EFEITOS DA VIBRAÇÃO SONORA (FREQUÊNCIAS) NA SAÚDE HUMANA – ESTUDO CIENTÍFICO

Abstrato

Este artigo apresenta uma revisão narrativa da literatura de pesquisa para “mapear a paisagem” dos mecanismos do efeito da vibração sonora em humanos, incluindo os aspectos fisiológicos, neurológicos e bioquímicos. Começa estreitando a música ao som e o som à vibração. O foco está no som de baixa frequência (até 250 Hz), incluindo infra-som (1–16 Hz). Os tipos de aplicação são descritos e incluem vibração de corpo inteiro, vibroacústica e aplicações focais de vibração. A literatura sobre mecanismos de resposta à vibração é categorizada em hemodinâmica, neurológica e musculoesquelética. Mecanismos básicos de efeitos hemodinâmicos incluindo estimulação de células endoteliais e vibropercussão; de efeitos neurológicos, incluindo ativação de proteínas quinases, estimulação nervosa com uma visão específica de analgesia vibratória e coerência oscilatória; de efeitos músculo-esqueléticos, incluindo reflexo de estiramento muscular, destino do progenitor de células ósseas, efeitos de vibração na ossificação e reabsorção óssea e efeitos anabólicos na coluna vertebral e nos discos intervertebrais. Em cada categoria são descritas pesquisas sobre aplicações clínicas. A conclusão aponta para a complexidade do campo da medicina vibracional e apela a pesquisas comparativas específicas sobre o tipo de emissão de vibração, quantidade de corpo ou superfície a ser estimulada, efeito de frequências e intensidades específicas em mecanismos específicos, e para uma maior cooperação e foco interdisciplinar.

Palavras-chave: vibração, vibração de corpo inteiro, terapia vibroacústica, fisioacústica, hemodinâmica, neurológica, musculoesquelética, música como vibração, música e saúde

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1. Introdução

A música tem o poder de afetar nossa saúde e bem-estar. Essa crença e a prática cultural relacionada têm sido evidentes ao longo da história [ 1 , 2 ], mas a profissão clínica de musicoterapia tem apenas 75 anos. Como um campo de prática, a musicoterapia tem sido descrita como uma arte e uma ciência e, no que diz respeito à ciência, sua base de pesquisa baseou-se nas tradições psicanalíticas, humanísticas e comportamentais [ 3 ]. Como uma prática emergente no contexto da saúde, o foco da musicoterapia (uma relação terapêutica que emprega a música como meio) e da musicoterapia (a música ou o próprio som como terapêutica) tem sido principalmente baseada em evidências. Os mecanismos de efeito receberam pouca atenção até recentemente. Para desenvolver legitimidade clínica e científica nos cuidados de saúde gerais e expandir a sua utilização como padrão de cuidados, a investigação sobre o uso da música deve mostrar tanto que funciona (investigação baseada em evidências) como porque funciona (investigação baseada em mecanismos).

Parte do problema de criar uma base científica para os efeitos da música nos cuidados de saúde é que a música é um fenómeno muito complexo; controlar cientificamente seus parâmetros é praticamente impossível. Isto é, se a música for abordada como “música” – um produto construído cognitivamente de um fenómeno acústico culturalmente situado – as variáveis que podem afectar uma resposta são praticamente ilimitadas. Os esforços para fornecer relatórios mais detalhados da música usada na pesquisa são um começo [ 4 ]. No entanto, outra abordagem é definir o nível potencial do mecanismo de resposta.

1.1. Conceitos Básicos

1.1.1. Mecanismo

Concentrar-se no próprio mecanismo pode ser altamente complexo. Craver e Bechtel [ 5 ] descrevem quatro dimensões de mecanismos: (1) uma dimensão fenomenal – um mecanismo faz coisas. Para a música, o ouvido humano oferece uma ilustração básica do mecanismo. O ouvido traduz a compressão e descompressão das moléculas de ar na percepção consciente do som. (2) Uma dimensão componencial – um mecanismo possui componentes. Em uma descrição simplificada, o ouvido possui componentes, incluindo o tímpano, o martelo, a bigorna, o estribo e a cóclea, que transmitem a vibração aos cílios, que traduzem a vibração física em um sinal elétrico para o nervo auditivo. (3) Uma dimensão causal – os componentes interagem para fazer o fenômeno acontecer. Os componentes do ouvido transformam as compressões de ar em sinais elétricos transmitidos através do nervo auditivo para o sistema de processamento perceptual interno (um mecanismo complexo em si). (4) Uma dimensão organizacional – os componentes são organizados no espaço e no tempo. Existe uma organização particular dos componentes do ouvido e como eles interagem que faz com que a vibração seja percebida como som.

A questão básica de quais são os mecanismos de como as pessoas apreciam a música ilustra um aspecto muito importante do desafio de estudar os mecanismos – o ouvido é essencial na percepção da música, mas é apenas um começo para a compreensão da cascata de mecanismos ou causas. de prazer musical. Essa compreensão envolveria uma definição mais aprofundada dos núcleos auditivos no tronco cerebral, o papel e a função do tálamo, os meios de transmissão para o córtex auditivo, o papel da memória no processo perceptivo, a interação da expectativa com neurotransmissores como a dopamina e seus papel na resposta percebida e assim por diante. Da mesma forma, a questão de como o som de baixa frequência estimula a circulação sanguínea leva a um exame da resposta das células endoteliais, resultando na liberação de óxido nítrico e seu efeito no fluxo sanguíneo e assim por diante.

O ponto crucial aqui, e uma advertência importante para este artigo, é que a pesquisa sobre os mecanismos do efeito da música na saúde é incipiente e, na maioria dos casos, focada nos componentes mais óbvios do que pode ser presumido ser um sistema complexo [ 6 , 7 ]. Este artigo tentará, portanto, apontar na direção de mecanismos potenciais que parecem estar emergindo para estudos mais aprofundados, em vez de servir como uma explicação detalhada de um conjunto de mecanismos definidos.

1.1.2. Tipos de estímulo e resposta

Um ponto de partida para estudar os mecanismos é tentar categorizar por tipo de estímulo e tipo de resposta. Um dos eixos difíceis no pensamento de muitos investigadores da saúde é diferenciar entre “música” e “vibração sonora” como estímulo. A maior parte da pesquisa realizada por neurocientistas cognitivos concentra-se na “música” e muitas vezes com pouco controle dos parâmetros dessa música, uma vez que a suposição é que o efeito decorre apenas do processamento cognitivo dessa música [ 8 , 9 ].

Dentro da ampla categoria de “música” como estímulo, o foco da resposta pode estar nos efeitos gerais como excitação, humor, emoção, relaxamento, estresse, etc., e com a suposição de que essas respostas resultam de reações de prazer ou aversão, associações de memória ou algum processo neurológico inerente [ 8 ]. Todas essas respostas podem ser atribuídas a esquemas, processos e associações aprendidas desenvolvidas através da imersão cultural socialmente mediada desde os primeiros dias de exposição à música [ 10 ].

Uma segunda categoria de mecanismos dentro da “música” é observar o efeito da cognição musical na ativação de circuitos neurais e funções neurais específicas. Isso foi mais claramente definido em relação à reabilitação [ 11 , 12 ].

Quando a música ou o som audível são considerados por seus efeitos vibratórios (ritmicidade), surge uma terceira categoria de mecanismo de resposta e seu foco torna-se principalmente celular [ 10 ]. O uso mais básico e antigo do efeito vibratório é a “agitação” mecânica do corpo e, mais recentemente, de áreas e células específicas. Outra categoria mais específica de resposta celular é o efeito de conduzir uma resposta modulatória neural. A importância da atividade cerebral rítmica e o potencial da estimulação sensorial para impulsioná-la não receberam muita atenção até recentemente [ 13 , 14 ]. No entanto, para a música como fenômeno vibratório este é um mecanismo importante a ser estudado.

1.1.3. Ritmicidade Vibratória

Fundamental para os efeitos vibratórios é a ritmicidade da música. Pode ser pensado como eventos por segundo e segundos por evento [ 15 ]. Quando há mais de 16 eventos por segundo, a fusão de eventos cognitivos muda da percepção do evento individual para as frequências do tom auditivo. O efeito de estimulação rítmica nas células, no entanto, continua a estar relacionado com os eventos por segundo, mesmo, por exemplo, a 40 ou 60 eventos por segundo (Hz). Se os eventos forem mais lentos do que cerca de 10 s por evento, a memória de longo prazo poderá permitir a percepção como unidades funcionais da forma musical, mas estas não serão ouvidas como eventos individuais. Os ciclos de ritmo corporal, como o ciclo de controle dos barorreceptores de 10 s, ainda podem ser uma resposta ao arrastamento por eventos recorrentes nesta frequência e influenciar essas ondas de Mayer para liberar óxido nítrico derivado do endotélio [ 16 ]. Entre 16 eventos por segundo e 10 s por evento encontra-se a área onde a memória de curto prazo permite a percepção cognitiva dos eventos individuais como notas, padrões ou agrupamentos melódicos. Nesta categoria, as pessoas alinham movimentos físicos como correr, caminhar, dançar, bater os pés ou os dedos ou rastrear mentalmente com a batida. Esta categoria de ritmicidade rastreada cognitivamente tem efeitos conhecidos de arrastamento neural, cardíaco e respiratório e é usada terapeuticamente, por exemplo, na estimulação auditiva rítmica (RAS) [ 11 ]. No entanto, também tem efeitos diretos nas células através do movimento mecânico.

Este artigo não focará na música como “música”; focará exclusivamente na ritmicidade da música e no som como vibração. Em muitos casos, o foco está no efeito de frequências únicas, embora estas frequências possam estar incorporadas na música e ouvidas pelo receptor simplesmente como música.

1.2. Aplicações Vibratórias à Saúde

1.2.1. Predicados históricos

É comum encontrar estudos sobre o efeito da vibração e do som de baixa frequência em pesquisas voltadas para a indústria. Esses estudos normalmente se concentram nos efeitos potencialmente negativos de ambientes de trabalho específicos, no uso de equipamentos específicos e, principalmente, na exposição a vibrações e ruídos de baixa frequência [ 17 , 18 ]. Contudo, há também uma longa história de interesse nos efeitos positivos da vibração. Passeios de carruagem em paralelepípedos ásperos passaram a ser associados a efeitos positivos para a saúde e foram criadas “cadeiras” mecânicas que emulam esses passeios. No século 18, o Abbéde St. Pierre criou o tré moussoir ou fauteuil de poste como uma cadeira vibratória para ajudar pacientes com melancolia, doenças hepáticas e outras condições que pareciam responder aos passeios de carruagem [ 19 ]. O século 19 viu um interesse considerável na vibração e no desenvolvimento de ferramentas vibratórias, incluindo a cadeira criada pelo Dr. Jégu depois de ver os sintomas da doença de Parkinson (DP) acalmados por um passeio de carruagem [ 19 , 20 ]. Jean-Martin Charcot, o neurologista mais notável daquele século, começou a estudar DP com a cadeira, mas reconheceu um médico anterior, M. Vigoroux, que em 1878 usou uma caixa de ressonância com um grande diapasão acoplado, tocado com um arco para tratar com sucesso pacientes com hemianestesia e ataxia locomotora [ 21 ]. Charcot também descreveu o tratamento de neuráglia e enxaquecas pelo Dr. Boudet, de Paris, com diapasões montados em pequenas tábuas. Gilles de la Tourette, assistente de Charcot, aplicou a ideia da terapia vibratória ao cérebro [ 19 , 20 , 21 ] com um capacete de metal que ele desenvolveu com um motor na parte superior, fazendo com que o capacete vibrasse a 10 Hz. Verificou-se que tem um efeito positivo na insônia, enxaquecas e depressão e outras condições vagas [ 21 ].

1.2.2. Conceitos Atuais de Aplicação Terapêutica para Vibração

A vibração de corpo inteiro (WBV), também conhecida como aceleração periódica de corpo inteiro (WBPA), é um tipo de aplicação que surgiu do interesse pela vibração dos séculos XVIII e XIX. WBV, uma vibração mecânica normalmente criada com plataformas oscilantes independentes, desenvolvida em grande parte em resposta às preocupações sobre o efeito da ausência de peso no espaço nos ossos e músculos e depois foi rapidamente aplicada nos esportes [ 22 ]. Embora as plataformas WBV atuais possam produzir frequências de vibração de até 100 Hz, frequências abaixo de 30 Hz são mais comumente usadas. Nos últimos 20 anos, tem havido um interesse crescente nos efeitos da VCI na densidade óssea, nas preocupações ortopédicas e neurológicas [ 23 , 24 ].

Mais de acordo com os primeiros usos de diapasões para estimulação sensorial é a prática da terapia sonora de baixa frequência (e mais intimamente relacionada à musicoterapia) que se desenvolveu nos últimos 50 anos e agora é comumente conhecida como terapia vibroacústica (VAT). A WBV normalmente usa frequências abaixo de 30 Hz, enquanto a VAT usa 30–120 Hz. Olav Skille na Noruega e Petri Lehikoinen na Finlândia foram os líderes no uso do som sinusoidal para estimular o corpo para fins terapêuticos. Skille colocou ênfase especial em tons únicos de 40, 52, 68 e 86 Hz modulados com um aumento e queda constante de amplitude a uma taxa de cerca de 6,8 s de pico a pico. Uma aplicação notável desse método em pesquisa foi feita por Wigram [ 25 , 26 ]. Em vez de frequências únicas, Lehikoinen usou varredura de frequência constante com a intenção de tratar os músculos em sua frequência de ressonância específica, pulsação lenta para evitar a contração muscular e, às vezes, movimento direcional do som [ 27 ]. Lehikoinen desenvolveu o sistema de cadeira NextWave que foi aprovado pela Federal Drug Administration (FDA) e pelo British Standards Institution (BSI) em 1996 para três reivindicações relacionadas à terapia fisioacústica: aumento da circulação sanguínea e linfática, diminuição da dor e do estresse e aumento do relaxamento e mobilidade muscular [ 28 ]. Vários dispositivos que incluem cadeiras, encostos de cadeiras, camas, tapetes, travesseiros, mochilas e unidades portáteis menores foram desenvolvidos desde então.

1.3. Definições, Esclarecimentos e Terminologia

1.3.1. Fonte de estimulação pulsada: ondas sonoras ou compressão mecânica

Para revisar a literatura relacionada à vibração, uma das questões fundamentais que requerem esclarecimento é se a estimulação do corpo com ondas sonoras é de alguma forma diferente da vibração mecânica. Como as pessoas ouvem ondas sonoras e sentem vibrações mecânicas, uma conclusão fácil é que as duas coisas são categoricamente diferentes. No entanto, o som em essência é uma vibração mecânica que é transmitida através de um meio [ 29 ]. No meio do ar, o atuador sonoro cria uma vibração que resulta em compressões e descompressões regulares das moléculas de ar que viajam para a superfície receptora do corpo, como a membrana timpânica do ouvido ou os mecanorreceptores da pele. Na água, uma membrana de oscilação rápida criaria compressões e descompressões das moléculas de água. Uma vez em contato com o corpo, a compressão e descompressão da superfície do corpo é transmitida através dos ossos e tecidos e pode ser detectada por um conjunto de mecanorreceptores ou pelo nosso sistema auditivo.

