Gli ultrasuoni sono energia sonora a una frequenza che va oltre i limiti percepibili dall’udito umano (20Khz). In odontoiatria vengono usati fondamentalmente due metodi per produrre gli ultrasuoni : la magnetostrizione e il principio piezoelettrico.
La magnetostrizione, che converte l’energia elettromagnetica in energia meccanica, è definita come la dipendenza dello stato dimensionale di un corpo ferromagnetico rispetto alla direzione e all’ampiezza della sua magnetizzazione. Ciò si ottiene utilizzando uno strumento, con all’interno un’anima di metallo magnetostrittivo soggetta a un campo magnetico stazionario e alternante e ciò ha come risultato la produzione di vibrazioni.
Il secondo metodo è basato sul principio piezoelettrico, che consiste nella capacità, presentata da determinati cristalli (cristalli piezoelettrici ), di subire una variazione dimensionale quando viene loro applicata una carica elettrica. La deformazione del cristallo viene convertita in una oscillazione meccanica (vibrazione) senza produzione di calore. Comunque la si generi, se la vibrazione viene trasmessa a una soluzione, formerà in essa onde meccaniche che si propagheranno nelle tre direzioni dello spazio attraverso i mezzi liquidi(ma anche solidi e gassosi); si tratta cioè di onde sferiche. L’onda è un’entità fisica priva di massa costituita da energia pura che si propaga trasportando energia e interagendo con i corpi materiali circostanti. Secondo il principio di Huygens-Fresnel, ogni punto che vibra davanti all’onda, è considerato centro di un nuovo disturbo, il cui effetto collettivo costituisce una nuova forma di onda che si propaga in avanti.
Le onde sinusoidali, che sono quelle che si propagano lungo l’asse maggiore dello strumento generante, sono un particolare tipo di onde in cui si alternano successivamente impulsi positivi e negativi, di uguale ampiezza, intendendo per ampiezza il massimo spostamento dell’onda. I punti con spostamento nullo, detti nodi, sono equamente spaziati ad intervalli regolari, mentre i punti di mezzo tra due nodi, antinodi o ventri, oscillano su e giù. La lunghezza d’onda è la distanza tra due massimi positivi successivi. La curva ha un andamento periodico perché si ripete identica a intervalli . La frequenza di un’onda sinusoidale è uguale al numero di lunghezze di onda che passano in un punto in un secondo , ossia: frequenza = 1/T ; la sua unità di misura è 1/S cioè S-1 , detto hertz (Hz). Le capacità di rimozione dei detriti e di pulizia da inquinamenti biologici da parte di strumenti ultrasonici sono attribuite fondamentalmente all’onda oscillante (di cui sopra), al fenomeno della cavitazione, al microflusso acustico e al potenziamento fisico della soluzione, come si vedrà a seguire.
Cavitazione
È la formazione di cavità ripiene di gas o di vapore all’interno di un liquido per effetto di forze meccaniche. Il moto delle onde formate da queste bolle può variare da forme di cavitazione stabile (lineare), in cui le bolle aumentano di misura per poi diminuire, a forme di cavitazione a transienti (non lineare), in cui le bolle si ingrandiscono fino ad un livello tale che le fa implodere violentemente; il che genera notevoli quantità di energia (Stock, 1991). L’energia prodotta può essere paragonata a delle onde d’urto capace di distruggere i tessuti biologici. L’effetto dell’esplosione, infatti, crea un’enorme pressione idrostatica che può provocare la rottura di membrane cellulari e agire con effetto di spazzolatura meccanica dovuto all’agitazione molto irregolare della soluzione.
Microflusso acustico
Esso è definito come generazione di una circolazione unidirezionale e costante di un fluido nelle vicinanze di un piccolo oggetto vibrante: può generare vortici in varie direzioni.
Potenziamento della soluzione
Gli ultrasuoni hanno tra gli effetti anche quello di aumentare la temperatura locale, con concomitanti variazioni di pressione che favoriscono l’azione delle soluzioni battericide tramite i seguenti meccanismi:
liberazione di radicali attivi, ossidazione e degenerazione delle molecole, distruzioni enzimatiche ed aumento della permeabilità delle membrane cellulari. È stato inoltre dimostrato che le cellule in via di mitosi sono particolarmente sensibili agli ultrasuoni e che le cellule in sospensione sono più suscettibili alle azioni delle molecole disinfettanti.