Extracorporale shockwave therapie bij tendinopathie: Een literatuuroverzicht van techniek, werkingsmechanismen en protocollen

Inleiding

Extracorporale shockwave therapie (ESWT) is een behandelmethode voor aandoeningen van het bewegingsapparaat die sinds de jaren ’90 van de vorige eeuw in opkomst is.^1-3 Bij ESWT wordt gebruik gemaakt van schokgolven (shockwaves), geluidsgolven met een hoge intensiteit, een methode die al langer gebruikt wordt binnen de geneeskunde voor lithotripsie (niersteenvergruizing). ESWT wordt in toenemende mate gebruikt voor het behandelen van (insertie) tendinopathieën van de fascia plantaris, rotatorcuff, extensoren en flexoren van pols/hand, achillespees en de patellapees.
Sommigen zien ESWT als een controversiële behandelmethode voor tendinopathie. Verschillende in vivo en in vitro studies tonen aan dat ESWT effecten heeft op histologisch en cellulair niveau,^4,5 maar klinische studies naar het effect van ESWT bij tendinopathie laten wisselende resultaten zien.^6,7 Een reden hiervoor kan zijn dat veel klinische studies methodologisch van matige kwaliteit zijn. Daarnaast speelt de grote hoeveelheid aan protocollen en met name ook de diversiteit aan schokgolf generatoren een rol in de controverse: de resultaten van onderzoek zijn moeilijk interpreteerbaar en generaliseerbaar. De controverse rond ESWT wordt bovendien versterkt doordat de exacte werkingsmechanismen van ESWT onduidelijk zijn. Het doel van dit artikel is om een beschrijving te geven van ESWT als behandelmethode bij tendinopathie. Achtereenvolgens komen aan de orde wat schokgolven zijn, welke technieken worden gebruikt voor het opwekken van schokgolven (de z.g. schokgolf-generatoren), wat de veronderstelde werkingsmechanismen zijn en wat belangrijke parameters zijn bij het gebruik van ESWT.

Schokgolven

Een schokgolf is een non-lineaire geluidsgolf, die wordt gekenmerkt door een zeer snel oplopende druk (figuur 1). In enkele nanoseconden (tr, figuur 1) loopt de druk op tot een maximum (P+) waarna de druk naar nul daalt (tf, figuur 1) en er vervolgens een negatieve druk ontstaat (P-). Hierna blijft de druk rond het nulpunt slingeren terwijl de amplitude afneemt. De totale duur van een schokgolf is ongeveer 10 µs.^8,9
Schokgolven verplaatsen zich door akoestisch homogene weefsels, zonder aanmerkelijk energieverlies. Maar aan grensvlakken van weefsels ontstaan door grote drukstijging (positieve fase) fysische interacties die meerdere directe mechanische effecten genereren, op de extracellulaire matrix en op cellulair en moleculair niveau.^8,10 Daarnaast veroorzaakt de negatieve of “tensile” fase van de schokgolf aan grensvlakken cavitatie. Bij cavitatie ontstaan door de lage druk luchtbellen in het weefsel die vervolgens imploderen waardoor er een tweede golf schokgolven ontstaat die zich met hoge snelheid verplaatst (z.g. microjets).^8,9 De schokgolf heeft dus een direct en een indirect (cavitatie) effect. Opgemerkt moet worden dat de eigenschappen van schokgolven in water worden gemeten en dat onbekend is hoe deze eigenschappen als gevolg van interacties, zoals reflectie en absorptie, in inhomogene weefsels zijn.

Opwekken van schokgolven

Voor het behandelen van tendinopathie met ESWT worden twee verschillende methoden gebruikt: gefocusseerde shockwave therapie en ongefocusseerde of radiale shockwave therapie. Bij de laatst genoemde methode wordt abusievelijk over shockwave therapie gesproken aangezien bij deze methode geen schokgolven worden opgewekt. Het verdient dan ook de voorkeur om in plaats van “radiale shockwave therapie” te spreken over “radiale drukgolf therapie”. De naamgeving van de beide methoden is afgeleid van de vorm van het drukveld dat gegenereerd wordt: bij gefocusseerde schokgolven is het drukveld convergerend (figuur 2), terwijl het drukveld bij radiale drukgolven divergerend is (figuur 3). Gefocusseerde schokgolven en radiale drukgolven verschillen niet alleen in de manier waarop ze worden opgewekt, maar met name ook qua golfkarakteristieken.

Gefocusseerde schokgolven

Er zijn drie methoden om gefocusseerde schokgolven voor ESWT op te wekken (figuur 4).

• Elektrohydraulisch (EH): Tussen twee elektroden in een waterbad (in de behandelkop) springt een vonk over. Hierdoor verdampt het water rond de elektroden en ontstaat een gasbel. Deze gasbel zet uit en implodeert vervolgens waardoor een schokgolf ontstaat. Door middel van een elliptische spiegel worden de schokgolven gefocust.^8,10S
• Elektromagnetisch (EM): Een elektrische lading wordt door een spoel in de behandelkop geleid waardoor een snel variërend magnetisch veld ontstaat. Tegenover de spoel ligt een metalen membraan met een tegengesteld magnetisch veld dat door het magnetisch veld van de spoel met grote snelheid van de spoel wordt wegbewogen waardoor er golven ontstaan in de omliggende vloeistof. Deze golven worden gefocust door middel van een akoestische lens waardoor schokgolven ontstaan.^8,10
• Piëzo-elektrisch (PE): Piezokristallen die in de met water gevulde behandelkop zijn aangebracht worden onder invloed van een elektrische spanning vervormd, waardoor een golf ontstaat in het water. De vorm van de bol zorgt ervoor dat de golven worden gefocust waardoor schokgolven ontstaan.^8,10

Er is een aantal verschillen tussen de drie gefocusseerde schokgolf generatoren. Zo is er een verschil in het moment waarop de schokgolf ontstaat. Bij EH is er al een schokgolf op het moment van implosie van de gasbel, terwijl bij EM en PE de schokgolf ontstaat door het focusseren. Hierdoor ontstaan er bij EM en PE alleen schokgolven bij hogere output instellingen.¹² Verder bleek uit onderzoek van Buizza et al.¹³ die een aantal lithotripsie apparaten onderzochten, dat de maximale druk die EH apparaten genereren variabeler is dan die van PE en EM apparaten (variatie coëfficiënt 30% vs. 5%). Dit zou te maken kunnen hebben met het feit dat het genereren van vonken tussen de twee elektroden nooit exact op dezelfde manier verloopt.

Een vergelijkende studie waarin de effectiviteit van een EH en een EM apparaat bij niersteenvergruizing werd vergeleken vond dat beide methoden effectief waren, maar bij het EH apparaat waren minder schokgolven nodig om de niersteen te vergruizen.¹⁴
Naast genoemde intertechnologie verschillen zijn er ook intratechnologie verschillen. Zo kunnen verschillende EM en EH apparaten verschillende schokgolfparameters (zoals piekdruk, oplooptijd van de golf en drukverdeling in de golf) hebben.^15,16

Radiale (ongefocusseerde) drukgolven

Radiale drukgolven worden opgewekt door een projectiel door middel van perslucht door een buis te schieten waarop aan het einde een eindplaat is bevestigd. Deze brengt de impuls over op het lichaam. De geluidssnelheid ligt in weefsel rond de 1500 m/s terwijl het projectiel bij het opwekken van radiale drukgolven slechts een snelheid haalt van ongeveer 20 m/s.¹⁰ Dit is te laag om een echte shockgolf te genereren en de fysische eigenschappen van deze radiale drukgolven zijn dan ook niet te vergelijken met die van schokgolven.¹⁷ Het is dan ook beter om over drukgolven te spreken.

Een aantal verschillen tussen gefocusseerde schokgolven en radiale drukgolven is te zien in figuur 5 en is weergegeven in tabel 1. Bij radiale drukgolf therapie worden de drukgolven, in tegenstelling tot de gefocusseerde methoden, niet in water opgewekt. Bij radiale drukgolven is de maximale energie het grootste op de plek waar de eindplaat contact maakt met de huid. Hoe verder in het weefsel, hoe meer de energie uitdooft.¹⁰ Radiale drukgolven werken dan ook met name oppervlakkig, terwijl gefocusseerde schokgolven de maximale energie in het ellipsoïde focusveld wordt geconcentreerd,^8,10 indien gewenst ook aanmerkelijk dieper onder het contactoppervlak (figuur 2).
Bij radiale drukgolfapparaten wordt de energie vaak uitgedrukt in het aantal bar en niet in het aantal mJ/mm2 zoals bij gefocusseerde schokgolf apparaten.
Omdat onbekend is welke eigenschappen van de opgewekte golf van belang zijn voor een effectieve behandeling zeggen deze verschillen niets over de effectiviteit van radiale drukgolven in vergelijking met gefocusseerde schokgolven.^10,18,19 Zo zouden gefocusseerde schokgolven en radiale drukgolven verschillende aangrijpingspunten en werkingsmechanismen kunnen hebben.¹⁶ Wel moet opgemerkt worden dat het meeste fundamentele en klinische onderzoek gedaan is met gefocusseerde schokgolfapparaten.
Er zijn behandelkoppen op de markt die door middel van focusseren radiale drukgolven zouden omzetten in gefocusseerde schokgolven. Echter, uit onderzoek van Cleveland et al.¹⁷ blijkt dat ook deze koppen ook geen echte schokgolven opwekken, maar nog steeds drukgolven genereren.

Biologische effecten van schokgolven bij tendinopathie

Er is een aantal, elkaar niet uitsluitende, hypothesen beschreven over hoe ESWT als behandeling van tendinopathie werkt. Deze effecten kunnen worden onderverdeeld in beïnvloeding van pijn, weefselregeneratie en destructie van calcificaties.

Beïnvloeding van pijn

Een van de hypothesen is dat ESWT een pijndempend effect heeft. Zo zou ESWT leiden tot hyperstimulatie analgesie.²⁰ Dit houdt in dat door overstimulatie van de behandelde plek er geen pijnsignalen meer door zouden komen naar de hersenstam.³ In enkele dierstudies werd aangetoond dat ESWT invloed heeft op de geleiding van pijnprikkels naar het centrale zenuwstelsel. Zo werd zes weken na toediening van ESWT een afname gevonden in de hoeveelheid substantie P.^4,21 Een andere studie liet zien dat ESWT leidt tot een verminderde CGRP (Calcitonin Gene-Related Peptide) expressie in de dorsale wortel ganglion.²² Substantie P en CGRP spelen beiden een rol bij geleiding van pijnprikkels. In een studie van Haake et al.²³ werd echter geen effect van ESWT op Substantie P en CGRP gevonden.
Bij tendinopathie is er soms sprake van vasculo-neurale ingroei in de pees. Deze ingroei zou gerelateerd zijn aan pijn.²⁴ Er zijn aanwijzingen dat ESWT invloed heeft op deze vasculo-neurale ingroei. Hausdorf et al.²⁵ toonden aan dat er als gevolg van ESWT een afname was van het aantal ongemyelineerde zenuwvezels op de behandelde plek in een diermodel, terwijl er geen afname was van het aantal gemyelineerde zenuwvezels. Ongemyelineerde zenuwen spelen een rol bij pijngeleiding. Afname van deze zenuwvezels zou leiden tot langdurige pijn vermindering.

Weefselregeneratie

Een tweede hypothese is dat ESWT een positief effect heeft op weefsel regeneratie. Wang et al.⁵ vonden een toename van neovascularisatie in de pees-bot overgang, onder andere middels het opwekken van groeifactoren als vasculo-endothelial growth factor (VEGF), na ESWT in een diermodel. De toename in doorbloeding zou volgens deze onderzoekers leiden tot weefsel herstel. Studies bij konijnen en pony’s lieten zien dat ESWT een positief effect heeft op de collageen productie en daarnaast leidt tot de afbraak van beschadigd collageen, resulterend in een verhoogde matrix-turnover, beide kunnen mogelijk bijdragen tot een verbeterd herstel van de pees.^26-28 Een recente theorie is dat ESWT door middel van mechanotransductie invloed heeft op stamcel migratie en proliferatie en zo het weefselherstel bevorderd.²⁹ Zowel bij de neovascularisatie als ook bij het aantrekken van stamcellen (voorloper of progenitor cellen) spelen naast groeifactoren, zoals VEGF en TGF (Transforming Growth Factor), ook chemotactische stoffen (zoals zuurstof radicalen en stikstofoxide) een rol.^5,30
De beschreven fundamentele studies naar de invloed van ESWT op pijn en weefselregeneratie zijn vooral uitgevoerd met gefocusseerde schokgolf apparaten. Naar de biologische effecten van radiale drukgolven is nauwelijks onderzoek gedaan (met uitzondering van de studie van Neuland et al.²⁹  die beide methoden gebruikten en verschillende, maar positieve, effecten vonden voor de twee methoden. Gefocuste golven hadden vooral een effect op stamcel proliferatie en radiale golven vooral op stamcel migratie).

Destructie calcificaties

Een derde hypothese is dat ESWT calcificaties in de pees vernietigd. Deze hypothese sluit aan bij de werking van lithotripsie, waarbij de schokgolf (waarschijnlijk door cavitatie als gevolg van de negatieve fase) de niersteen desintegreert. Een aantal onderzoeken liet zien dat calcificaties in de schouder verdwenen met behulp van ESWT.^31,32 Anderen vonden geen effect van ESWT op calcificaties.³³

Bijwerkingen

Tijdens de ESWT behandeling kan er pijn optreden op twee plaatsen; op de behandelde plek en op de huid. Pijnsensaties op de behandelde plek als gevolg van schokgolfbehandeling zijn gerelateerd aan de schokgolf intensiteit. De maximale druk lijkt minder invloed te hebben dan het volume van de 3-dimensionale ellipsoïde focus. Hoe groter de focus, hoe meer pijn wordt ervaren. Pijn op de huid hangt af van de grote van de lenshoek (α in figuur 4). Hoe groter de lenshoek, hoe meer de schokgolf energie is verspreid over de huid en hoe minder pijn op de huid wordt ervaren. PE apparaten worden door de kleine focus en de grote lenshoek vaak als het minst pijnlijk ervaren.³⁴ ESWT kan bij een te hoge intensiteit schade aanrichten in het behandelde weefsel. Een te hoge intensiteit (0.60 mJ/mm²) kan leiden tot schade aan het weefsel en een vermindering van de belastbaarheid.³⁵ Maier et al.³⁶ geven 0.50 mJ/mm² aan als veilige bovengrens. Bosch et al.²⁸ lieten zien in een dierstudie dat gefocusseerde schokgolven al bij een intensiteit van 0.14 mJ/mm² grote effecten hebben op gezond peesweefsel. Zij adviseren om gezond peesweefsel zo min mogelijk bloot te stellen aan ESWT en na de behandeling de pees tijdelijk minder te belasten. Een inventarisatie van 400 behandelingen met gefocusseerde ESWT bij tendinopathie aan de elleboog liet zien dat de behandeling kan leiden tot roodheid van de huid (21%), pijn (5%), kleine bloeduitstortingen (5%) en zwelling (3%) en in zeldzame gevallen tot migraine (1%) of flauwvallen (1%).³⁷
Gebaseerd op deze observaties kunnen zwangerschap, stollingsstoornissen en het gebruik van anticoagulantia als contra-indicatie worden beschouwd.

Schokgolfparameters

De twee belangrijkste veronderstelde effecten die ESWT heeft op tendinopathie zijn dus pijndemping en weefsel-regeneratie. Een probleem is dat onduidelijk is hoe de verschillende schokgolf- en behandelparameters samenhangen met deze biologische effecten.^38,39 Zo is het niet duidelijk of voor het effect de piekdruk (P+) van de schokgolf van belang is of de hoeveelheid energie per oppervlak (energie flux dichtheid) of de totaal toegediende schokgolfenergie.
Teneinde een beter inzicht te krijgen in de relatie tussen schokgolfparameters en behandelresultaten zijn er op initiatief van de ISMST (International Society for Musculoskeletal Shockwave Therapy) in een consensusrapport parameters
gedefinieerd die door fabrikanten van de diverse schokgolfapparaten gerapporteerd zouden moeten worden.³⁸ Deze parameters zouden vermeld moeten worden voor lage, medium en hoge outputinstellingen van het schokgolfapparaat. Zo kunnen de verschillende apparaten en instellingen beter worden vergeleken door weergave van de volgende parameters.

• Maximale positieve druk (P+ in MPa): de maximale positieve druk die wordt bereikt (zie figuur 1). De maximale positieve druk varieert tussen de verschillende apparaten en opwekkingsmethoden.
• Focale zone: de focale zone is een 3- dimensionale ellipsoïde (sigaarvormig) waar de druk boven een bepaalde waarde ligt, vaak is deze waarde de helft van de maximale druk P+. De focale zone is een maat voor het behandelingsgebied.
• Energie (E in mJ): de schokgolf energie wordt berekend door het oppervlak van de druk-tijd functie te nemen (figuur 1) voor ieder punt in de focale zone.
• Energie flux dichtheid (ED in mJ/mm²): de energie flux dichtheid is de energie per oppervlakte eenheid (mm2). Wanneer er in de literatuur gesproken wordt over hoge, medium of lage energie schokgolven wordt er gerefereerd aan deze maat. Er bestaan een aantal classificaties (zie tabel 2). De energie flux dichtheid is een maat voor de hoeveelheid energie per oppervlak en staat los van het feit of het ook in het hele gebied om een echte schokgolf gaat.

Behandelparameters

Naast de beschreven schokgolf parameters is er in de literatuur ook een relatie gelegd met andere factoren die mogelijk invloed hebben op de effectiviteit van ESWT.^7,39 Het gaat om de volgende behandelparameters:
Impuls frequentie (in Hz): Dit is het aantal golven dat per seconde door het apparaat wordt afgegeven. Dit kan afhankelijk van het type apparaat variëren van ongeveer 0 -10 Hz voor gefocusseerde schokgolfapparaten en ongeveer 0–20 Hz voor radiale drukgolfapparaten.
Aantal impulsen per behandeling: Dit is het totale aantal golven dat per behandeling wordt toegediend. Er is weinig bekend over de relatie tussen klinische uitkomsten en het aantal impulsen per behandeling voor de verschillende tendinopathieën. Een studie met fasciitis plantaris patiënten die twee protocollen direct met elkaar vergeleek, liet zien dat drie ESWT behandelingen met 500 impulsen effectiever was dan drie behandelingen met 100 impulsen in het verminderen van subjectieve pijn.⁴⁰
Interval tussen behandelingen: De tijd tussen twee opeenvolgende ESWT behandelingen varieert. Bij EH apparaten wordt over het algemeen een langer interval aangehouden dan bij EM en PE. De literatuur geeft geen duidelijkheid over de relatie tussen het tijdsinterval tussen behandelingen en het behandelresultaat.
Aantal behandelingen: Het aantal ESWT behandelingen dat wordt gegeven voor de indicatie tendinopathie varieert in de literatuur.Zo is in de literatuur beschreven dat dit varieert van 1 tot 5 behandelingen bij patellatendinopathie en van 1 tot 6 behandelingen bij plantaire fasciopathie.^41,42 Bij gefocusseerde schokgolftherapie ligt het aantal behandelingen gewoonlijk lager dan bij radiale drukgolftherapie. Er zijn geen studies uitgevoerd die uitsluitsel geven over de relatie tussen het aantal behandelingen en behandelresultaten.
Lokalisatie methode: De te behandelen plek kan worden bepaald door palpatie of echografie. Bij palpatie wordt in de literatuur meestal gekozen om de meest pijnlijke plek te behandelen. Met echografie kan bepaald worden waar zich hypo-echogene zones bevinden. Het blijkt echter dat afwijkingen in de pees niet altijd samengaan met klachten en dat veranderingen in klachten en echografische afwijkingen niet altijd correleren.^43-45
Anesthesie: Plaatselijke verdoving wordt soms toegepast bij ESWT, voornamelijk bij EH apparaten, omdat deze als het meest pijnlijk worden ervaren.³⁴ Enkele studies vergeleken het behandelen met verdoving met het behandelen zonder verdoving. Het effect van de behandeling op subjectieve pijnscore was in al deze studies, waarin EM generatoren werden gebruikt, groter wanneer er zonder verdoving werd behandeld.^46-48
In welke fase toedienen: De effectiviteit van ESWT hangt waarschijnlijk ook af van het stadium waarin het wordt toegepast. ESWT lijkt het beste om toe te passen in het stadium van tendinopathie waarin het natuurlijk herstelvermogen is afgenomen en wanneer conservatieve behandeling (zoals excentrisch trainen) geen resultaat heeft.^49,50 Twee recente klinische studies laten zien dat het gebruik van ESWT in de vroege fase van tendinopathie niet effectief is.^51,52
Bijkomende behandelingen: ESWT kan gecombineerd worden met andere behandelingen. In de eerste fase na het behandelen met ESWT lijkt het beter om zware fysieke inspanning te vermijden omdat een studie bij paarden liet zien dat de pees enkele uren na ESWT minder belastbaar is en onbekend is wanneer deze verminderde belastbaarheid afneemt.²⁸ Hoewel er weinig onderzoek naar is gedaan, zou het mogelijk kunnen zijn dat een combinatie van behandelingen door een synergistische werking tot betere resultaten leidt. Een conservatieve behandeling van tendinopathie waar evidentie voor is, is het excentrisch trainen van de aangedane pees.⁵³ Enkele studies vonden betere resultaten (een verbetering in pijn en functie) voor een combinatie van excentrisch trainen met ESWT in vergelijking met excentrisch trainen alleen, bij Achilles tendinopathie en patellatendinopathie.^54,55

Conclusie

Het doel van dit artikel was een beschrijving te geven van ESWT als behandelmethode bij tendinopathie. ESWT is een nieuwe, volgens sommigen controversiële methode voor het behandelen van tendinopathieën. Van ESWT zijn verschillende biologische effecten beschreven. ESWT lijkt een effect te hebben op de geleiding van pijnprikkels en weefselregeneratie, maar de exacte werkingsmechanismen van ESWT zijn nog onvoldoende onderzocht. Het formuleren van standaard schokgolfparameters in het consensus rapport van de ISMST³⁸ en de studies naar de biologische effecten van schokgolven vormen samen een goede stap om dit werkingsmechanisme in kaart te brengen. Verder basaal wetenschappelijk onderzoek is nodig om meer zicht te krijgen in het werkingsmechanisme, waarbij het van belang is dat ook de effecten van radiale drukgolven in kaart worden gebracht. Daarnaast zijn goed opgezette studies naar het effect van ESWT (zowel gefocusseerde schokgolftherapie als radiale drukgolftherapie) op de verschillende tendinopathieën nodig, waarbij de verschillende shockwave en behandelparameters systematisch worden gemanipuleerd, zodat ook de invloed van deze parameters in kaart kan worden gebracht. Op deze manier kan de bestaande controverse rond deze behandelmethode worden verminderd en tot een beter behandelprotocol worden gekomen.