No nível celular ou molecular do corpo, provavelmente não há diferença entre a ativação por moléculas de ar que aplicam uma pressão de onda senoidal regular no corpo, por uma superfície que aplica pressão oscilatória decorrente de um eixo de motor giratório, ou pelo próprio corpo se movendo contra a gravidade. uma plataforma oscilante. Outra maneira de entender isso pode ser comparar a aplicação do som para produzir vibração e a aplicação da vibração para produzir som. O som que se propaga através de um material pode vibrar o material e ser sentido fisicamente como uma massagem, como em um dispositivo vibroacústico [ 30 ]. A vibração mecânica também pode produzir som. Fones de ouvido de condução óssea estão disponíveis comercialmente e são construídos para serem posicionados ao longo do crânio. A vibração mecânica dos ossos do crânio se propaga para o ouvido interno e é percebida como som [ 31 ]. Portanto, o intercâmbio de vibração sonora e mecânica demonstra que são, em essência, a mesma coisa.

1.3.2. Vocabulário e Inclusão

É necessário esclarecimento sobre o vocabulário utilizado neste campo. Já explicamos o IVA e o WBV. Outro termo usado é estimulação sensorial rítmica (RSS) e inclui vários tipos de estimulação pulsada (rítmica). RSS inclui movimento rítmico de todo o corpo, estimulação vibrotátil de todo ou parte do corpo, pulsos auditivos emitidos como unidades sonoras individuais (como batidas em um tambor, toques de uma corda, “ondas” de interação resultantes de desafinação binaural ou som modulado em amplitude isócrona trens) ou como compressões moleculares que criam som contínuo (pesquisa geralmente focada em som de baixa frequência de 20 a 130 Hz) e flashes ou oscilações de luz visual. O ultrassom pulsado também pode ser considerado um tipo de estimulação mecânica vibracional e é normalmente aplicado em rajadas de 2 ms, mas com proporções variadas de som e silêncio de 1:1 (250 Hz) a 1:20 (45 Hz).

Ao considerar o uso de pulsos rítmicos para estimular o corpo, uma questão é se a estimulação elétrica e o ultrassom pulsado são comparáveis à vibração mecânica. Bartel et al. [ 32 ] traçaram paralelos entre frequências de pulsação usadas na estimulação elétrica e ultrassom pulsado com frequências para VAT. Muitos anos atrás, Charcot postulou que a estimulação vibratória não era diferente da estimulação elétrica e mostrou resultados semelhantes [ 21 ]. Neste artigo, a revisão de mecanismos específicos ativados por vibração será restrita a estudos que utilizam vários meios vibratórios sônicos e mecânicos, desde vibração geral do corpo até pontos focados de vibração entregues com sondas em forma de lápis. No entanto, uma revisão futura mais extensa dos mecanismos ativados pela estimulação pulsada poderá incluir também a estimulação elétrica e ultrassonográfica pulsada.

Uma questão final é se a vibração de corpo inteiro (VCI) é fundamentalmente diferente da terapia vibroacústica (VAT) e, portanto, os estudos de VCI não podem ser misturados com a VCI no exame dos mecanismos. Primeiro, embora muitas aplicações da WBV utilizem frequências no nível do infra-som (1–15 Hz), elas também utilizam frequências mais altas (por exemplo, 20–40 Hz) na mesma faixa que o VAT frequentemente utiliza. A estimulação musical e o VAT podem empregar unidades sonoras pulsadas de 1 a 15 Hz e, de fato, o “ritmo” na música ocorre principalmente nessa frequência. Portanto, não existe uma frequência definida que o torne um ou outro. Em segundo lugar, o eixo da vibração aplicada pode ser um discriminador entre abordagens (por exemplo, vertical (axial), horizontal ou multidirecional), mas no nível do mecanismo não parece haver uma diferenciação estrita. Por exemplo, com fluxo sanguíneo axial lento (direção da coluna), a VCI cria estresse pulsátil nas células endoteliais e, portanto, aumenta o fluxo sanguíneo a 1 ou 2 Hz [ 33 ], mas também com estimulação sonora a 50 Hz [ 34 ]. A condução rítmica da coerência oscilatória acontece com pulsos rítmicos em 1 ou 2 Hz (arrastamento delta, por exemplo, efeitos RAS) e em 10 Hz (alfa), 20 Hz beta ou gama de 40 Hz, etc. , WBV e VAT serão considerados dentro do mesmo domínio da estimulação pulsada.

1.4. Metodologia e Escopo

1.4.1. Abordagem de revisão narrativa

Na próxima seção apresentaremos uma revisão narrativa da literatura de pesquisa que tenta mapear a “configuração do terreno” básica dos mecanismos estimulados por vibração e quais condições de saúde podem ser afetadas. Esta não é uma revisão crítica sistemática da metodologia de pesquisa, mas sim um esforço de “catalogação” para descrever aplicações de vibração e mecanismos de efeito. Este esforço foi motivado pela percepção de que isso não foi feito até o momento. Os pesquisadores que trabalham nos mecanismos do efeito vibratório trabalharam essencialmente em silos. Decidimos procurar pontos em comum entre os silos, observando não o dispositivo vibratório, a frequência ou o contexto de aplicação, mas sim os mecanismos envolvidos. Consequentemente, a nossa procura de estudos a incluir foi um processo emergente do geral para o específico, com a intenção de identificar categorias de mecanismos e, em seguida, as especificidades dentro das categorias. Usamos uma estratégia básica para localizar estudos candidatos: uma pesquisa em bases de dados eletrônicas, incluindo PubMed, Scopus e Google Scholar. As pesquisas iniciais incluíram termos como “Vibração e Saúde”, “Mecanismo de vibração” e “Tratamentos de vibração” dos anos de 1975 a 2021. Filtramos com base no número de citações e consideramos primeiro os trabalhos mais citados. Após uma coleta inicial de literatura e, como pesquisadores começando com o maior conhecimento do VAT, onde as reivindicações da FDA de 1996 para efeitos de circulação sanguínea, redução da dor (neurológica) e mobilidade (musculoesquelética) foram estabelecidas, decidimos nos concentrar em três conceitos centrais de mecanismos de vibração para pesquisas futuras: os efeitos da vibração no sangue, nos nervos/cérebro e nos ossos/músculos. Uma pesquisa mais refinada incluiu termos como “vibração e mecanismo sanguíneo”, “vibração e mecanismo neuronal”, “vibração e cérebro”, “vibração e mecanismo ósseo/muscular”, etc., seguidos por mecanismos específicos como estimulação endotelial ou resposta mecanorreceptora. A identificação e seleção de artigos foi motivada principalmente por uma tentativa de descrever o “campo”, a “configuração do terreno” da pesquisa sobre vibrações. Além disso, nosso foco estava intimamente ligado ao mecanismo e não à pesquisa clínica baseada em evidências relacionadas à vibração, sem atenção ao mecanismo. Os artigos foram escolhidos com base no fato de acreditarmos que eles contribuiriam para a nossa compreensão dos efeitos da vibração na saúde através dessas áreas.

1.4.2. Mecanismos de resposta à vibração

A estimulação auditiva e vibrotátil do som de baixa frequência apresenta efeitos que são essencialmente o resultado de duas categorias de mecanismos: (1) físico, através de meios musculares e celulares, e (2) neurológico, através da estimulação sensorial de nervos e receptores. No nível físico, a vibração sonora é detectada por receptores táteis na pele externa (discos de Merkel – detectando a força vibratória e respondendo principalmente a 5–15 Hz), pele interna (corpúsculos de Meisner – detectando a frequência vibratória e respondendo principalmente a 20–50 Hz) e em tecidos mais profundos (corpúsculos de Pacini – detectando aceleração e respondendo mais a 60–400 Hz) [ 35 , 36 ]. Para evitar o entorpecimento desses sensores, o VAT geralmente varia constantemente em amplitude (pulsação de potência) e/ou frequência (varredura). Um efeito fisioterapêutico pode ser obtido a nível celular e linfático devido ao aumento do transporte de fluidos e resíduos celulares, aumento do metabolismo celular [ 37 , 38 ], aumento da circulação sanguínea e relaxamento muscular devido a uma resposta de ressonância. Dentro do cérebro, a vibração hipoteticamente aumenta o fluxo do líquido cefalorraquidiano e acelera a remoção de resíduos metabólicos [ 39 ]. A maioria das pesquisas com VAT não explorou os efeitos oscilatórios neurais, mas estudos recentes mostram [ 40 , 41 , 42 , 43 , 44 ] efeitos cerebrais potenciais, especialmente através da aplicação prolongada de uma única frequência (por exemplo, 40 Hz).

Em 1996, a Federal Drug Administration (FDA) revisou a cadeira fisioacústica Next Wave projetada para fins médicos com seis alto-falantes subwoofer embutidos usados para aplicar vibração sonora de baixa frequência ao corpo, dos joelhos aos ombros, em frequências de 20 a 130 Hz. O FDA aprovou três reivindicações para o tratamento na época chamado de terapia fisioacústica [ 28 ]: (1) aumento da circulação sanguínea, (2) diminuição da dor e (3) aumento da mobilidade. Embora nenhuma evidência tenha sido fornecida na época sobre os mecanismos de ação, as três áreas apontaram geralmente para efeitos hemodinâmicos, efeitos neurológicos e efeitos musculoesqueléticos. Esta aprovação da FDA é importante e digna de nota porque parece ser o primeiro dispositivo de vibração aprovado para múltiplas reivindicações. Embora dispositivos de vibração de corpo inteiro (WBV) tenham sido usados por muitos anos com a intenção de desenvolver força óssea e muscular, a aprovação do FDA não foi concedida [ 45 ]. Mais recentemente, dispositivos específicos de aplicação limitada que usam vibração foram liberados para venda [ 46 , 47 ]. No entanto, os efeitos reivindicados para a VCI e os dispositivos recentes enquadram-se nas categorias originais de reivindicação de 1996. Além disso, as amplas categorias gerais para as reivindicações de terapia fisioacústica abrangem a grande maioria dos mecanismos que descobrimos na literatura. As exceções foram principalmente nos efeitos da agitação mecânica relacionada ao catarro e ao muco [ 48 ] ou ortodontia [ 49 ].

1.5. Organização da Análise de Mecanismos

Nas três seções seguintes explicamos três categorias principais de mecanismos ativados pela vibração aplicada ao corpo: hemodinâmicos, neurológicos e musculoesqueléticos. Utilizando o conceito de mecanismo estabelecido por Craver e Bechtel [ 5 ] consideramos as dimensões causal e organizacional para identificar o que chamamos de mecanismos básicos e submecanismos. Esta é uma simplificação utilitária para focar, o que na maioria dos casos é um sistema complexo, na sequência organizacional. Por exemplo, a vibração resulta na estimulação das células endoteliais (mecanismo básico ou de primeira etapa), que por sua vez libera óxido nítrico e adrenomedulina, que têm efeitos diferentes e por isso são designados submecanismos. Como afirmamos anteriormente, esta não será uma descrição exaustiva e definitiva de cadeias complexas de ações mecanicistas. Em vez disso, pretendemos apontar direções para futuras investigações sobre os efeitos da vibração no corpo. Além de identificar mecanismos causais básicos, descrevemos algumas aplicações relacionadas à saúde. Nem todo mecanismo descrito na pesquisa tem aplicações clínicas claras. Este é um campo emergente onde é necessária muito mais investigação e onde é necessária a tradução do conhecimento para aplicação clínica.

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2. Efeitos hemodinâmicos

2.1. Mecanismo Básico: Estimulação de Células Endoteliais

2.1.1. Submecanismo: Óxido Nítrico

Um dos efeitos da vibração aplicada ao corpo reconhecido pelo FDA em 1996 foi um aumento na circulação sanguínea [ 28 ]. A questão é por qual mecanismo a vibração afeta o fluxo sanguíneo. Uma molécula sinalizadora crucial que tem um papel fundamental na regulação do fluxo sanguíneo e na oxigenação dos tecidos é o óxido nítrico (NO). O óxido nítrico é produzido e liberado no sangue pelas células endoteliais que revestem os vasos sanguíneos e linfáticos. A vibração estimula as células endoteliais a produzir e liberar NO em diversas formas, das quais a isoforma óxido nítrico sintase endotelial (eNOS) é de particular importância para a geração de NO a partir de células endoteliais. Embora os mecanismos detalhados de como o som afeta os mecanossensores no endotélio para controlar a eNOS ainda não sejam completamente compreendidos, parece que as proteínas mecanosensor das células endoteliais, o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) Syndecan-4 (Syn4) e o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) do tipo Krüppel O Fator 2 (KLF2) traduz a força física da vibração em sinais bioquímicos. Estudos demonstraram que a estimulação vibroacústica pode induzir Syn4 e VEGF [ 50 , 51 ]. O NO regula o fluxo sanguíneo e o tônus vascular, afetando o músculo liso vascular com a ativação da enzima guanilato ciclase (sGC) [ 52 ] e a fosforilação da quinase regulada por sinal extracelular (ERK1/2) [ 53 ]. Embora a finalidade da estimulação, o modo de aplicação da vibração e a frequência da vibração variem, a estimulação das células endoteliais libera NO e induz o fluxo sanguíneo. O efeito foi observado com aceleração periódica de corpo inteiro usando uma plataforma (pGz) a 2 Hz [ 54 ], com microcirculação na pele a 47 Hz [ 55 ], vibração aplicada externamente ao braço a 50 Hz [ 34 ], vibração sônica aplicado ao tórax a 100 Hz [ 56 ] e em várias superfícies do corpo a 150–250 Hz [ 57 ].

Aplicação: Fluxo Sanguíneo Geral

Como a estimulação vibracional induz o fluxo sanguíneo, isso pode ter aplicação geral em condições que resultam na diminuição do fluxo sanguíneo, como o diabetes. Maloney-Hinds [ 34 ] usou estímulos vibracionais de 50 Hz por cinco minutos nos antebraços dos participantes e descobriu que a produção de NO aumentou 374% nos controles saudáveis e 236% no grupo com diabetes. O fluxo sanguíneo cutâneo aumentou significativamente ( p = 0,0001) em ambos os grupos. Johnson et al. [ 58 ] estudaram pacientes com diabetes com vibração de corpo inteiro a 26 Hz e também encontraram aumento significativo ( p = 0,01) no fluxo sanguíneo da pele, mas com menos efeito do que Maloney-Hinds usando vibração direta na pele.

Aplicação: Cardioproteção e Terapia

Uma abordagem para a estimulação das células endoteliais é a “aceleração periódica” (pGz), que consiste em mover repetidamente o corpo na direção da cabeça aos pés a uma taxa típica entre 1–3 Hz, resultando em um aumento na “tensão de cisalhamento pulsátil” no endotélio – a fricção do sangue contra o revestimento endotelial dos vasos sanguíneos resultante do “pulso” do movimento e da força gravitacional no sangue. Esta “tensão de cisalhamento” do sangue contra o revestimento estimula a liberação de NO e outros fatores citoprotetores derivados do endotélio.

Uma aplicação do pGz é como uma forma de ressuscitação cardiopulmonar (RCP), onde o corpo é movido da cabeça aos pés a uma taxa semelhante à RCP de compressão padrão. Adams et al. [ 59 ], em um estudo com animais, descobriram que o pGz é tão eficaz quanto a RCP padrão em termos de taxa de sobrevivência de ressuscitação e outros resultados agudos, mas com menos fraturas de costelas.

Um estudo animal realizado por Adams et al. [ 60 ] aplicaram pGz a 3 Hz por 30 minutos após parada cardíaca induzida e reanimação. Os animais que receberam o tratamento pGz tiveram menor redução na função de contração cardíaca (atordoamento miocárdico), maior fluxo de sangue para o coração, rins, estômago e cérebro, apresentaram menor aumento na Troponina I, uma proteína liberada no corrente sanguínea indicando danos aos músculos do coração e um aumento maior na eNOS.

Os dois estudos anteriores de Adams et al. [ 61 ] usaram estimulação endotelial como tratamento pós-parada cardíaca. Também oferece proteção preventiva? Eles examinaram isso estudando a ocorrência de danos nos tecidos causados pelo retorno de sangue rico em oxigênio após um período de privação de oxigênio (lesão de isquemia-reperfusão) causado por fibrilação ventricular (FV). Os animais receberam uma hora de estimulação pGz a 3 Hz antes da FV induzida. Os animais que receberam a estimulação apresentaram menos arritmias de pulso circulatório, menos atordoamento miocárdico, fluxo sanguíneo regional mais forte para órgãos do corpo e menor indicação de dano cardíaco (Troponina I). Os testes mostraram que os animais que receberam a estimulação pulsada em 3 Hz apresentaram níveis mais elevados de óxido nítrico endotelial, concluindo-se que a elevação da eNOS pode ter função cardioprotetora.

Os estudos de Adams relatados acima concentram-se na função cardíaca e nos efeitos onde o volume sanguíneo é constante. Bassuk et al. [ 62 ] analisaram o efeito de uma hora de estimulação pulsada (pGz a 3 Hz) antes e durante a perda significativa de sangue por hemorragia. Os resultados mostraram consumo significativamente menor de oxigênio no grupo de tratamento em todos os pontos da hemorragia e, após 40 mL/kg de perda de sangue, melhor preservação do fluxo sanguíneo regional para estômago, íleo, rins, coração e cérebro. Os autores atribuem esse efeito à tensão de cisalhamento produzida pelo movimento no endotélio e pela liberação de óxido nítrico.

Aplicação: Neuroproteção e Neuroterapia

O exercício aeróbico e a estimulação pulsada da aceleração periódica de corpo inteiro (WBPA), também conhecida como pGz, demonstraram ter efeitos cardiovasculares positivos através da ativação do óxido nítrico (NO). Além disso, sabe-se que o efeito do NO induz o fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF) e o fator neurotrófico derivado da glia (GDNF), contribuindo assim com um efeito neuroprotetor (antes de eventos prejudiciais) e neuroterapêutico (após eventos prejudiciais). Um estudo de Adams et al. [ 33 ] mostraram que o exercício aeróbico aumenta significativamente o fluxo sanguíneo para os músculos esqueléticos e cardíacos, mas não para o cérebro, enquanto o WBPA aumenta o fluxo sanguíneo com BDNF e GDNF para o cérebro e o coração, mas não para os músculos. Eles concluíram que a estimulação ritmicamente pulsada do endotélio pode ser uma estratégia não invasiva para neuroproteção e neuroterapia.

Num exame mais detalhado dos efeitos do WBPA nos cérebros de ratos mdx, Lopez et al. [ 63 ] encontraram uma sobrecarga de íons cálcio e sódio e uma superprodução de espécies reativas de oxigênio (ROS) nos neurônios, resultando em disfunção cognitiva. Após WBPA durante uma hora por dia durante oito dias a 8 Hz, os resultados mostraram que a elevação dos íons cálcio e sódio e a superprodução de ROS foram amenizadas junto com um aumento nas enzimas que protegem as células. Este estudo demonstrou novamente a eficácia da estimulação pulsada do endotélio para liberar óxido nítrico e uma cascata de fatores que resultam em neuroproteção e neuroterapia.

2.1.2. Submecanismo: Adrenomedulina

Além da liberação de óxido nítrico, foi demonstrado que a estimulação vibratória das células endoteliais libera o mediador protetor celular, a adrenomedulina (AM). Pode funcionar como um hormônio no controle da circulação e da vasodilatação, mas também serve para estimular a angiogênese – o crescimento de novos vasos sanguíneos – e combate o estresse oxidativo nas células. Desta forma, a AM pode ter um efeito positivo nas doenças cardiovasculares, incluindo hipertensão, enfarte do miocárdio e doença pulmonar obstrutiva crónica. Porém, em sua função de ampliar o suprimento sanguíneo nas células pode ser um fator negativo em relação ao câncer. Martinez et al. [ 64 ] conduziram um estudo em animais para examinar o efeito de uma hora de estimulação pGz no AM e descobriram que imediatamente após a estimulação a pressão arterial foi significativamente reduzida (de 115 ± 10 para 90 ± 8) e o nível de AM aumentou significativamente e permaneceu assim por 3 h (de 776 ± 176 pg/mL basal a 1584 ± 160 pg/mL, p < 0,01).

2.1.3. Submecanismo: Antioxidantes

Muitas condições de doença estão ligadas ao estresse oxidativo. Isso inclui câncer, doenças de Alzheimer e Parkinson, diabetes e doenças cardiovasculares como hipertensão, aterosclerose e acidente vascular cerebral. Sabe-se que a liberação de óxido nítrico na circulação possui algumas propriedades antioxidantes. Uryash et al. [ 65 ], em um estudo com ratos com alto estresse oxidativo, procuraram especificamente o efeito do pGz na eNOS e nos antioxidantes. Os indivíduos receberam pGz durante uma hora por dia e o tecido foi testado após uma, duas e quatro semanas. A estimulação pulsada resultou na expressão significativa de antioxidantes, incluindo glutationaperoxidase-1 (GPX-1), catalase (CAT), superóxido e superóxido dismutase 1 (SOD1). Também diminuiu as espécies reativas de oxigênio (ROS).

2.2. Mecanismo Básico: Vibropercussão

Uma das características da vibração é que ela resulta na colisão de um material contra outro – seja molécula contra molécula, ou célula contra célula, ou osso contra osso, etc. A ação essencialmente mecânica pode produzir efeitos relacionados à saúde.

Aplicação: Dissolução de Coágulos Sanguíneos

Para estudar o efeito da pulsação mecânica de um coágulo sanguíneo, Hoffman e Gill [ 66 ] conduziram um estudo in vitro (fora do corpo) colocando um coágulo sanguíneo de uma hora em uma solução do medicamento Heparina normalmente usado como anticoagulante para tratar ataques cardíacos ou angina. O vaso que continha o coágulo sanguíneo foi então vibrado a 50 Hz durante 20 minutos com uma amplitude muito baixa para simular a quantidade de vibração que poderia ser transferida para o corpo a partir de uma vibração superficial. O resultado mostrou uma dissolução do coágulo significativamente melhor com vibração (25%) versus sem vibração (5%). Hoffman e Gill [ 67 ] basicamente replicaram o estudo, mas aplicando a vibração externamente através de uma placa de carne de 4 cm como simulação da estrutura do corpo humano e variando a vibração para 50 Hz aplicada em rajadas curtas de uma por segundo. Além da heparina, fizeram uma amostra com estreptoquinase, medicamento desenvolvido especificamente para quebrar coágulos. Eles novamente descobriram que a vibração aumentava significativamente a dissolução do coágulo, e com maior efeito no grupo da Estreptoquinase atribuído à melhor mistura e penetração (ou, em certo sentido, “liberação de drogas”) do agente lítico, que foi originalmente eliminado do coágulo.

Um contexto em que a vibração está associada ao tratamento do AVC é a situação de “gotejamento e envio”, em que um paciente é iniciado com um ativador de plasminogênio do tipo tecidual recombinante (rtPA) e depois transportado para um hospital em um helicóptero. O helicóptero normalmente apresenta uma vibração inevitável na faixa de 0,5 a 120 Hz. Os pesquisadores [ 68 , 69 ] têm se preocupado com o fato de o transporte vibratório poder ter um efeito negativo nos resultados e, portanto, estudaram os efeitos e descobriram que não há efeito negativo. No entanto, eles não consideraram que poderia haver um resultado positivo e não registraram as frequências de vibração dominantes ou o controle para elas. Mais recentemente, Dhanesha et al. [ 70 ] considerou a possibilidade de um efeito positivo e observou a frequência de vibração, usou um braço de simulação de vibração baseado em solo no estudo junto com o controle sem vibração e o vôo real do helicóptero. Eles descobriram que os animais que receberam o rtPA e a vibração simulada tiveram infartos significativamente menores (áreas de morte de tecido devido a um coágulo sanguíneo) e aumentaram os resultados neurológicos positivos (86% vs. 28%). Estranhamente, o grupo de voo de helicóptero real não teve resultados significativamente positivos, o que os pesquisadores especulam que poderia ser devido à banda de vibração de 20-30 Hz ter sido atenuada neste voo de helicóptero. Dhanesha et al. concluíram que a vibração de baixa frequência é sinérgica com o rtPA e que a aplicação da vibração pode ser uma intervenção segura e simples para o AVC.

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3. Efeitos Neurológicos

Os efeitos da estimulação por vibração sonora no sistema neurológico são muitos e abrangentes, com múltiplos mecanismos complexos envolvidos. A maioria destes mecanismos ainda não são totalmente compreendidos, mas iremos apontar como os mecanismos a nível celular parecem funcionar e estão relacionados com a vibração sonora.

3.1. Mecanismo Básico: Ativação de Proteínas Quinases

Uma das questões da neurociência é se existe uma maneira de regenerar ou reparar danos neurais causados por neurodegeneração, acidente vascular cerebral, extremidades nervosas seccionadas, etc. A estimulação elétrica [ 71 ] é uma intervenção que mostrou algum sucesso na criação de regeneração axonal e crescimento de neurites. A vibração sonora de baixa frequência também parece ter potencial para estimular o crescimento de neuritos e a diferenciação neuronal.

Koike et al. [ 72 ], motivado pela intenção de descobrir por que a musicoterapia pode ser útil para pacientes com doença de Alzheimer (DA), conduziu um estudo para determinar se os sons vibratórios podem aumentar o crescimento de neurites. Eles se concentraram em um exame in vitro de células PC12m3 conhecidas por serem sensíveis ao fator de crescimento nervoso (NGF), que induz a diferenciação de células nervosas e a extensão de neuritos. Eles analisaram especificamente a atividade da proteína quinase ativada por mitógeno p38 (MAPK), que foi demonstrada por pesquisas com estimulação elétrica [ 71 ] como um caminho para aumentar o crescimento de células PC12m3, e que também parece melhorada na DA. Eles descobriram que o som vibratório na faixa de 10 a 100 Hz teve um efeito positivo no crescimento de neurites, sendo o efeito mais forte em 40 Hz, enquanto o som vibratório em 150 Hz e 200 Hz teve pouco efeito. Eles descobriram que a estimulação de 40 Hz melhorou a atividade da p38 MAPK, indicando que o crescimento neural que observaram foi induzido através da via da p38 MAPK.

Cho et al. [ 73 ] e Kim et al. [ 74 ] examinaram o efeito da vibração sônica de 40 Hz na diferenciação celular de células-tronco mesenquimais derivadas do cordão umbilical humano (hUC-MSCs). hUC-MSCs podem se diferenciar em vários tipos, incluindo neurônios. Cho et al. aplicou vibração às células continuamente durante 5 dias; Kim et al. por 3 ou 5 dias. Cho determinou que as células diferenciadas eram oligodendrócitos relacionados aos neurônios porque expressavam a proteína 2 associada aos microtúbulos (MAP-2), que é um marcador de plasticidade sináptica, a proteína glial fibrilar ácida (GFAP) que se acredita manter a estrutura dos astrócitos, e a proteína básica da mielina. MBP) um componente da estrutura da mielina. Cho determinou que o mecanismo que medeia o efeito da vibração nas UC-MSCs era a via da quinase regulada por sinal extracelular (ERK). Kim et al. examinaram de forma semelhante a expressão proteica relacionada à diferenciação neural estimulada pela vibração de 40 Hz. Eles descobriram que a proteína calponina 3 (CNN3) promoveu a diferenciação neural funcional.

Choi et al. [ 75 ] examinaram o efeito de múltiplas frequências de vibração de baixa frequência em células-tronco derivadas de tecido adiposo (AT-MSCs). O tecido adiposo é comumente referido como gordura corporal e as AT-MSCs estão entre as mais estudadas em pesquisas recentes. Choi aplicou vibração aos AT-MSCs durante quatro dias a 10, 20, 30 e 40 Hz com foco específico no mecanismo do ERK. Eles descobriram que 30 Hz foi mais eficaz em afetar a diferenciação neural dessas células-tronco específicas.

3.2. Mecanismo Básico: Estimulação Nervosa

Pesquisas baseadas em evidências mostram repetidamente efeitos clínicos positivos da aplicação de estimulação pulsada do corpo. Isso se aplica a diversas condições neurológicas, incluindo paralisia cerebral [ 76 ], esclerose múltipla [ 77 ] e dor musculoesquelética crônica [ 78 ]. A questão é se isto resulta de alguma forma de uma estimulação do sistema nervoso e, em caso afirmativo, como isso ocorre. Quão difundido é um sistema para responder à vibração? No corpo vivo, a transmissão de informações sensoriais depende de neurônios sensoriais e da mecanossensibilização nos terminais axonais dos nervos periféricos. Diferentes tipos de neurônios sensores incluem mecanossensores que detectam sinais externos, proprioceptores que recebem sinais internos do corpo e muitos tipos de nociceptores que detectam estímulos nocivos que ameaçam o corpo. Usoskina et al. [ 79 ] examinaram os mecanismos moleculares ativados no processo de detecção de vibração pelas células. Ao observarem transientes de íons de cálcio na soma dos neurônios, eles observaram que os neurônios detectavam com segurança cada estímulo individual (por exemplo, cada compressão molecular em uma onda sonora) e então os convertiam em padrões de disparo específicos nos nervos. Dado este mecanismo básico, examinaremos a seguir várias categorias nas quais isto é aplicado.

3.2.1. Submecanismo: Sensibilização do Sistema Proprioceptivo

O sistema de propriocepção do corpo reúne e processa informações sobre alterações na posição das articulações e membros e, portanto, está fortemente envolvido no controle da postura e do movimento. Proprioceptores são neurônios mecanossensoriais na pele (discos de Merkel e corpúsculos de Meissner e Pacini), músculos (fusos), tendões (órgãos tendinosos de Golgi) e articulações. Este sistema de propriocepção envolvendo receptores, nervos, medula espinhal e vias do sistema nervoso central termina no tálamo e no córtex cerebral [ 36 ].

O sistema de propriocepção é muito sensível à vibração e, por ser um fator importante no controle motor, o efeito da vibração tem sido objeto de pesquisas consideráveis, especialmente o efeito da vibração de todo o corpo na reabilitação de distúrbios neurológicos [ 80 ]. A estimulação ou sensibilização do sistema de propriocepção parece envolver um mecanismo que retreina as estratégias corpo-mente de controle motor ou estabelece maior consonância entre a entrada dos sentidos e a saída para o sistema motor no nível cortical [ 81 ]. Talvez apontando para um efeito cascata neste mecanismo proprioceptivo, que não é totalmente compreendido, Delecluse et al. [ 82 ] propõem que a vibração pode aumentar a conectividade das células corticoespinhais com os neurônios motores espinhais.

Aplicação: Síndrome de Dor Regional Complexa (SDCR)

Gay e outros. [ 81 ] postularam que a CRPS tipo I pode ser causada por uma incompatibilidade sensorial de entrada-saída que leva à desorganização da programação motora nas estruturas corticais. Eles levantaram a hipótese de que melhorar o feedback proprioceptivo com estimulação vibratória minimizaria a dor e aumentaria a amplitude de movimento. O estudo de Gay et al. [ 81 ] aplicaram vibração sinusoidal a 86 Hz na mão e no punho de pacientes com SDRC durante 20 minutos por dia, cinco dias por semana durante 10 semanas, além de sessões de reabilitação convencionais. O grupo controle recebeu apenas o tratamento convencional. Os resultados mostraram que a intensidade da dor foi menor em cerca de 50% e a amplitude de movimento melhorou em cerca de 30% no grupo de tratamento. Eles atribuíram esse resultado a um restabelecimento da consonância sensorial de entrada-saída.

Aplicação: Paralisia Cerebral

A pesquisa de Katusic et al. [ 80 ] partiram da premissa de que a propriocepção é crucial para o controle motor e levantaram a hipótese de que a vibração baseada no som pode ressoar através do corpo e aumentar a sensação de posição, localização e orientação do corpo. Além disso, aceitaram a premissa de Delecluse et al. [ 82 ] que a vibração poderia alterar a conectividade das células corticoespinhais e dos neurônios motores espinhais e que essa estimulação das vias proprioceptivas poderia reorganizar as estratégias de controle motor, resultando em melhor estabilidade postural. Para testar isso, Katusic et al. [ 80 ] fizeram um estudo de três meses com 89 crianças com paralisia cerebral espástica (PC) randomizadas para um grupo apenas de fisioterapia e para um grupo de fisioterapia mais vibração. O tratamento vibratório, aplicado com uma esteira sobre a qual eles pudessem se deitar, consistiu em ondas senoidais de 40 Hz por 20 minutos, duas vezes por semana durante 12 semanas. O grupo de tratamento com vibração melhorou significativamente tanto na espasticidade quanto na função motora grossa.

Ko et al. [ 83 ] observam que recentemente foi demonstrado que a vibração melhora a propriocepção e, portanto, o equilíbrio e as habilidades motoras. Eles postulam que isso pode ocorrer porque a vibração estimula músculos e tendões. Para testar se a vibração de corpo inteiro em 20–24 Hz afetaria a sensação de posição articular, marcha e equilíbrio em crianças com PC, eles randomizaram 24 crianças para fisioterapia (FT) ou TP tradicional mais vibração por 20 min (3 min em, 3 minutos de folga) duas vezes por semana durante três semanas. Eles encontraram melhora significativa no senso de posição articular e melhora nas variáveis da marcha no grupo de vibração.

3.2.2. Submecanismo: Estimulação do Nervo Vagal

O nervo vago, um dos 12 nervos cranianos, serve como um importante componente parassimpático (eferente) do sistema nervoso autônomo e transmite informações sensoriais de grande parte do corpo para o cérebro [ 84 ]. Desempenha um papel fundamental na função cardíaca e gastrointestinal, no controle muscular da boca e da garganta, no sistema imunológico neuroendócrino e na regulação das emoções, incluindo ansiedade e depressão. A estimulação do nervo vago (ENV) [ 84 ] é uma prática reconhecida comumente feita com massagem ou compressão manual, estimulação elétrica ou vibração, inclusive com a voz ou gargarejo ou com dispositivos vibrotáteis externos. No entanto, o baço possui fibras nervosas integradas ao nervo vago e estudos [ 85 , 86 ] mostram que os efeitos antiinflamatórios do nervo vago dependem um pouco do nervo esplênico, na medida em que a estimulação do nervo esplênico resulta em efeitos imunossupressores comparável ao VNS [ 87 ]. A vibração no nível abdominal [ 88 ] pode então estimular o sistema nervoso esplênico-vagal. As aplicações específicas da VNS incluem epilepsia refratária, depressão e diminuição da inflamação. Um dos mecanismos conhecidos pelos quais a estimulação do nervo vago tem efeito é a liberação do neurotransmissor acetilcolina.

Aplicação: Depressão

Sigurdardóttir et al. [ 88 ] conduziram um estudo com 38 pessoas com transtorno depressivo (18 em tratamento, 20 em controle) usando música relaxante com uma trilha sonora de baixa frequência criada especificamente que ativou um transdutor vibrotátil no nível abdominal, no encosto da cadeira em que estavam sentados. . O mecanismo pressuposto para o efeito pretendido foi a ativação dos corpúsculos de Pacini, enviando um impulso aferente no nervo vago para as regiões do cérebro associadas à depressão. O tratamento de estimulação vibratória foi aplicado por 20 minutos em oito sessões durante 3 a 4 semanas. Os autores não relataram quais frequências específicas empregaram, mas sustentam que os corpúsculos de Pacini estimulados a 240 Hz têm uma saída aferente máxima, mas a saída aferente ocorre em qualquer frequência abaixo disso. Embora não seja um estudo rigorosamente controlado e não tenha medido alterações no tônus vagal, o estudo piloto encontrou uma redução nos escores de depressão no grupo de tratamento e atribui isso à estimulação do nervo vago e do sistema nervoso central através do abdômen. Um estudo de Braun Janzen et al. [ 89 ] que aplicaram um tratamento muito semelhante também encontraram uma redução na depressão e na anedonia, embora não tenha como premissa a estimulação vagal.

Aplicação: Síndrome de Rett

A síndrome de Rett (RS) é um distúrbio neurológico baseado em mutação genética que afeta principalmente mulheres e envolve imaturidade do tronco cerebral [ 90 ], resultando em disfunção do sistema nervoso autônomo. Os sintomas resultantes são numerosos, com muitas associações ao nervo vago. Isso inclui respiração e função cardíaca, comunicação relacionada à fala e audição e controle de movimento e convulsões [ 91 , 92 ]. A estimulação do nervo vago mostrou resultados positivos na redução de crises epilépticas [ 91 ] e junto com a estimulação auditiva tem sido eficaz no aumento da força cortical e da função auditiva [ 92 ].

Bergström-Isacsson et al. [ 93 ] examinaram dados neurofisiológicos do tronco cerebral e resposta emocional em 29 participantes de Rett e 11 controles a seis estímulos com música e vibração de baixa frequência a 40 Hz. Cada estímulo foi apresentado por 10 minutos em um desenho de medidas repetidas. As medidas de desfecho utilizadas foram pressão arterial média, coeficiente de variação da pressão arterial média, sensibilidade cardíaca ao barorreflexo e tônus vagal cardíaco (TVC). Os resultados mostraram que a resposta parassimpática mais forte no grupo de Rett foi à estimulação vibratória de 40 Hz e com aumento significativo da TVC.

3.3. Categoria de efeitos neurológicos – específicos para dor e analgesia vibratória

O efeito redutor da dor da vibração é demonstrado em vários estudos de pesquisa baseados em evidências [ 78 , 94 , 95 , 96 , 97 ]. Vibrações mecânicas e acústicas têm sido amplamente utilizadas para tratar a dor e são uma técnica de tratamento em ortopedia e dor lombar [ 98 , 99 ], fisioterapia [ 100 , 101 , 102 ], durante procedimentos cosméticos [ 103 ] e durante trabalhos ortodônticos e orofaciais. dor [ 104 , 105 , 106 , 107 ]. No entanto, até há relativamente pouco tempo, muito pouco foi completamente descrito e compreendido sobre os mecanismos de percepção da dor. Estudos com eletrofisiologia mostraram neurônios corticais respondendo a estímulos nocivos, mas não ficou claro até que ponto essa resposta representa dor ou se correlaciona com ela [ 108 ]. Consequentemente, os mecanismos pelos quais a vibração atua como analgésico são menos compreendidos.

3.3.1. Mecanismo Básico: Controle de Portão

Um dos submecanismos do mecanismo geral de estimulação nervosa, mas um mecanismo básico de analgesia, concentra-se na função da substância gelatinosa no corno dorsal e é comumente conhecido como controle de portão. A teoria para esse mecanismo de dor foi proposta por Melzack e Wall [ 109 ] e postula que a substância gelatinosa modula a informação sensorial transmitida à medula espinhal e ao cérebro. Especificamente, os sinais dos receptores de dor são transportados para o corno dorsal por fibras aferentes A-delta e C de pequeno diâmetro. A transmissão do sinal dos receptores da dor pode ser modulada (inibida) pelas grandes fibras aferentes A-alfa e A-beta que transmitem sinais sensoriais da sensação da pele, como toque ou vibração [ 78 , 96 , 109 ]. Este mecanismo conhecido como teoria do controle do portão tem sido objeto de críticas consideráveis e aspectos foram questionados [ 110 , 111 ] e aprimorados pela teoria da neuromatriz da dor de Melzack [ 112 ], mas sua função fundamental permanece.

Salter e Henry [ 113 ] exploraram especificamente a resposta dos neurônios espinhais de ampla faixa dinâmica (WDR) no corno dorsal lombar à vibração em diferentes amplitudes e frequências para determinar como eles poderiam desempenhar um papel nos efeitos analgésicos. Eles tentaram uma variedade de frequências e intensidades e descobriram que os neurônios WDR eram arrastados para frequências vibratórias abaixo de 80 Hz. Suas descobertas sugerem que a redução da dor é conseguida pelo efeito da vibração nos aferentes do corpúsculo de Pacini e pela resposta dos neurônios WDR no corno dorsal, mas que a frequência, localização e intensidade do estímulo vibratório é um fator que precisa de mais esclarecimentos.

3.3.2. Mecanismo Básico: Modulação de Respostas Autonômicas – Dor e Além

Uma prática médica alternativa que tem evidências científicas crescentes de seu efeito no sistema nervoso central e na regulação das respostas autonômicas é a acupuntura [ 114 ]. A eficácia clínica da acupuntura pode residir em seus fundamentos neurobiológicos e em seu suposto efeito de criar mudanças bioquímicas no corpo e no cérebro que controlam as funções do sistema nervoso autônomo, como pressão arterial, variabilidade da frequência cardíaca, temperatura da pele e percepção da dor. A explicação detalhada dos mecanismos ainda é necessária.

Uma questão que surge em relação à acupuntura é se os pontos de acupuntura específicos devem ser perfurados com agulhas ou se a estimulação sonora vibratória pode ter o mesmo efeito. Xu et al. [ 115 ] exploraram esta questão procurando microcirculação usando fluxometria Doppler a laser em pontos de acupuntura meridianos enquanto estimulavam os pontos com ondas sonoras de baixa frequência entre 16 e 160 Hz. Eles descobriram que diferentes pontos respondem de maneira ideal a diferentes frequências sonoras. Por exemplo, o ponto Yin Ling Quan: A0 respondeu a 29,14 Hz, Zusanli A1 respondeu melhor a 58,27 Hz e Tianjing A2 a 110,00 Hz. Brătilă e Moldovan [ 116 ] usaram um modelo de entrada e saída elétrica para determinar frequências ideais para o meridiano do pulmão (124 Hz) e o meridiano do rim (120 Hz). Weber et al. [ 117 ] exploraram o uso de uma combinação sonora simultânea (32, 48 e 64 Hz) quanto à sua eficácia na redução da intensidade da dor percebida e do limiar da dor em comparação com uma estimulação sonora de frequência única e uma simulação. Eles aplicaram transdutores eletromagnéticos a cinco pontos de acupuntura indicados para o alívio da dor e da ansiedade e submeteram 13 participantes sem dor a um teste de pressão fria. Os resultados mostraram que a estimulação sonora multifrequencial e de frequência única melhorou significativamente a tolerância à dor e reduziu a intensidade da dor.

3.3.3. Mecanismo Básico: Neurotransmissores – Dor e Além

Desvendar a complexidade do papel dos neurotransmissores e neuromoduladores no corpo e no cérebro está além do escopo deste artigo. No entanto, pesquisas mostraram casos em que os neurotransmissores são estimulados pela vibração e estes serão descritos aqui.

Em relação à analgesia vibratória, Salter e Henry [ 118 ] examinaram especificamente a ativação vibratória de receptores purinérgicos P ₁ no corno dorsal pelo neurotransmissor adenosina. Em um estudo com gatos, a vibração foi aplicada a 80 Hz em trens de 2,5 a 3,5 segundos a cada 20 a 25 segundos por 10 minutos. Isto resultou em uma depressão induzida por vibração dos neurônios nociceptivos lombares inferiores e permaneceu em vigor por até 4 horas após a estimulação. Vários agentes utilizados para atenuar a depressão desses neurônios revelaram que a adenosina foi responsável pelo efeito analgésico. O estudo sugere que o efeito descrito anteriormente como controle de portão pode ser mediado pela liberação de adenosina resultante da vibração.

Vários neurotransmissores não relacionados especificamente à dor já foram discutidos em outros contextos acima. Supondo que a vibração possa estimular o nervo vago e o nervo esplênico relacionado, conforme discutido acima, a vibração tem então o efeito de liberar acetilcolina, que desempenha um papel fundamental nas sinapses e especialmente no local onde os nervos e os músculos se conectam. Também desempenha um papel no controle do sistema nervoso autônomo e um papel particularmente importante no sistema cognitivo e na regulação da frequência cardíaca. Além disso, a estimulação do nervo esplênico provoca a indução de norepinefrina. O óxido nítrico, amplamente discutido acima, é também um neurotransmissor que serve para regular e mediar processos dos sistemas nervoso, imunológico e cognitivo.

O ácido gama-aminobutírico (GABA) é um neurotransmissor proeminente no cérebro e no sistema nervoso central. Desempenha um papel crucial na redução da atividade dos neurônios e principalmente no controle do medo e da ansiedade. Safarov e Kerimov [ 119 , 120 ], em dois estudos separados em animais, exploraram o efeito da vibração de baixa frequência (20 Hz) nos níveis de GABA e em seu metabolismo. Os pesquisadores descobriram que a vibração, independentemente da duração, aumentou o nível de GABA no tronco cerebral, nos grandes hemisférios e no cerebelo, bem como na atividade da enzima glutamato descarboxilase, que produz GABA. No entanto, eles encontraram o efeito mais acentuado com estimulação de 30 minutos do que com longos períodos como 7 horas. A implicação é que um dos mecanismos que criam o efeito de relaxamento da estimulação vibroacústica pode ser o aumento do neurotransmissor GABA.

3.4. Mecanismo Básico: A Coerência Oscilatória Suporta Conectividade e Função do Circuito

O efeito neurológico da estimulação sensorial pulsada ritmicamente baseia-se em dois postulados importantes: (1) que a estimulação sensorial rítmica (RSS) impulsiona uma resposta neural resultando em aumento da coerência oscilatória e (2) que a coerência oscilatória está crucialmente ligada à conectividade, função do circuito, e relacionadas às condições de saúde.

Quanto à postulação de que o RSS impulsiona uma resposta neural, pesquisas recentes em modalidades somatossensoriais, auditivas e visuais mostram que a estimulação vibrotátil pulsada ritmicamente tem um forte efeito de condução neural [ 121 , 122 , 123 ]. Por exemplo, a estimulação vibratória de um dedo, da mão ou do nervo mediano resulta em uma resposta oscilatória nos córtices sensório-motores primários e secundários [ 124 , 125 , 126 ] e a atenção quase não desempenha nenhum papel [ 127 ]. Mais pesquisas sobre estimulação rítmica auditiva foram feitas para obter respostas oscilatórias espontâneas ou em estado estacionário usando cliques, sons isócronos modulados em amplitude [ 128 ] ou tons puros. Os exemplos incluem um tom modulado em amplitude de 40 Hz [ 129 , 130 ], ou mesmo os ritmos de batidas binaurais que são criados através de tons desafinados binauralmente [ 131 ]. O que se segue é a conclusão de que o RSS pode impulsionar a coerência oscilatória.

A afirmação de que a coerência oscilatória está ligada à função do circuito e relacionada às condições de saúde é mais crucial, mas menos compreendida. A pesquisa de estimulação cerebral profunda (DBS) sugere que a disfunção do circuito é comum a muitas condições psiquiátricas e neurológicas [ 132 , 133 ]. Basicamente, a desregulação dos circuitos subjacentes a essas condições decorre de uma falta de coerência baseada na excitação, de uma coerência perturbada ou de uma coerência excessivamente forte em populações neurais inadequadas. Llinas apontou especificamente para as conexões recorrentes entre o tálamo e o córtex que têm uma função de mecanismo para conectar áreas do córtex e controlar o fluxo de informações [ 133 , 134 , 135 , 136 , 137 ]. Essas alças tálamo-corticais servem à comunicação no cérebro de maneira semelhante ao que um hub de Internet faz. Llinas sustentou ainda que a interconectividade tálamo-cortical depende principalmente da atividade oscilatória rítmica. As alças tálamo-corticais funcionam de maneira ideal com atividade oscilatória rítmica no córtex na banda gama (40 Hz) e no tálamo na banda alfa (10 Hz). A disritmia talamocortical (DTC) é caracterizada por uma diminuição na atividade da banda alfa (potência) com um aumento relacionado na atividade da banda teta (4–7 Hz) e uma redução na atividade da banda gama corticamente consistente. O DTC aparece relacionado a condições neurológicas e psiquiátricas; especificamente funções cognitivas, motoras, auditivas e de humor. O TCD está ligado a condições que incluem doença de Parkinson, depressão maior, dor central neurogênica, zumbido e esquizofrenia [ 134 ].

Assumindo então que a estimulação vibratória (RSS) pode impulsionar a coerência oscilatória e potencialmente regular os circuitos disrítmicos no cérebro, a RSS pode empregar o mecanismo de coerência oscilatória e afetar positivamente as condições de saúde resultantes, em certa medida, destas disritmias. A resposta positiva da depressão maior ao RSS pode ser um indicador disso [ 89 ]. O mecanismo de condução da coerência oscilatória com RSS amplia o foco da neurociência das conexões de circuitos (o conectoma) para a estrutura de ritmos cerebrais dinâmicos relacionados à atividade de pico neural (o dinamo) [ 13 ].

3.4.1. Aplicação: Dor Neurogênica

Alguns mecanismos para analgesia vibratória foram explicados acima sob controle de portão. No entanto, há dor que não parece resultar da nocicepção e onde a aplicação da estimulação vibratória não pode afetar apenas os neurônios do corno dorsal porque a frequência está acima do nível de resposta primária dos corpúsculos de Pacini e do sistema de mecanorrecepção de rápida adaptação. Essa dor pode então ser neurogênica, decorrente de disritmias ou desconexões do circuito neural. Hollins et al. [ 97 ] explora isso e determina que em alguns casos a analgesia vibratória deve resultar da dinâmica cortical e especificamente de uma interação das áreas 3a e 3b/1 de Brodmann. Fallon et al. [ 138 ] observaram que em pacientes com fibromialgia (FM) houve aumento do poder teta nos córtices pré-frontal e cingulado anterior, consistente com as características do TCD. Este aumento da atividade teta frontal foi significativamente correlacionado com os escores medidos de sensibilidade e cansaço. Jensen et al. [ 139 ] usaram imagens cerebrais para examinar a conectividade cerebral em pacientes com FM e encontraram menos conectividade entre o córtex cingulado anterior rostral (rACC) (conhecido por desempenhar um papel na inibição da dor) e o hipocampo que se estende até a parte do tronco cerebral conhecida por modular dor.

Neste contexto, onde a FM parece estar relacionada à desregulação e conectividade cerebral, onde a dor parece estar relacionada à interação da região cerebral e onde é demonstrado o potencial da vibração para impulsionar a coerência neural, pode-se especular que os resultados positivos da estimulação vibratória em pacientes com FM foram devidos ao mecanismo de coerência oscilatória [ 30 , 140 ]. Ambos os estudos [ 30 , 140 ] usaram estimulação vibrotátil do corpo de 40 Hz, usaram a coerência oscilatória e sua relação com a conectividade como premissa para o efeito, mas não estabeleceram mecanismo com imagens cerebrais. Os autores estão atualmente envolvidos em um estudo para explorar esse mecanismo.

3.4.2. Aplicação: Condições Neurodegenerativas

Os mecanismos ou causas específicas relacionadas às doenças e condições neurodegenerativas não são totalmente compreendidos, mas um caminho que está sendo explorado com algum sucesso é o da potência de oscilação cerebral espontânea, sincronização, disritmia e conectividade de circuitos.

Dockstader et al. [ 141 ] estudaram a potência oscilatória em várias bandas de frequência em regiões do cérebro usando imagens de magnetoencefalografia (MEG) em crianças que foram tratadas de tumores cerebrais com radioterapia craniana (TRC). Descobriu-se que crianças tratadas com TRC consistentemente apresentam déficits cognitivos de atenção, velocidade de processamento e memória. Os resultados mostraram um padrão claro de déficits gama com uma potência de oscilação gama significativamente menor na faixa de 60 a 100 Hz no estado de repouso.

Stam et al. [ 142 ] estudaram pacientes com Alzheimer (DA) e controles saudáveis com MEG de cabeça inteira com o objetivo de investigar interdependências lineares e não lineares nos canais de sinal de MEG. Os resultados mostraram que essa medida de sincronização foi menor na DA na banda alfa de 10–14 Hz, na banda beta de 18–22 Hz e na banda gama de 22–40 Hz. Além disso, estudando pacientes com DA com MEG, Ribary et al. [ 136 ] observaram a coerência oscilatória de 40 Hz em locais corticais e subcorticais associados à alça tálamo-cortical. Os resultados mostraram que, embora os pacientes com DA tivessem padrões de atividade semelhantes aos dos pacientes saudáveis, os pacientes com DA apresentavam atividade gama reduzida no componente cortical.

Pesquisas recentes [ 42 , 43 , 143 , 144 , 145 ] demonstraram que a estimulação sensorial auditiva, vibrotátil ou visual rítmica (RSS) de 40 Hz teve resultados significativamente positivos nos sintomas da DA. Embora nenhum desses estudos tenha confirmado o efeito na coerência oscilatória em humanos, esse mecanismo pode ser inferido a partir do método e dos resultados. Um possível submecanismo de RSS que conduz a coerência oscilatória a 40 Hz foi mostrado por Iaccarino [ 42 ]. Eles demonstraram que em camundongos com DA o efeito do RSS geral de 40 Hz foi impulsionar interneurônios positivos para parvalbumina de aumento rápido (em 40 Hz, mas não em outras frequências) e, como resultado, reduzir os níveis de β-amilóide. Eles também observaram uma redução na inflamação, aumento na atividade da microglia, no tamanho do lúmen dos vasos sanguíneos e no desempenho cognitivo.

Lozano e Lipsman [ 132 ] revisam e explicam circuitos cerebrais disfuncionais e especificamente como a estimulação cerebral profunda (DBS) pode mitigar o efeito, por exemplo, do circuito motor que afeta a doença de Parkinson (DP). O papel do DBS em relação ao circuito motor disfuncional na DP é a inibição de um grupo de neurônios com estimulação elétrica de 130 Hz. Embora a abordagem amplamente aceita de DBS seja inibitória, Neuman et al. [ 146 ] apontam que o DBS modula o circuito do motor, mas não o restaura funcionalmente. Eles diferenciam as vias do circuito motor com mais precisão nos gânglios da base e sugerem que seu trabalho pode inspirar formas inovadoras de melhorar a eficácia terapêutica da neuromodulação na DP. Vários estudos utilizaram a vibração sonora como estimulante neuromodulador em pacientes com DP [ 44 , 147 ]. Um estudo aplicou 30 Hz e o outro 40 Hz. Ambos tiveram resultados positivos significativos e, embora nenhuma neuroimagem tenha sido utilizada para verificar os efeitos na função do circuito, apontaram para o mecanismo potencial da terapia vibratória com DP.

3.4.3. Submecanismo: Simetria Oscilatória Frontal

A discussão acima já identificou um mecanismo de vibração relacionado ao transtorno depressivo maior (TDM) sob estimulação vagal e sob coerência oscilatória e TCD. A diminuição da conectividade é um fator claramente identificado no MDD [ 148 ] e, portanto, afetar o MDD ao impulsionar a coerência com som e vibração rítmicos é uma possibilidade. Existe outro mecanismo potencial para TDM relacionado à assimetria frontal. Há evidências consideráveis de que a assimetria frontal do EEG entre a esquerda e a direita na banda alfa é um biomarcador para depressão e ansiedade [ 149 ], mas a interação entre idade, sexo e gravidade da depressão levanta uma advertência sobre isso [ 150 ]. No entanto, estudos mostraram que o uso de estimulação musical com participantes deprimidos resultou em uma redução da assimetria frontal no EEG [ 151 , 152 , 153 ]. Esses estudos musicais não utilizaram som de baixa frequência ou estimulação vibrotátil. O único estudo conhecido que utilizou estimulação gama vibrotátil [ 89 ] mostrou redução significativa na gravidade da depressão. São necessárias mais pesquisas sobre a ocorrência de assimetria oscilatória frontal e estimulação vibratória.

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4. Efeitos musculoesqueléticos

Os efeitos da estimulação por vibração sonora no sistema músculo-esquelético são muitos e abrangentes, com múltiplos mecanismos complexos envolvidos. Essas estruturas incluem músculos, esqueleto, discos intervertebrais, ligamentos e outras estruturas associadas. Apontaremos como os mecanismos a nível celular parecem funcionar e estão relacionados com a vibração sonora e como isso se traduz em aplicações em humanos.

4.1. Mecanismo Básico: O Reflexo de Estiramento Muscular

A base fisiológica para a vibração que atua nos músculos envolve a estimulação mecânica do reflexo de estiramento muscular, levando à potencialização neuromuscular [ 154 ]. O reflexo funciona para manter um comprimento muscular constante, de modo que qualquer alongamento resulte em contrações musculares involuntárias e, portanto, um paradigma de vibração de baixa frequência (0–200 Hz) pode levar a milhares dessas contrações musculares dentro de minutos após a aplicação [ 155 ]. A vibração dos músculos causa uma cascata de eventos: os neurônios aferentes estimulam os neurônios motores alfa, levando ao recrutamento de unidades motoras, ao aumento da frequência de disparo e/ou à melhoria da sincronização, o que leva a uma contração muscular mais rápida ou mais forte e a um aumento geral das fibras musculares ao longo do tempo. tempo (ou seja, hipertrofia) [ 154 ]. A hipertrofia muscular está correlacionada com o aumento da síntese protéica e adição de filamentos contráteis, levando a maior força muscular. A via de sinalização Akt/mTOR/p70S6K nas células musculares é um componente crucial no processo de hipertrofia e é necessária na inibição do oposto (ou seja, atrofia muscular), e demonstrou ser melhorada pela estimulação vibratória tanto na carga mecânica como na lesão muscular. contextos [ 156 ]. Vários estudos mostraram que os níveis de Akt aumentam em resposta à atividade contrátil muscular e à tensão mecânica, ambas estimuladas pelo tratamento vibratório [ 155 , 157 ].

A estimulação vibratória das células musculares in vitro e in vivo também diminui a expressão de genes que previnem a atrofia: nomeadamente miostatina e atrogina-1 [ 158 , 159 ]. A miostatina regula o crescimento muscular inibindo a miogênese e a atrogina-1 aumenta as funções de proteólise. A diminuição da miostatina e da atrogina-1 após o tratamento com vibração de 30 Hz tem sido associada à fusão de células satélites (musculares) [ 155 ].

No entanto, a via de hipertrofia muscular e a via de atrofia não são completamente independentes e funcionam de forma antagônica entre si. Por exemplo, quando a Akt é ativada, ela fosforila o FOXO1 e o sequestra no citoplasma, inibindo sua atividade transcricional [ 156 ]. Sem atividade de Akt, o FOXO1 pode induzir a transcrição da atrogina-1, o que leva à atrofia através do aumento da degradação proteica [ 160 , 161 ]. A vibração também pode melhorar a biogênese mitocondrial, que normalmente ocorre como uma grande adaptação dos músculos esqueléticos em resposta ao treinamento físico. Um estudo descobriu que a vibração a 50 Hz aumentou a expressão de PGC-1α no músculo sóleo, músculo gastrocnêmio e fígado, e foi associada ao aumento da força muscular [ 162 ]. A PGC1α desempenha um papel importante na biogênese mitocondrial e é regulada pela proteína quinase p38 ativada por mitógeno (p38 MAPK) e é ativada durante o exercício.

Aplicação: Usando vibração para fornecer efeitos semelhantes aos do exercício

O uso da vibração como ferramenta para produzir efeitos semelhantes aos do exercício nos músculos oferece aplicações valiosas nas ciências da reabilitação. O uso mais conhecido da vibração é para promover a recuperação muscular e o desempenho em atletas [ 154 , 163 , 164 ]. No entanto, existem utilizações menos conhecidas que são cruciais para o tratamento de uma variedade de condições médicas, especialmente em situações em que o exercício é necessário, mas difícil de conseguir. Apresentaremos três desses exemplos a seguir.

Gloeckl et al. [ 161 ] e Lage et al. [ 162 ] conseguiram usar a terapia vibratória com segurança e sucesso como uma ferramenta de reabilitação pulmonar para pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) que necessitam de exercício físico, mas não conseguem fazê-lo devido a limitações respiratórias e mal-estar geral. Embora o exercício físico seja a base da reabilitação pulmonar para pessoas com DPOC, o exercício intenso também pode estimular citocinas pró-inflamatórias e pode ser prejudicial nesse contexto [ 165 , 166 ]. Como a magnitude do estímulo do exercício está relacionada ao aumento de citocinas inflamatórias, o tratamento da DPOC precisa estimular os músculos sem tais complicações [ 167 ]. Por esse motivo, estudos clínicos testaram a terapia vibratória para DPOC e encontraram melhorias funcionais na mobilidade e um efeito antiinflamatório [ 168 , 169 ].

Outra aplicação tem sido no uso de tratamento vibratório para idosos frágeis. A sarcopenia é uma forma de perda muscular que ocorre com o envelhecimento e/ou imobilidade. O treinamento de força pode reverter as perdas musculares e de força relacionadas à idade, ao mesmo tempo que promove a hipertrofia muscular [ 170 ]. No entanto, devido à intensidade do exercício necessário para alcançar tal resultado, o apelo e a aplicação por parte dos idosos é muito restrito, com apenas 10-15% desta população relatada a participar em tal treino [ 171 ]. O tratamento vibratório de idosos é, portanto, uma ferramenta de treinamento de força segura e eficaz que tem demonstrado alta adesão entre a população idosa e resultados positivos na melhoria do equilíbrio, função física e força muscular [ 172 , 173 , 174 ].

Uma terceira condição para a qual a vibração pode ser aplicada é a distrofia muscular de Duchenne (DMD), que é uma doença degenerativa causada por um gene defeituoso responsável pela produção de uma proteína muscular chamada distrofina. Esta proteína desempenha um papel importante na prevenção da fadiga muscular, e os pacientes com DMD muitas vezes apresentam músculos pouco desenvolvidos e, consequentemente, ossos. O exercício é um tratamento crucial para o crescimento muscular e ósseo; no entanto, a atividade excessiva entre pacientes com DMD pode resultar em dor, mioglobinúria e fadiga adicional nos músculos [ 175 ]. Portanto, o tratamento vibratório pode atuar como um complemento útil à terapia de exercícios para manter baixa a fadiga muscular e, ao mesmo tempo, manter o crescimento ideal. Moreira-Marconi et al. (2017) descobriram que o tratamento vibratório pode melhorar ou manter a mobilidade funcional e a força nos músculos entre pacientes com DMD [ 176 ]. Em resumo, os benefícios da vibração nos músculos apresentam uma importante modalidade de tratamento que inclui uma forma de estimulação de baixo risco e alta adesão que pode beneficiar uma ampla variedade de condições que afetam a musculatura.

4.2. Mecanismo Básico: Determinando o Destino do Progenitor de Células Ósseas

O esqueleto é uma estrutura muito dinâmica que é mantida pela deposição e reabsorção óssea, determinada em grande parte pela atividade dos osteoblastos e osteoclastos, respectivamente. Estruturalmente, o osso é criado por diferentes tipos de células e uma rica matriz extracelular (MEC). Os osteoblastos têm a capacidade de secretar e calcificar a MEC e são derivados de células-tronco mesenquimais (MSCs). A diferenciação osteogênica das MSC envolve três estágios: compromisso com a linhagem osteogênica, síntese da matriz e mineralização da matriz [ 177 ]. Os principais marcadores genéticos para osteoblastos incluem RUNX2, ALP, Col-I, OSX e OCN.

(1)

RUNX2: uma proteína codificada pelo gene RUNX2 que é um fator chave de transcrição associado à diferenciação de osteoblastos.
(2)

FA: fosfatase alcalina. Enzima responsável pela quebra de proteínas e está associada ao crescimento ósseo.
(3)

Col-1: colágeno tipo 1. É a principal proteína estrutural da matriz extracelular encontrada nos vários tecidos conjuntivos do corpo.
(4)

OSX: Osterix, também chamado de fator de transcrição Sp7. Desempenha um papel importante na condução da diferenciação de células precursoras mesenquimais em osteoblastos e, eventualmente, em osteócitos.

Zhou et al. (2011) investigaram o efeito da vibração na diferenciação osteogênica de MSCs semeadas em estruturas derivadas de osso humano e descobriram que a vibração de 40 Hz promoveu a diferenciação de MSC regulando positivamente o mRNA e a expressão proteica de RUNX2, ALP, Col-I e OCN [ 178 ]. Zhang et al. (2012) cultivaram células-tronco do ligamento periodontal sob vibração e na faixa de 40-120 Hz encontraram níveis aumentados de ALP, Col-1, Runx2, Osx e OCN [ 179 ]. Além disso, Pré et al. trataram MSCs com vibração mecânica, e os resultados mostraram que a expressão de ALP e Runx2 aumentou significativamente após tratamento com vibração mecânica de 30 Hz (2017) [ 180 ]. Isto sugere um papel direto na vibração na influência do destino das células-tronco na formação de osteoblastos.

RUNX2 e OSX são geralmente altamente expressos nos estágios iniciais, onde as células-tronco se comprometem com a linhagem osteogênica [ 181 , 182 ], Col-1 e ALP no estágio intermediário (síntese de matriz) [ 179 , 182 ] e OCN no estágio final da osteogênese [ 183 ]. RUNX2 e OSX são fatores de transcrição importantes para o comprometimento das células-tronco com a linhagem osteogênica e são expressos especificamente em osteoblastos. RUNX2 são ativos mais cedo e OSX mais tarde, uma vez que os pré-osteoblastos se transformam em osteoblastos totalmente funcionais. Estudos que analisam a manipulação molecular e genética de RUNX2 in vivo descobriram que sua expressão é necessária para a diferenciação de MSC em direção à linhagem de osteoblastos [ 184 , 185 ] e sem ela esse processo não pode começar [ 186 ]. RUNX2 também é conhecido por regular negativamente a proliferação de osteoblastos, agindo no ciclo celular [ 181 ] e prevenindo a diferenciação terminal de osteoblastos para mantê-los em um estado imaturo. Isso correspondeu a vários estudos que descobriram que a proliferação de osteoblastos não mudou ou diminuiu após a vibração [ 187 , 188 , 189 ]. OSX é um marcador mais específico de osteoblastos e é expresso após RUNX2, e orienta ainda mais a diferenciação do pré-osteoblasto para o estado de osteoblastos imaturos [ 182 ]. OSX se liga ao fator nuclear das células T ativadas (NFAT), o que leva à expressão do colágeno tipo 1 e à ativação da via de sinalização Wnt [ 190 ]. Chen et al. (2016) descobriram que o tratamento vibratório de MSCs cultivadas em superfícies revestidas com hidroxiapatita aumentou na expressão de Wnt e β-catenina, além de RUNX2 e OSX [ 177 ]. A via de sinalização Wnt / β-catenina é uma resposta fisiológica normal à carga mecânica, o que aumenta a sensibilidade dos osteoblastos a cargas mecânicas adicionais [ 191 ]. Hou et al. (2011) investigaram os mecanismos de respostas osteogênicas aprimoradas por vibração em células MC3T3-E1 e demonstraram que a sinalização Wnt estava envolvida na transdução de vibrações, o que causou uma diminuição na relação RANKL / OPG e nos níveis de esclerostina [ 192 ]. A via RANKL/RANK/OPG é uma importante via de sinalização na formação e atividade dos osteoclastos e também é influenciada pelo tratamento vibratório. Os osteoclastos são derivados de monócitos e macrófagos, que proliferam na medula óssea e se fundem para dar origem a osteoclastos multinucleados .]. Os progenitores de osteoclastos expressam RANK (receptor ativador do fator nuclear-κB), que interage com o ligante RANK (RANKL) para iniciar a osteoclastogênese. RANKL é produzido por uma variedade de células, como osteoblastos, osteócitos, células estromais e linfócitos. A osteoprotegerina (OPG), por outro lado, liga-se competitivamente ao RANK e inibe esse processo. Portanto, a disponibilidade e interação de RANKL/RANK/OPG determinam a taxa de osteoclastogênese [ 194 ]. Portanto, a via de sinalização Wnt/β-catenina estimulada pela vibração produz uma função dupla para estimular a formação de osteoblastos enquanto inibe a formação de osteoclastos. Em outras palavras, a vibração estimulou um aumento na quantidade e qualidade óssea.

Kulkarni et al. (2013) descobriram que a vibração mecânica de células precursoras de osteoclastos reduz a expressão de DC-STAMP na presença de RANKL em células precursoras de osteoclastos, levando à inibição da formação de osteoclastos [ 195 ]. Wu et al. (2012) descobriram que a estimulação de monócitos murinos por vibração reduziu a expressão de genes específicos de osteoclastos, como catepsina K, metalopeptidase de matriz-9 (MMP-9) e c-Fos a tal nível que as células não conseguiam se diferenciar em osteoclastos, mesmo na presença de RANKL [ 196 ]. Kim et al. (2012) e Sun et al. (2011) descobriram independentemente que a estimulação vibratória de células-tronco estromais mesenquimais aumentou a expressão de OPG, indicando um efeito direto da vibração na inibição da formação de osteoclastos [ 197 , 198 ].

Em resumo, parece que a estimulação vibratória nas células estaminais relacionadas com o osso promove processos anabólicos, estimulando a formação de osteoblastos, ao mesmo tempo que inibe os processos catabólicos, inibindo a formação de osteoclastos.

Aplicação: Engenharia de Tecidos

Uma das principais aplicações da vibração na diferenciação de células-tronco no contexto da saúde óssea é na engenharia de tecido ósseo. Normalmente, isso inclui osteoblastos e outros progenitores de células ósseas crescendo e fixando-se a uma superfície artificial para eventual implantação. A capacidade das MSCs de aderirem à superfície do implante e sua diferenciação na superfície do implante são componentes importantes para uma osseointegração bem-sucedida [ 199 , 200 ]. Para analisar a adesão celular à superfície do implante, Chen et al. (2016) avaliaram a organização da matriz e o rearranjo do citoesqueleto (F-actina), e a expressão gênica de F-actina, integrina β1, vinculina e paxilina, que estão envolvidas na adesão de células a substratos. Eles descobriram que a vibração das MSCs em superfícies revestidas com hidroxiapatita aumentou significativamente a expressão da F-actina, e tal regulação positiva da F-actina por estresse mecânico também foi relatada em outros estudos [ 201 , 202 ]. Sabe-se que a tensão mecânica induz mudanças na organização do citoesqueleto, e os filamentos de actina são cruciais para a adesão celular [ 203 ]. Chen et al. (2016) também encontraram um aumento em outras proteínas necessárias para a adesão, como integrina β1, vinculina e paxilina [ 177 ]. Isso também foi encontrado em outros estudos [ 201 , 204 ]. Em resumo, a diferenciação das MSCs aos processos anabólicos e a adesão às superfícies após a vibração permitem que esta seja uma aplicação ideal para a engenharia de tecido ósseo em laboratório para implantação.

4.3. Mecanismo Básico: Efeitos de Vibração na Ossificação e Reabsorção

A remodelação óssea é um processo que dura a vida toda, onde o tecido ósseo maduro é removido (isto é, reabsorção óssea) e substituído por novo tecido ósseo (isto é, ossificação). Este processo é importante para a adaptação do osso à carga mecânica e à cicatrização de microdanos e fraturas. O desequilíbrio da reabsorção e ossificação óssea leva a distúrbios como a osteoporose, um distúrbio esquelético sistêmico caracterizado pela deterioração do tecido ósseo, levando à fragilidade óssea e ao aumento do risco de fraturas. A densidade mineral óssea (DMO) é uma medida da quantidade de mineral ósseo no tecido ósseo e é usada clinicamente para avaliar o risco de osteoporose ou fratura. Nesta seção apresentamos as evidências de que o tratamento vibratório tem efeitos anabólicos na remodelação óssea e como isso se traduz em melhor saúde óssea e DMO quando aplicado em humanos.

A remodelação óssea saudável envolve a manutenção de um equilíbrio entre a reabsorção óssea e a ossificação e é mantida por uma rede de proteínas reguladoras [ 205 ]. A reabsorção óssea é feita através da ação dos osteoclastos que quebram o osso, e a formação óssea (isto é, ossificação) é mediada pelos osteoblastos, que secretam novo material ósseo. Conforme descrito na Seção 4.2 , foi demonstrado que a estimulação vibratória altera o equilíbrio em direção à formação óssea, melhorando as vias anabólicas e inibindo as vias catabólicas. Os osteócitos (isto é, células ósseas maduras) são o principal mecanossensor no osso que influencia as atividades dos osteoblastos e osteoclastos quando submetidos a uma variedade de estímulos mecânicos, incluindo fluxo de fluido, pressão hidrostática e alongamento mecânico [ 206 ].

Modelos animais mostraram que a vibração de 10 a 100 Hz pode estimular o crescimento ósseo, duplicando as taxas de formação óssea e inibindo a osteoporose [ 207 ]. Bacabac et al. (2006) testaram especificamente os efeitos da vibração em células precursoras de osteoblastos em uma variedade de frequências de 5 a 100 Hz. Eles descobriram que a liberação de óxido nítrico (NO) e a expressão de mRNA de COX-2 foram positivamente correlacionadas com a frequência, enquanto a liberação de prostaglandina E ₂ se correlacionou negativamente com a frequência [ 208 ]. Foi demonstrado in vitro que os osteoclastos migram para longe do NO [ 208 , 209 ] e a PGE2 I estimula a diferenciação e atividade dos osteoclastos, aumentando os níveis de mRNA dos fatores de diferenciação dos osteoclastos. Portanto, a anti-correlação entre NO e PGE2 _tem um efeito líquido de estimulação da ossificação sobre a reabsorção óssea.

Da Jing et al. (2016) testaram vibração a 45 Hz e 0,5 g em camundongos deficientes em leptina, que apresentam diminuição da massa óssea e comprometimento da microestrutura óssea. Eles descobriram que o tratamento de vibração nesses ratos estimula a fosfatase alcalina tibial (ALP), OCN, fator de transcrição 2 relacionado ao runt (RUNX2), colágeno tipo I (COL1), BMP2, Wnt3a, Lrp6 e expressão de mRNA de b-catenina, e preveniu o aumentos dos níveis dos genes de esclerostina tibial (SOST), RANK, RANKL e RANL/osteoprotegerina (OPG) indb/dbmice [ 210 ]. Essas proteínas são pró-ossificação e reabsorção antióssea, e isso resultou em aumento da taxa de aposição mineral, taxa de formação óssea e aumento do número de osteoblastos no osso esponjoso. Estes efeitos benéficos nas células ósseas são apoiados por Li et al. (2015), que testaram ratas ovariectomizadas com vibração (35 Hz a 0,25 g) [ 211 ]. Eles descobriram que a vibração regulou positivamente a expressão de BMP-2 e Runx2, ativou a via de sinalização ERK1/2 e, consequentemente, levou ao aumento da expressão de OCN. Essas proteínas também são pró-ossificação. Eles também notaram que o efeito anabólico da estimulação mecânica foi potencializado com a incorporação do período de descanso entre as cargas. Essas descobertas foram replicadas por Sun et al. (2019) que mostraram que células semelhantes a osteócitos MLO-Y4 estimuladas por 45 Hz a 0,5 g promoveram a secreção de prostaglandina E ₂ e OPG e inibiram a secreção de fator de necrose tumoral-α e RANKL [ 212 ]. Tanaka et al. (2003) encontraram resultados semelhantes testando osteoblastos in vitro com vibração [ 213 ]. Lau et al. [ 206 ] descobriram que a estimulação de células de osteócitos MLO-Y4 estimuladas com vibração de baixa amplitude e alta frequência (0,3 g; 30, 60 e 90 Hz) teve uma variedade de efeitos de reabsorção antióssea, que variaram com a frequência. Eles descobriram que os osteócitos aumentaram a expressão de COX-2 a 90 Hz, enquanto o RANKL diminuiu mais significativamente a 60 Hz. O meio condicionado coletado das células dos osteócitos vibrados inibiu a formação de grandes osteoclastos e a quantidade de reabsorção osteoclástica em 20% [ 206 ]. Achados semelhantes foram encontrados em outros estudos e também encontraram um aumento nos fatores condrogênicos, como o colágeno tipo I e II, e mostraram melhorias correspondentes nas fraturas em radiografias e histomorfometria [ 214 , 215 ]. Evidências de imagens de tomografia computadorizada na consolidação de fraturas mostraram que camundongos ovariectomizados submetidos a tratamento de vibração de 45 Hz demonstraram propriedades melhoradas do calo, com maior rigidez flexural e formação óssea, além dos efeitos celulares mencionados acima [ 216 ].

O mecanismo por trás da dependência da frequência da resposta dos osteócitos à vibração não é bem compreendido. Em frequências mais baixas (<10 Hz), o fluxo de fluido pode ser o que medeia os efeitos mediados pela vibração, causando oscilações de cálcio nas células quando a vibração é aplicada [ 217 ]. Devido à viscoelasticidade das células, as células são menos rígidas e, portanto, mais deformáveis em frequências mais baixas. Tal deformação causada pela tensão de cisalhamento do fluido requer tensão de contato atuando principalmente na membrana celular [ 208 ]. Conseqüentemente, os cílios, que são pequenas estruturas semelhantes a cabelos que se projetam da membrana celular, são considerados estruturas importantes para a mecanossensibilização. Li et al. (2020) descobriram que produtos químicos que danificam os cílios primários inibiram as respostas osteogênicas induzidas pela vibração (diferenciação, mineralização e maturação) nos osteócitos, indicando que os efeitos osteogênicos induzidos pela vibração são mediados pelos cílios [ 218 ]. Em frequências mais altas, há uma chance de que o estresse do fluido seja atenuado, e sugere-se que em frequências acima de 10 Hz, o movimento de corpos intracelulares sólidos, como o núcleo, pode impulsionar os efeitos celulares da vibração. Bacabac et al. (2006) descobriram que a taxa de aceleração gerada pela frequência de vibração estava correlacionada com a quantidade de força que atua no núcleo das células ósseas vibradas.

Os efeitos da vibração podem ter efeitos diferentes em diferentes ossos do corpo e dependendo de como a vibração é aplicada. Pravitarangul et al. (2018) descobriram que a vibração das células ósseas do ilíaco reduziu a expressão da proteína reabsortiva, mas esse efeito não foi encontrado nas células ósseas da mandíbula [ 219 ]. Curiosamente, Rubin et al. (2004) mostraram que o sinal de vibração de todo o corpo foi transmitido ao máximo para o quadril e a coluna de pessoas em pé [ 220 ]. Komrakova et al. (2013) investigaram vários parâmetros de vibração na consolidação de fraturas em ratos e descobriram que as vibrações verticais de 35 e 50 Hz produziram resultados mais favoráveis do que as frequências mais altas e as vibrações horizontais não mostraram efeitos positivos ou negativos. Especificamente, as vibrações verticais (> 35 Hz) melhoraram as densidades corticais e de calos, aumentaram a área e largura do calo, aceleraram a ponte de osteotomia (35 e 50 Hz) e aumentaram o peso muscular relativo (50 Hz) [ 221 ].

Os níveis de estrogênio também podem influenciar se a vibração gera efeitos positivos ou nulos nas células ósseas. Haffner-Luntzer et al. [ 222 ] descobriram que a vibração aplicada na estimulação de células osteoblásticas de 45 Hz teve efeitos positivos na formação óssea da expressão genética ou um efeito nulo dependendo da presença de estrogênio. Eles descobriram que as células ósseas aumentaram a expressão do gene COX-2, a atividade metabólica celular e a proliferação celular após vibração na ausência de estrogênio, enquanto o contrário era verdadeiro na presença de estrogênio [ 222 ].

Isto indica que consideravelmente mais pesquisas são necessárias para determinar a frequência, amplitude e direção de vibração ideais para os efeitos ósseos desejados. Da mesma forma, importantes considerações contextuais específicas precisam ser exploradas para derivar os efeitos pretendidos das vibrações.

Aplicação: Tratamento da Osteoporose e Perda Óssea

Uma aplicação importante da vibração em humanos é estimular a consolidação e o crescimento ósseo, especialmente em resposta a fraturas ou osteoporose. Rubin et al. (2004) realizaram um estudo prospectivo, randomizado, duplo-cego e controlado por placebo de 70 mulheres na pós-menopausa com breves períodos de vibração aplicados a 30 Hz e 0,2 g [ 220 ]. A varredura DXA foi usada para medir a densidade mineral óssea na coluna, quadril e rádio distal no início do estudo, 3, 6 e 12 meses. Eles descobriram que o tratamento vibratório reduziu significativamente a perda óssea na coluna e no fêmur, com eficácia aumentando com maior adesão e para aqueles com menor massa corporal. Embora a perda óssea tenha sido reduzida, não parece haver nenhuma indicação de um aumento líquido na massa óssea sendo criado. Em um estudo mais recente, ElDeeb e Abdel-Aziem (2020) mostraram que a vibração em conjunto com exercícios pode melhorar a densidade mineral óssea (DMO) de mulheres na pós-menopausa com osteoporose [ 223 ]. Outros estudos clínicos mostraram resultados semelhantes para sugerir efeitos positivos na DMO osteoporótica [ 224 , 225 ].

Matute-Llorente et al. (2015) realizaram um ensaio clínico randomizado com adolescentes com síndrome de Down usando vibração de corpo inteiro, com resultados primários sendo conteúdo mineral ósseo e DMO [ 226 ]. Adolescentes com síndrome de Down (SD) tendem a ter pior saúde óssea do que seus pares sem SD. Eles descobriram que o grupo tratado com vibração aumentou o conteúdo mineral ósseo e a densidade como um todo e especificamente na região da coluna lombar e na tíbia. Outro ensaio randomizado controlado por placebo descobriu que o tratamento vibratório para crianças com paralisia cerebral melhorou a DMO nas regiões tibiais e na coluna em comparação com os controles, embora a adesão ao uso do dispositivo tenha sido de apenas 44% [ 227 ].

Portanto, pode-se observar que os efeitos osteogênicos benéficos da vibração na saúde óssea são proeminentes em diferentes faixas etárias e condições médicas com diferentes etiologias. O que é comum é o fato de que a osteoporose, a síndrome de Down e a paralisia cerebral são condições incapacitantes que reduzem a estimulação mecânica dos ossos devido à falta de atividade ou força nos músculos e ossos. Uma vez que a natureza do estímulo vibratório é baseada no fornecimento de um substituto para sinais musculares de alta frequência, isto pode ser usado com sucesso para tratar condições que limitam naturalmente tal estimulação. Dado que os parâmetros de vibração são restritos a 1–100 Hz com magnitude inferior a 1 g [ 228 ], há um efeito benéfico líquido da vibração na resistência óssea e na saúde em humanos.

4.4. Mecanismo Básico: Efeitos Anabólicos na Coluna Vertebral e nos Discos Intervertebrais

A coluna vertebral é um componente importante do sistema esquelético, crucial para a integridade estrutural do corpo e para abrigar a medula espinhal, que conecta os nervos periféricos ao sistema nervoso central. A coluna vertebral consiste em 33 segmentos vertebrais, os 24 superiores são articulados e separados entre si por discos intervertebrais, e os nove inferiores são fundidos em adultos. Cada disco atua como uma articulação tipo almofada entre os segmentos vertebrais, permitindo um leve movimento enquanto mantém os segmentos juntos e atua como um amortecedor. Nesta seção serão explorados os efeitos da vibração na coluna vertebral e estruturas associadas.

Os segmentos vertebrais da coluna apresentam o mesmo efeito da vibração que qualquer outro osso, pois há um aumento na DMO após a estimulação vibratória [ 23 ]. O que é de grande interesse, entretanto, são os efeitos da vibração nos discos intervertebrais (DIV), já que a degeneração dos discos intervertebrais é considerada uma patogenia importante para distúrbios da coluna e dor lombar [ 229 ]. Desmoulin et al. (2013) testaram IVD bovino em estudos múltiplos com vibração de 0–200 Hz e encontraram um aumento na expressão de mRNA de agrecan, colágeno tipo I e II, decorina e versican em quantidades significativas [ 230 , 231 , 232 ]. Outro estudo encontrou resultados semelhantes em camundongos vivos tratados com vibração de 15 a 90 Hz a 0,3 g, mostrando um aumento na expressão de agrecano, biglicano, decorina, colágeno tipo I e Sox9 [ 233 ]. Liang et al. (2017) descobriram que a vibração vertical e de corpo inteiro em ratos (0,49 g a 30 Hz) aumentou a expressão de agrecan, colágeno tipo I e II e decorina [ 234 ]. Aggrecan é um proteoglicano com função principalmente mecânica na matriz do tecido e é vital para a saúde do disco. A análise do DIV doloroso excisado mostrou a presença de nervos e vasos sanguíneos que invadiram o disco, e isso foi sugerido como resultado do conteúdo alterado de agrecan no DIV [ 235 ]. A decorina é um pequeno proteoglicano produzido por neurônios e astrócitos e tem efeito antiinflamatório e regula cicatrizes na medula espinhal. Por esse motivo, Decorin foi sugerido como tratamento para lesão medular [ 236 ]. O biglicano é uma molécula pequena que é importante na mineralização do osso e também desempenha um papel no inchaço osmótico no IVD, e o versicano é um proteoglicano grande, que funciona na adesão celular e na sinalização celular [ 234 ]. O colágeno tipo I e II são componentes importantes do anel fibroso e do núcleo pulposo, respectivamente [ 234 ]. Em conjunto, a expressão destes genes produz um efeito anabólico, que melhora a saúde dos discos e mantém a sua capacidade de hidratação e absorção de choques. Na dor lombar, a carga mecânica anormal leva à ruptura interna do disco [ 237 , 238 , 239 ], perda de conteúdo de água e altura do disco mediada por células, e está associada à perda de conteúdo de agrecan e colágeno dentro do disco [ 240 , 241]. O disco libera citocinas pró-inflamatórias promovendo a infiltração e ativação de células imunológicas que potencializam ainda mais o crescimento de nervos e vasos sanguíneos. O disco degenerado e as células imunológicas começam a produzir fatores neurogênicos que ativam sinais nervosos nociceptivos para produzir a sensação de dor relacionada ao disco [ 242 ]. Portanto, o tratamento vibratório pode servir para neutralizar esses tipos de efeitos observados na progressão da degeneração do disco que leva à dor.

Aplicação: Vibração focada para dor crônica nas costas

Uma importante aplicação emergente da vibração entre pacientes humanos é para o tratamento de dores crônicas nas costas e no pescoço relacionadas à coluna. Desmoulin et al. (2007 e 2007) conduziram dois estudos semelhantes recrutando pacientes com dor cervical crônica e com dor crônica nas costas e testaram a vibração (80–120 Hz) aplicada diretamente nas vértebras C1 da coluna vertebral. Eles encontraram uma melhora significativa na dor, uma melhora na amplitude de movimento e uma redução na dosagem de analgésicos após um mês de estimulação vibratória. A melhora da dor pode ser devida aos efeitos anabólicos da vibração nos discos intervertebrais, que podem ter um efeito antiinflamatório para prevenir dores discogênicas nas costas. Outro mecanismo possível pode ser que a analgesia vibratória seja produzida por estímulos neurais em frequências específicas que alteram os processos do sistema nervoso central [ 107 , 243 , 244 ], porém ainda não está claro como isso pode funcionar. A amplitude de movimento da coluna também melhorou e provavelmente se deve à vibração. Keller et al. (2000) quantificaram as características de mobilidade da coluna toracolombar humana com estimulação vibratória transitória [ 245 ]. Eles descobriram que a região torácica da coluna vertebral é mais móvel do que a coluna lombar e descobriram que 40 Hz e 80 Hz são os melhores para induzir mobilidade. Embora o mecanismo ainda não esteja totalmente claro, sugere-se que as vibrações na frequência de ressonância da coluna vertebral são as mais potentes na indução de melhorias na mobilidade. Esses achados apoiam os resultados de outro estudo clínico realizado por Desmoulin et al. (2012) que descobriram que a estimulação vibratória focal de C1 das vértebras se traduziu em melhorias posturais do alinhamento da coluna vertebral na coluna cervical [ 147 ]. Este estudo mediu o eixo médio de rotação da coluna cervical a partir de imagens de raios X de flexão-extensão para quantificar o grau de alinhamento da coluna vertebral. A vibração aplicada à coluna cervical foi capaz de corrigir significativamente o desalinhamento da coluna cervical de 44 pacientes com dor cervical crônica. Como o alinhamento da coluna é um fator importante na prática quiroprática e ortopédica e seu papel na dor nas costas está estabelecido [ 246 ], a correção da postura da coluna usando vibração pode ser outro mecanismo por trás do alívio da dor.

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5. Discussão e Conclusões

5.1. Sugestões de relatórios

Uma observação importante desta revisão da literatura sobre vibração é a precisão com que a aplicação da vibração é relatada nos estudos. Estudos de pesquisa normalmente relatam alguma combinação do seguinte: (1) a frequência do estimulante vibratório em Hertz, (2) a amplitude em mm da vibração, que é definida como o deslocamento máximo por um ponto em um corpo vibrante de seu equilíbrio posição, (3) a aceleração de um ponto no corpo vibrante medida em unidades métricas (m/s ² ) ou unidades de constante gravitacional g, onde 1 g = 9,81 m/s ² , (4) a pressão de vibração medida como dyn/cm ² , que indica a força de 1 g acelerada em 1 cm por segundo ao quadrado; ou como pGz indicando aceleração vibracional periódica ( p ) (G) ao longo do eixo z (horizontal), que em pesquisas é normalmente entre 1 e 4 Hz, e (5) a duração do estimulante, bem como a frequência com que ele é aplicado ao longo dias/semanas/meses.

Existem duas inconsistências principais em relação ao relato das características das vibrações. Primeiro, a inconsistência entre o que é considerado “alta frequência” e o que é considerado “baixa frequência”. Por exemplo, alguns estudos descrevem vibrações de 30-100 Hz como alta frequência [ 206 , 208 , 220 , 222 ] (a perspectiva de uma plataforma de corpo inteiro que se move mecanicamente), enquanto outros estudos relatam algo entre 0 e 200 Hz como baixa frequência [ 70 , 115 , 119 , 155 , 180 ] (a perspectiva do som). Isto se deve em grande parte aos contextos científicos nos quais os pesquisadores estão interessados, mas tais rótulos contextuais tornam a síntese do conhecimento em vibração mais difícil do que deveria ser. Recomendamos simplesmente dizer “vibração na frequência X”. Se quisermos ser descritivos, é melhor descrever a natureza da vibração ou da área aplicada em vez de dizer que é alta ou baixa. Por exemplo, pode-se investigar os efeitos da vibração percussiva, vibração acústica, vibração aplicada globalmente ou focalmente. Usamos o termo “baixa frequência” para descrever a vibração de 0–250 Hz porque este artigo é apresentado no contexto da música e do som.

A segunda inconsistência está no relato da quantidade de superfície do corpo que é estimulada e na distribuição relativa do efeito vibratório. Para estudos em VCI, todo o corpo é estimulado, mas a transmissão vibratória real pode depender da postura e postura. Com dispositivos de estimulação vibroacústica, a aplicação pode ser em quase todo o corpo com alto-falantes acima do joelho, parte inferior das costas, parte superior das costas e pescoço [ 40 ] ou principalmente nas costas com um único transdutor no centro das costas [ 41 ], ou apenas mãos e pés com pequenos dispositivos piezoelétricos [ 247 ], ou tão pequenos quanto uma sonda semelhante a um lápis [ 32 , 147 ]. Portanto, recomendamos adicionar uma sexta categoria de relatório: (6) a região do corpo que é diretamente estimulada pela vibração (por exemplo, coluna, região lombar, pescoço, pés e corpo inteiro).

Como resultado dos diferentes métodos de medição, uma consideração importante é quais medições devem ser relatadas, no mínimo, para replicar estudos de vibração na saúde humana e comparar com precisão os diferentes estudos. Nem todas as seis categorias de medidas descritas acima precisam ser relatadas porque algumas permitem a conversão para outras unidades. Por exemplo, o deslocamento pode ser determinado pela velocidade e pela frequência, a velocidade pode ser determinada pela frequência e pelo deslocamento, a aceleração pode ser determinada pela frequência e pelo deslocamento, e a pressão pode ser determinada pela força (uma função da aceleração e da massa) e da área aplicada. Portanto, os padrões de relatórios para estudos de vibrações na saúde devem ter um número pragmático de medições que possam permitir conversões para outras unidades, se necessário. Recomendamos um mínimo de (4) medições: a frequência (em Hz), a aceleração (em g), a duração do estímulo (tempo aplicado e durante quantos dias) e a área do corpo estimulada (por exemplo, coluna, costas, corpo inteiro ou uma área medida em unidades). A área de vibração aplicada é um padrão de relatório novo, mas importante, a ser considerado.

5.2. Implicações clínicas

Esta tentativa de “mapear a paisagem” dos mecanismos de efeito vibracional no corpo mostrou que a investigação está a começar a identificar como a vibração afecta “o sangue, o cérebro e os ossos”, mas que os meios do efeito são altamente complexos. Há ampla evidência de que se uma pessoa está em frente a uma torre de alto-falantes em um concerto de rock, dançando ao som de uma batida pulsante, sentindo o tremor do pedal do órgão de tubos, viajando no trem subterrâneo, andando de carruagem sobre paralelepípedos, usar um vibrador portátil, ficar em pé sobre uma plataforma oscilante em uma academia, sentar-se em uma cadeira vibroacústica ou ter a coluna tratada com uma caneta vibratória, há potencial para efeitos que podem afetar a saúde positiva ou negativamente.

Ao longo do artigo apontamos para potenciais aplicações clínicas. Em alguns casos, estes já estão sendo usados, como no caso da vibração de corpo inteiro para osteoporose, ou aplicação focal na coluna para condições ortopédicas. No entanto, a maioria das aplicações potenciais ainda precisam de ser clinicamente reconhecidas e comercializadas em produtos clinicamente regulamentados, para que alegações específicas e, consequentemente, a prescrição médica possam tornar-se geralmente praticadas. O potencial para isso é indicado pela investigação em hemodinâmica, em neurologia e em condições músculo-esqueléticas.

As organizações profissionais que promovem e pesquisam esses efeitos da vibração incluem VIBRAC ( https://www.vibrac.fi/ ) (acessado em 21 de abril de 2021), que se concentra na terapia vibracústica para uma ampla, mas principalmente não especificada, gama de condições de saúde e WAVEX : Associação Mundial de Especialistas em Exercícios Vibratórios ( https://internationalwavexmeeting.wordpress.com/ ) (acessado em 21 de abril de 2021) com foco na VCI para a saúde física e cognitiva.

Embora os mecanismos de ação decorrentes da vibração pareçam ser clinicamente relevantes em muitas situações, deve-se alertar para o fato de que em muitos casos a pesquisa utilizou estudos em animais. Em muitos casos, os resultados de estudos em animais podem ser replicados em humanos, mas isso não é uma certeza. Consequentemente, a tradução para aplicações clínicas não é imediata e pode não ser bem sucedida.

5.3. Pesquisa futura

Nossa revisão mostrou que são necessárias pesquisas muito mais específicas. Por exemplo, a investigação precisa de determinar se a estimulação vibroacústica do tronco numa cadeira tem efeitos semelhantes à vibração de todo o corpo numa plataforma sobre os músculos de pessoas frágeis. A investigação necessita de explorar mais plenamente o efeito da frequência em mecanismos específicos. Por exemplo, como o óxido nítrico está positivamente correlacionado e a prostaglandina E ₂ negativamente correlacionada com a frequência e, portanto, qual é a frequência alvo para qual efeito específico. Da mesma forma, nossa análise mostrou exemplos de como a vibração em uma amplitude era positiva e em outra era negativa. A complexidade da resposta do mecanismo à vibração dificulta a aplicação clínica e a conclusão do efeito. A interação de variáveis em múltiplos mecanismos, incluindo duração, força, ciclo, frequência, local e área de aplicação e grupo de pacientes, torna o controle de resultados específicos um desafio e enquadra a agenda de pesquisas urgentemente necessárias para avançar nesta forma de tratamento potencialmente potente.

Uma observação importante deste esforço para “mapear a paisagem” é que não existe um “campo” integrado de pesquisa vibracional. Em vez disso, existem silos individuais que parecem funcionar isoladamente uns dos outros. Isso se aplica até mesmo ao tipo de estímulo. A WBV se desenvolveu como um silo por causa do dispositivo e da forte aplicação no atletismo, no treinamento esportivo e na medicina. A terapia vibroacústica é outro silo, menos desenvolvido, embora não seja novo, e com menos consciência do mecanismo em sua pesquisa. A mais diversa e, portanto, nem sequer qualificada como um “silo”, é a vibração focal com aplicações que vão desde o tratamento ortopédico, ao tratamento da dor na articulação temporomandibular, à movimentação dentária ortodôntica, à engenharia de tecidos ou à ortopedia. A realidade pode ser que quem está na academia e busca fortalecer os músculos do core do corpo em uma plataforma vibratória esteja fazendo muito mais do que imagina. É hora de essas correntes de pesquisa separadas, mas relacionadas, explorarem pontos comuns e questões de pesquisa compartilhadas para avançar neste campo claramente importante para o avanço das aplicações clínicas na área da saúde.

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Agradecimentos

Obrigado às seguintes pessoas por revisar e fazer sugestões úteis sobre o rascunho do artigo: Lidan You, Universidade de Toronto, pela seção musculoesquelética, Andrew Hoffman, Ahof Biophysical Systems Inc, Burnaby, BC, Canadá, pela seção hemodinâmica, Ana Andreazza, Universidade de Toronto para as seções hemodinâmica e neurológica.

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Contribuições do autor

Conceituação, LB; redação – preparação do rascunho original, LB e AM; redação – revisão e edição, LB e AM Ambos os autores leram e concordaram com a versão publicada do manuscrito.

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Financiamento

Esta pesquisa não recebeu financiamento externo.

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Declaração do Conselho de Revisão Institucional

Não aplicável.

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Declaração de consentimento informado

Não aplicável.

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Declaração de disponibilidade de dados

Não aplicável.

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Conflitos de interesse

Os autores declaram não haver conflito de interesses.

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Notas de rodapé

Nota do Editor: O MDPI permanece neutro em relação a reivindicações jurisdicionais em mapas publicados e afiliações institucionais.

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Fonte: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8157227/

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Abstrato

1. Introdução

1.1. Conceitos Básicos

1.1.1. Mecanismo

1.1.2. Tipos de estímulo e resposta

1.1.3. Ritmicidade Vibratória

1.2. Aplicações Vibratórias à Saúde

1.2.1. Predicados históricos

1.2.2. Conceitos Atuais de Aplicação Terapêutica para Vibração

1.3. Definições, Esclarecimentos e Terminologia

1.3.1. Fonte de estimulação pulsada: ondas sonoras ou compressão mecânica

1.3.2. Vocabulário e Inclusão

1.4. Metodologia e Escopo

1.4.1. Abordagem de revisão narrativa

1.4.2. Mecanismos de resposta à vibração

1.5. Organização da Análise de Mecanismos

2. Efeitos hemodinâmicos

2.1. Mecanismo Básico: Estimulação de Células Endoteliais

2.1.1. Submecanismo: Óxido Nítrico

Aplicação: Fluxo Sanguíneo Geral

Aplicação: Cardioproteção e Terapia

Aplicação: Neuroproteção e Neuroterapia

2.1.2. Submecanismo: Adrenomedulina

2.1.3. Submecanismo: Antioxidantes

2.2. Mecanismo Básico: Vibropercussão

Aplicação: Dissolução de Coágulos Sanguíneos

3. Efeitos Neurológicos

3.1. Mecanismo Básico: Ativação de Proteínas Quinases

3.2. Mecanismo Básico: Estimulação Nervosa

3.2.1. Submecanismo: Sensibilização do Sistema Proprioceptivo

Aplicação: Síndrome de Dor Regional Complexa (SDCR)

Aplicação: Paralisia Cerebral

3.2.2. Submecanismo: Estimulação do Nervo Vagal

Aplicação: Depressão

Aplicação: Síndrome de Rett

3.3. Categoria de efeitos neurológicos – específicos para dor e analgesia vibratória

3.3.1. Mecanismo Básico: Controle de Portão

3.3.2. Mecanismo Básico: Modulação de Respostas Autonômicas – Dor e Além

3.3.3. Mecanismo Básico: Neurotransmissores – Dor e Além

3.4. Mecanismo Básico: A Coerência Oscilatória Suporta Conectividade e Função do Circuito

3.4.1. Aplicação: Dor Neurogênica

3.4.2. Aplicação: Condições Neurodegenerativas

3.4.3. Submecanismo: Simetria Oscilatória Frontal

4. Efeitos musculoesqueléticos

4.1. Mecanismo Básico: O Reflexo de Estiramento Muscular

Aplicação: Usando vibração para fornecer efeitos semelhantes aos do exercício

4.2. Mecanismo Básico: Determinando o Destino do Progenitor de Células Ósseas

Aplicação: Engenharia de Tecidos

4.3. Mecanismo Básico: Efeitos de Vibração na Ossificação e Reabsorção

Aplicação: Tratamento da Osteoporose e Perda Óssea

4.4. Mecanismo Básico: Efeitos Anabólicos na Coluna Vertebral e nos Discos Intervertebrais

Aplicação: Vibração focada para dor crônica nas costas

5. Discussão e Conclusões

5.1. Sugestões de relatórios

5.2. Implicações clínicas

5.3. Pesquisa futura

Agradecimentos

Contribuições do autor

Financiamento

Declaração do Conselho de Revisão Institucional

Declaração de consentimento informado

Declaração de disponibilidade de dados

Conflitos de interesse

Notas de rodapé

Referências

Esta é uma assinatura mensal (30 dias). O Plano 2 tem um total de 70 frequências divididas em: 60 FUDs (Frequência Ultrassônica Direcionada) + 10 FMRs (Frequência Musical para Relax).

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