del campo varía linealmente a lo largo de la coordenada azimutal, por lo que el máximo de presión rota en función del tiempo. Ello hace que los haces de vórtice transfieran momento lineal y angular a la materia con la que interactúan de manera muy eficiente. Además, permiten dosificar la energía que se transfiere a dicha materia, ya que se pueden diseñar para que estén focalizados en una región concreta y con ciertos parámetros físicos (intensidad, frecuencia, tasa de repetición de las ondas, etc.) de acuerdo con el tamaño, ubicación y composición de la masa a destruir. Estos haces de vórtice permiten alcanzar una zona focal en tres dimensiones, volumétrica, de manera que simultáneamente y sin necesidad de reajustar el foco (electrónica o mecánicamente) se puede alcanzar una zona focal tridimensional, de manera intencional y controlada, que no se limita a un plano bidimensional.

A diferencia de las técnicas de fragmentación convencional, cuando el haz de vórtice ultrasónico de alta intensidad se focaliza sobre los cálculos, produce torques, esfuerzos de cizalla y elevadas tensiones internas que fragmentan dichos cálculos de manera mucho más eficiente que las técnicas actuales. Puesto que la generación de esfuerzos de cizalla es más eficiente empleando haces de vórtice, las amplitudes del campo ultrasónico necesarias para fragmentar los cálculos son mucho menores que en las técnicas de litotricia por onda de choque extracorpórea actuales, minimizando de esta manera los efectos indeseados sobre los tejidos blandos de alrededor. La Figura 1 muestra un esquema comparativo de las características físicas de la aplicación de litotricia extracorpórea convencional (ESWL) frente a la litotricia extracorpórea de vórtice acústico (LEVU).

En las técnicas LEOCH actuales los pulsos producen una compresión uniforme sobre el cálculo, por lo que para que se produzca la fragmentación del material sólido se han de alcanzar valores de presión de en torno a 60 MPa (megapascales) en la zona focal. En la técnica LEVU propuesta, el valor de presión de pico en la zona focal se puede reducir en un orden de magnitud, hasta valores de presión de alrededor de 6 Mpa (megapascales). En términos energéticos, la técnica LEVU reduce la energía necesaria para la fragmentación siendo ésta 100 veces menor que con técnicas LEOCH. De esta manera, el empleo de vórtices acústicos tiene un enorme potencial para reducir el riesgo de cavitación y daño a tejidos circundantes sanos, y constituir así una nueva generación de litotriptores más eficientes y seguros.

4.- Conclusión

Los haces acústicos de vórtice son ultrasónicos y de alta intensidad. Dichos haces de vórtice se focalizan sobre los cálculos produciendo torques, esfuerzos de cizalla y elevadas tensiones internas que fragmentan dichos cálculos de manera eficiente. Gracias a los vórtices acústicos, la energía de la excitación ultrasónica (en forma de ondas longitudinales) se convierte muy eficazmente en energía mecánica (como ondas transversales). Puesto que la generación de esfuerzos de cizalla es más eficiente empleando este tipo de haces, las amplitudes del campo ultrasónico necesarias para fragmentar los cálculos son mucho menores que en las técnicas de litotricia por ondas de choque extracorpórea actuales, reduciendo de esta manera los efectos indeseados sobre los tejidos blandos como hemorragias en tejidos circundantes o daños por cavitación.

5.- Bibliografía

1. Tran TY, McGillen K, Blanchard Cone E, et al. Triple D score is a reportable predictor of shockwave lithotripsy stone-free rates. J Endourol 2015;29:226. DOI: 10.1089/end.2014.0212
2. Sener NC, Imamoglu MA, Bas O, et al. Prospective randomized trial comparing shock wave lithotripsy and flexible ureterorenoscopy for lower pole stones smaller than 1cm. Urolithiasis. 2014. 42:127-31. DOI: 10.1007/s00240-013-0618-z
3. Ozturk MD, Sener NC, Goktug HN, et al. The comparison of laparoscopy, shock wave lithotripsy and retrograde intrarenal surgery for large proximal ureteral stones. Can Urol Assoc J. 2013 Nov-Dec;7(11-12):E673-6. doi: 10.5489/cuaj.346
4. C. Chaussy et al., “Extracorporeally Induced Destruction of Kidney Stones by Shock Waves”, Lancet, vol. 316, no. 8207, p. 1265–1268, 1980.
5. R. O. Cleveland et al., “Effect of Stone Motion on in Vitro Comminution Efficiency of Storz Modulith SLX”, J. Endourol., vol. 18, no. 7, p.629–633, 2004.
6. A. P. Evan et al., “Independent assessment of a wide-focus, low-pressure electromagnetic lithotripter: absence of renal bioeffects in the pig”, BJU Int., vol. 101, no. 3, p. 382–388,2008.
7. J. A. McAteer et al., “Independent Evaluation of the Lithogold LG-380 Lithotripter: In Vitro Acoustic Characteristics and Assessment of Renal Injury in the Pig Model”, J. Urol.,vol. 181, no. 4, p. 665–666, 2009.
8. R. O. Cleveland y O. A. Sapozhnikov, “Modeling elastic wave propagation in kidney stones with application to shock wave lithotripsy”, J. Acoust. Soc. Am., vol. 118, no. 4, p. 2667–2676, 2005.
9. N. Jiménez et al. Sharp acoustic vortex focusing by Fresnel-spiral zone plates”, Applied Physics Letters, 2018, vol. 112, no 20, p. 204101. doi: 10.1063/1.5029424