1. Introducción
“Primero se utilizan las agujas (acupuntura), luego el fuego (moxibustion) y finalmente las hierbas” (Tsuei, 1996) Esto es bien sabido en Medicina Tradicional China (MTC). De hecho, la moxibustión ha jugado un rol muy importante en Asia durante muchos años (Zhang, 1993). En el Huan Di Nei Jin, podemos encontrar que si las agujas no pueden hacer el trabajo la moxa es la mejor opción. La moxibustión era comúnmente conocida por ser capaz de aliviar dolores debidos a enfermedades severas que se manifiestan como vacío, frio y deficiencia de Yang. En estudios clínicos muchos experimentos han confirmado que la moxibustion es capaz de mejorar la inmunidad, promover la circulación, estimular el sistema nervioso, activar la secreción interna, ajustar la respiración, la digestión y regularizar el sistema reproductor, entre otros. (Wu y otros., 2001; Liu, 1999). Sin embargo la moxibustion no ha sido aceptada dentro de las terapias modernas; por un lado debido a la falta de estándares en los procedimientos de la práctica, y por el otro debido al presente riesgo de escaldar a los pacientes. Por lo tanto consideramos necesario un mayor énfasis en incrementar nuestros conocimientos acerca de la moxibustion y esperamos que los esfuerzos de esta investigación sean útiles para una futura instrumentación y estandarización de la práctica por las técnicas científicas modernas emergentes.
Las técnicas de moxibustión existentes pueden ser clasificadas en terapia de moxibustión directa o indirecta. En la moxibustión directa el cono de moxa encendido normalmente es colocado sobre la piel cerca de puntos acupunturales (Fig. 1a). La moxibustión directa puede ser a su vez clasificada en purulenta o no purulenta. En la moxibustión purulenta el cono de moxa encendido es colocado directamente sobre el punto de acupuntura hasta que se consume por completo. Este tipo de moxibustión puede llevar a una cicatriz localizada o ampolla. En la moxibustión no purulenta el cono de moxa también es colocado directamente sobre la piel solo que es removido cuando el paciente experimenta una sensación de dolor intenso (la temperatura de la moxa debería estar por debajo de los 60°C). Usualmente este tratamiento deja una marca circular roja local sobre la superficie de la piel.
La moxibustión indirecta se ha vuelto más popular debido al menor riesgo de producir dolor o quemaduras. Una forma común de administrar las propiedades terapéuticas de la moxibustión es colocar, por ejemplo, una pieza de jengibre, ajo, sal o pimienta entre la moxa encendida y la piel. También se puede encender un habano de moxa y colocarlo cerca, pero no en contacto, al punto de acupuntura (normalmente a una distancia de 2cm) por varios minutos hasta que la superficie de la 3epiel se torne colorada.
Figura 1. Esquema de la moxibustión. (a) Terapia de moxibustion directa. (b) Terapia de moxibustión con aguja templada.
Otra forma de moxibustión indirecta implica el uso de agujas y moxa. Una aguja en cuyo extremo hay un cono de moxa se inserta en el punto de acupuntura. Luego, el cono de moxa es encendido. El calor generado por la moxa se propaga a través de la aguja y se transfiere al punto por conducción de calor. La distancia entre la superficie de la piel y la moxa es de 2 cm. El calor será conducido desde el mango hasta la aguja y desde la aguja a los tejidos circundantes (Fig. 1b). Este método de acupuntura con moxibustion da como resultado un gradiente de temperatura que mejora el efecto Seebeck (Cohen, 1997). En la teoría de la Medicina China este procedimiento es altamente recomendado en pacientes con vacío, frio, y viento húmedo (Wiseman, 1998) ya que debido a sus propiedades tiene la capacidad para calentar los meridianos y promover el flujo de Qi y Sangre. Esta terapia es también aplicada para tratar los síndromes de frio-humedad en pacientes con artritis reumatoidea (Li, 1999).
La otra técnica es llamada aguja de fuego que implica sostener la aguja sobre una llama hasta que se vuelve muy caliente. Luego, la aguja es insertada rápidamente en el cuerpo a una profundidad apropiada para ser removida más tarde (Unschuld, 1988). En comparación con la aguja de fuego, la aguja templada proporciona un calor más suave y prolongado.
En el presente estudio nuestro objetivo es investigar los efectos de la moxibustion directa y los efectos de la terapia de moxibustion con aguja templada.
El punto de acupuntura VB38 mostrado en la Fig. 2 es uno de los puntos del meridiano de Vesícula Biliar asociado a la hemicránea y al dolor articular. La Fig. 3 muestra una imagen axial de la pierna derecha para este punto. (Cortesía of Yang (1997)). En la pierna, el número de capilares cercanos a los puntos de VB es mayor que en otras partes del cuerpo (Fei, 2000). La distancia entre los tres puntos VB37-VB38 y VB38-VB39 es de aproximadamente 2,5 cm (una pulgada). El punto VB38 fue también el foco de otras investigaciones (Sheu y Huang, 2008; Huang y Sheu, 2008; Huang y Sheu, 2009).
Figura 2. Esquema de los meridianos de Estómago, Vejiga y Vesícula Biliar. Nótese que VB38 es el punto bajo investigación
Figura 3. Imagen axial de la pierna derecha que contiene el punto VB38 (cortesía de Yang 1997). Cielo, Humanidad y Tierra son las tres profundidades bajo la superficie de la piel.
2. Materiales y métodos
El proceso de transferencia de calor se modelará resolviendo la ecuación de conservación de energía. En este estudio, será empleada la ecuación de energía emitida en la siguiente fórmula para la total entalpía.
En la ecuación superior ho, p, k y T denotan la energía interna, conductividad termal, densidad y temperatura respectivamente.
La simulación de la ecuación se llevará a cabo empleando el software Volumen Finito (Finit Volume pakage) disponible comercialmente, a saber CFDRC (CFD-ACE-GUI, 2003). Este software provee los módulos CFD-GEOM para la generación de redes, CFD- ACE+ como solucionador de soluciones y CFD VIEW para el post procesamiento. También haremos uso de una interfaz gráfica de usuario (IGU) para especificar las propiedades físicas del objeto de investigación y los límites y condiciones iniciales. En el solucionador CFD- ACE+, el método de volumen finito empleado junto con el método algebraico multigrid (MG method) y el gradiente del solucionador conjugado al cuadrado aceleran el cálculo. En este estudio, será elegido el esquema central de diferencias para aproximar la ecuación diferencial parcial de tipo parabólico.
Figura 4. (a) La superficie de red generada para la sección de la pierna investigada. (b) Imagen ampliada del área y del punto VB38
Una red hibrida, que contiene redes de tipo estructurado y no estructurado (Fig. 4) es generada a partir de un total de 17.000 puntos nodales. Estos puntos de la red han sido adecuadamente distribuidos de manera tal que las soluciones previstas puedan representar con mayor precisión el fenómeno físico. En todas las ecuaciones el cálculo de la entalpia se dará por terminado cuando las propiedades residuales caigan por debajo de 10-15. Si el número de puntos nodales empleados (con 17.000 putos nodales) se incrementa en un 50% (25.000 puntos nodales) solo puede verse una diferencia insignificante en los resultados simulados. Por el contrario, si el número de puntos de la red decrece en un 50% (8.500 puntos nodales) la diferencia computada es evidente. Por lo tanto en la siguiente simulación será empleada la red generada por los 17.000 puntos nodales.
Para conocer la distribución de la temperatura de la moxa encendida las imágenes IR serán tomadas en condiciones de oscuridad casi total. Tanto la cámara como el sujeto se mantendrán separados de la fuente externa de IR. La temperatura de la habitación y la humedad relativa será de 22 ± 0.1 ºC y 60 ± 7%, respectivamente. La termografía será tomada utilizando una cámara IR calibrada (ThermaCAM® SC500 de FLIR Systems TM) (ThermaCAM SC500 Manual de operador) equipada con una óptica de primer plano de 45°. Sensibilidad, exactitud y resolución de la cámara serán mantenidas a 0.07 ºC, ± 2 ºC y 320 × 240 pixeles, respectivamente. La distancia entre la cámara y el sujeto bajo investigación será de 0,1m. Las imágenes en infrarrojo obtenidas a una frecuencia de muestra de 4HZ serán grabadas directamente en el disco duro de la computadora.
BCI: ISOTERMIA BCII: SIMETRIA BCIII: TRANSFERENCIA EXTERNA DE CALOR (POR CONVECCION)
Figura 5. Esquema de la sección de la pierna alrededor del punto VB38 y las condiciones de las áreas especificadas.
3. Resultados y discusión.
En el presente estudio, describiremos los tratamientos con moxibustion directa y aguja templada:
A -Terapia de moxibustion directa:
En la moxibustion directa una moxa encendida (cono de moxa de 1cm de diámetro y 1cm de alto fabricado con hojas de Artemisa Vulgaris y un peso de 100 mg) fue colocada en el punto VB38, mostrado en la Fig. 4. El área delimitada sobre la sección de la pierna se muestran en la Fig. 5, en donde BC I, II y III representan las condiciones de isotermia, simetría y transferencia de calor (por convección) del área, respectivamente. En BC III el subtipo de pared se elige para tener en cuenta la transferencia de calor desde y hacia el medio ambiente externo (el área por fuera del sistema de cálculo) por convección del calor. En área BC III, esto es especificado por la ecuación:
Qw = hc (Te – Tw) (2)
En donde hc y Te denotan el coeficiente de transferencia de calor y la temperatura medioambiental. La temperatura de la pared (Tw) es determinada por el balance del flujo de calor entre el ambiente y la superficie de la piel.
El coeficiente de transmisión de calor de la superficie de la piel, el calor especifico y la densidad de los tejidos del área delimitada son indicados como hc, Cpc y ρc, respectivamente. En estado normal estos coeficientes se prescriben respectivamente como hc = 3.7 W/ m2ºC (Nishi y Gagge, 1970), Cpc = 3,594 J/ kgºC (Blake y otros., 2000) y ρc = 1,035 kg/ m3. Se asume que la conductividad térmica del tejido humano cambia con la temperatura a través de la ecuación kc = 0.840419+ 0.001403T W/ mºC (Mura y otros., 2006). El resto de los coeficientes empleados se muestran en la Tabla 1.
|
ks
|
16 W/ m ºC |
Conductividad térmica del acero inoxidable |
| kc |
0.840419+0.001403T W/ m ºC |
Conductividad térmica de la pierna |
| ka |
0.0299 W/ m ºC |
Conductividad térmica del aire |
| Cps |
460 J/ kg ºC |
Calor especifico del acero inoxidable |
| Cpc |
3,594 J/ kg ºC |
Calor especifico de la pierna |
| Cpa |
1,009 J/ kg ºC |
Calor especifico del aire |
| ρs |
7,800 kg/ m3 |
Densidad del acero inoxidable |
| ρc |
1,035 kg/ m3 |
Densidad de la pantorrilla |
| ρa |
1.0 kg/ m3 |
Densidad del aire |
| hs |
7.9 W/ m2 ºC |
Coeficiente de transferencia de calor del acero inoxidable |
| hc |
3.7 W/ m2 ºC |
Coeficiente de transferencia de calor de la pierna |
| TE |
22 ºC |
Temperatura ambiental |
Tabla 1. Resumen de los coeficientes y las temperaturas prescritas en la presente simulación
La temperatura prevista de la piel está graficada en la Fig. 6. La temperatura de la moxa está definida en 60°C (moxibustion directa no purulenta), que es la temperatura máxima que la piel pude tolerar sin sufrir quemaduras. A la tibia y al peroné se les otorgó la temperatura de T=37°C que es la temperatura normal del cuerpo humano. Podemos ver que en los planos superior e inferior del área simulada la temperatura cercana a la tibia y al peroné es más elevada (Fig. 6). Desde el comienzo de la moxibustion en un área cercana al punto VB38 la zona alrededor de este punto mantiene una mayor temperatura. La Fig. 7 muestra la temperatura prevista de la superficie de la piel que es distribuida de manera similar a la temperatura medida experimentalmente por las imágenes infrarrojas.
Figura 6. Los contornos de la temperatura prevista de la superficie de la piel sujeta a la moxibustión
Figura 7. Comparación de las temperaturas previstas y medidas. (a) Medidas por el sistema de grabación de imágenes IR. (b) Previstas por la simulación numérica
Figura 8. (a) Los contornos de temperatura prevista en el plano de corte que pasa a través del punto VB38 cuando la temperatura de la moxa sobre la superficie de la piel es de 60°C. (b) El perfil de la temperatura prevista a lo largo de la línea que conecta los puntos A y B que se muestran en la Fig. 8 (a). Cielo, Humanidad y Tierra representan los tres niveles de profundidad de los puntos investigados, respectivamente.
En MTC hay un concepto que determina que “En el uso de la acupuntura, la puntura superficial trata enfermedades cercanas, la puntura profunda trata enfermedades lejanas” (Huang Di Nei Jing (Maoshing traductor), 1995). Apoyados en este concepto, podemos decir que el mismo punto de acupuntura estimulado de manera superficial trata enfermedades leves y de manera profunda trata enfermedades severas. Esto deja al descubierto que el mismo punto, en sus distintas profundidades tiene efectos diferentes y se relaciona con patologías también diferentes. Es por este motivo que este estudio hace el esfuerzo de tomar la distribución de la temperatura en sus distintas profundidades. La Fig. 8 (a) muestra los contornos de la temperatura prevista en el plano del punto de acupuntura VB38 para el caso en el que la temperatura de la moxa en la superficie de la piel sea de 60 ºC. A partir de la Fig. 8 (b) podemos ver el perfil de la temperatura prevista a lo Clargo de la línea conectada por los puntos A y B. En acupuntura, “Cielo”, “Humanidad” y “Tierra” representan las tres diferentes profundidades que existen entre la piel y el tejido conectivo asociado. Cuando la temperatura de la moxa se mantiene a 60°C, que es la temperatura considerada para la moxibustion no purulenta, la temperatura a nivel “cielo” (~ 0.5 cm por debajo de la superficie de la piel) la temperatura a nivel “humanidad” (~ 1.0 cm por debajo de la superficie de la piel) y la temperatura a nivel “tierra” (~ 1.5 cm por debajo de la superficie de la piel) son previstas como T 60 cielo= 47.8 ºC, T 60 humanidad = 41.7 ºC y T 60 tierra = 39.0 ºC. Desde la superficie de la piel al nivel “cielo” encontramos que la temperatura decrece más rápidamente (12.2 ºC entre medio) que la de “cielo” a “humanidad” (6.1 ºC entre medio) y que la de “humanidad” a “tierra” (2.7 ºC entre medio) también porque nuestro cuerpo tiene una capacidad térmica mayor que la de la moxa. Como resultado tenemos que la variación de la temperatura en el nivel “cielo” es mayor que la variación a lo largo del nivel “tierra”. La relación entre la temperatura prevista (T) y la profundidad (x) puede expresarse como:
T = 60 – 5.31 x 10-2x + 5 x 10-5 x2 – 3 x 10-8 x 3 + 7 x 10-12 x4 – 1 x 10-15 x5 + 6 x 1020 x 6 (3)
Figura 9. (a) Los contornos de la temperatura prevista en el plano de corte que pasa a través del punto VB38 cuando la temperatura de la moxa sobre la superficie de la piel es de 100°C. (b) El perfil de temperatura prevista a lo largo de la línea que conecta los puntos A y B que se muestran en la Fig. 8 a. Cielo, Humanidad y Tierra representan los tres niveles de profundidad de los puntos investigados, respectivamente.
Figura 10. (a) Los contornos de la temperatura prevista en el plano de corte que pasa a través del punto VB38 cuando la temperatura de la moxa sobre la superficie de la piel es de 200°C. (b) El perfil de temperatura prevista a lo largo de la línea que conecta los puntos A y B que se muestran en la Fig. 8 a. Cielo, Humanidad y Tierra representan los tres niveles de profundidad de los puntos investigados, respectivamente.
Luego, consideramos la moxibustion purulenta definiendo la temperatura de la moxa a dos temperaturas más altas 100 y 200°C. Las temperaturas previstas para los tres niveles serán: T100cielo = 68.1ºC, T100humanidad = 51.3ºC y T100tierra = 43.5ºC; T200cielo = 116.0ºC, T200humanidad = 72.8ºC y T200tierra = 53.4ºC, respectivamente. Los contornos de la temperatura prevista para el plano del punto VB38 y el perfil de temperatura a lo largo de la línea conectada por los puntos A y B se muestran en la Fig. 9 y 10. La relación entre la temperatura prevista (T) y la profundidad (x) es expresada en las siguientes ecuaciones:
T = 100 – 1.374 x 10-1x + 1 x 10-4 x2 – 6 x 10-8 x 3 + 2 x 10-11 x4 – 2 x 10-15 x5 + 1 x 1019 x 6 (4)
T = 200 – 3.48 x 10-1 x + 3 x 10-4 x2 – 2 x 10-7 x 3 + 4 x 10-11 x4 – 6 x 10-15 x5 + 3 x 1019 x 6 (5)
De acuerdo a las ecuaciones 3 4 y 5 para el cono de moxa encendido con temperaturas a 60, 100 y 200°C las temperaturas a nivel cielo se reducen a 47.8, 68.1 y 116.0 ºC, respectivamente. En la moxibustión purulenta (temperaturas de 100 y 200°C) el descenso de la temperatura desde la superficie de la piel al nivel cielo es más rápido (31.9 y 84 ºC entre la superficie de la piel y el nivel cielo) que el descenso en la moxibustion no purulenta (12.2 ºC entre la superficie de la piel y el nivel cielo) ya que el cuerpo humano tiene una capacidad térmica mayor que la moxa. Como resultado la temperatura llegará rápidamente a la temperatura del cuerpo humano (37°C). En resumen, cuánto más alta sea la temperatura de la moxa, más rápido será su descenso.
Figura 11. La aguja de acupuntura está compuesta por el cuerpo (porción I) y un mango en forma de espiral (porción II) que cubre la parte superior del cuerpo de la aguja
B- Terapia de moxibustion con aguja templada
En la moxibustion con aguja templada, la aguja utilizada consta de un cuerpo (porción I), cuyo extremo tiene un mango en forma de espiral (poción II) que cubre la parte superior del cuerpo de la aguja (Fig. 11). Entre el cuerpo de la aguja y el mango en forma de espiral se forma un triángulo de aire (porción III). La Fig. 11 muestra el esquema de la aguja estudiada.
Un sistema de red híbrido, que contiene ambas redes de tipo estructurado y no estructurado y que se muestra en la Fig. 12, es generado a partir de un número total de 7.421 puntos. La densidad de la red fue adecuadamente distribuida para que las soluciones previstas puedan representar con mayor exactitud el fenómeno físico.
Figura 12. Los puntos de la superficie de la red generados para el uso de la acupuntura
Figura 13. Condiciones de los tipos de áreas delimitadas para la aguja de acupuntura insertada en el punto VB38
El área delimitada de la pierna con la aguja se muestra en la Fig.13; en donde BC I, II y III representan las condiciones de los límites isotérmicos, simétricos y de convección, respectivamente. BC I muestra el área de la aguja que tiene la moxa. La temperatura en el tejido óseo incluyendo tibia y peroné es de 37°C para simular la temperatura del cuerpo humano. Las condiciones de simetría sobre el borde superior e inferior de la pierna (BC II), que conecta la rodilla con el pie se especifican para representar las mismas estructuras de tejidos musculares de la rodilla y el pie. BCIII normalmente es escogido para simular la transferencia de calor desde y hacia el medio ambiente externo (el área por fuera del sistema de cálculo) por convección. Este subtipo es utilizado para ajustar tanto la temperatura del área como el flujo de calor. En área BC III esto es previsto por la ecuación (2).
Figura 14. Comparación de las temperaturas numéricamente previstas y experimentalmente medidas para la moxa encendida aplicada sobre el mango de la aguja. La temperatura de la moxa encendida es de 200°C. El gradiente de temperatura se establecerá a través de la aguja, empezando por el mango de la aguja y terminando en la cabeza de la aguja.
En MTC las agujas pueden ser de acero inoxidable, hierro, cobre, plata o cerámica. Por razones de seguridad y de costos hoy en día el acero inoxidable es lo más utilizado para su fabricación. Para este estudio empleamos agujas normales de acero inoxidable (agujas de 4cm, 7cm de largo total con un mango de 3cm) en el experimento y en la simulación numérica. La conductividad térmica, el calor especifico y el coeficiente de conductividad del calor del acero inoxidable fueron indicadas como ks, Cps, ρs y hs, respectivamente. En una habitación a temperatura ambiente (22°C en este estudio) estos coeficientes fueron determinados con los siguientes valores: ks = 16 W/ m °C, Cps = 460 J/ kgºC, ρs = 7,800 kg/ m3 y hs = 7.9 W/ m2°C (The Engineering Tool Box, http:// www.engineeringtoolbox.com/), respectivamente. Los demás coeficientes fueron descriptos en la Tabla 1. La temperatura convergente prevista, graficada en la Fig. 14 se muestra para distribuirla de manera similar a los valores medidos experimentalmente por las imágenes IR.
Figura 15. Los contornos de temperatura prevista de la superficie de la piel para la aguja templada aplicada sobre un punto cercano a VB38.
La Fig.15 muestra el contorno de la temperatura prevista cercana al punto VB38 debajo de la aguja templada. Alrededor de la superficie de la piel del punto VB38 la temperatura fue prevista en los 36°C, es decir, 1°C más que la prevista para otras superficies (~35 ºC). La Fig. 17 muestra el contorno de la temperatura prevista en el plano de corte que pasa a través de la aguja de acupuntura y el punto VB38. La temperatura del tejido alrededor de la aguja es solo 1°C más elevado que los otros. Siendo que la aguja es más pequeña en relación al cuerpo humano el efecto de la moxa encendida en el mango de la aguja es relativamente menos significativo. En MTC el método de aguja templada se utiliza en la acupuntura con moxa encendida. A partir de las figuras 16 y 17 podemos entender por qué este tratamiento no es llamado aguja caliente aunque la moxa encendida pueda llegar a las altas temperaturas de 200°C. La Figura 18 muestra el perfil de la temperatura prevista a lo largo de la línea central de la aguja. A partir de este perfil podemos ver que la temperatura puede variar desde los 200°C (la temperatura de la moxa encendida) hasta los 36°C (temperatura de la superficie de la piel) en una distancia corta de 2cm. También podemos observar que las temperaturas en los lugares debajo de la superficie de la piel en las profundidades 0 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm y 4 mm son 36,00 ºC, 35,63 ºC, 35,59 ºC, 35,62 ºC y 35,66 ºC, respectivamente.
Fig.16. El contorno de la temperatura prevista de la superficie de la fiel muy cerca del punto VB38.
Fig. 17. El contorno de la temperatura prevista en el plano de corte que pasa a través del punto VB38
Fig. 18. La temperatura prevista distribuida a lo largo de la línea central de la aguja templada aplicada al punto VB38.
4. Conclusiones
En el presente estudio, tanto la medición experimental como la simulación numérica se han llevado a cabo para obtener la distribución de la temperatura cerca del punto de acupuntura sometido a un tratamiento de moxibustión directa y con aguja templada. Los contornos de la temperatura previstas en la superficie de la piel y de la aguja se muestran para que estén en concordancia con los resultados medidos experimentalmente. Asimismo los contornos de temperatura de los tejidos debajo de la superficie de la piel también se han previsto numéricamente. En la moxibustión directa, incluso para el tratamiento de más baja temperatura (en la moxibustion no purulenta la temperatura de la moxa es igual a 60°C) la temperatura del tejido humano es incrementada en 12°C en el nivel cielo. Esto explica por qué la moxibustion tiene una mejor capacidad de tratar enfermedades severas que la acupuntura. En la moxibustion de aguja templada a lo largo de la línea central de la aguja la temperatura decrece muy rápidamente desde el área de la moxa encendida (200°C) hasta la superficie de la piel (36°C). La temperatura cerca de la aguja es solo 1°C más alta que aquellas previstas en otras partes. Este fenómeno explica porque se le llama aguja templada en lugar de aguja caliente. Estos resultados son fundamentalmente importantes en el estudio de la MTC. Sin embargo el efecto fisiológico de la moxibustion con aguja templada debería incluir las contribuciones de la acupuntura. Por esta razón un mejor entendimiento del efecto total del cuerpo humano requiere de estudios más intensivos.
5. