Gli ultrasuoni sono onde acustiche con frequenze superiori ai 20 kHz (20.000 Hertz), la massima frequenza udibile dall’orecchio umano (da cui il nome). Sono generate sollecitando un quarzo con un campo elettrico di cui si inverte periodicamente la polarità: per effetto del campo elettromagnetico che si crea, il quarzo si comprime ed espande, generando delle vibrazioni meccaniche che provocano le onde acustiche degli ultrasuoni. Penetrando in un sistema biologico, le onde perdono energia, cedendola al sistema che attraversano con un meccanismo di attenuazione. Più alta è la frequenza dell’onda, maggiore è l’attenuazione (quindi penetra meno profondamente): generalmente le onde entrano fino a profondità comprese tra 1,5 e 5 cm. Il sistema biologico può essere un tendine, un muscolo o un osso. La cessione di energia viene convertita in calore, le cui proprietà terapeutiche sono ben note da centinaia di anni. L’uso degli ultrasuoni a scopo terapeutico in ortopedia è sfruttato fin dalla metà del ventesimo secolo. Il calore indotto nei tessuti è legato alla viscosità del tessuto (quindi alla sua stessa natura biologica), alla sua chimica (composizione) e alle proprietà termiche (conduttività). Ma la cessione di calore non è l’unico effetto. Si ha infatti una sollecitazione meccanica che produce un movimento delle molecole dei tessuti, inducendo variazioni di pressione. Queste permettono di muovere il liquido all’interno dei tessuti biologici e quindi ha effetto nel caso di presenza di versamenti o per riallineare le fibre di collagene.
L’ulteriore effetto delle onde acustiche che attraversano un sistema biologico è di tipo chimico: si modifica il pH e la permeabilità delle membrane cellulari, facilitando lo scambio e la migrazione di liquidi.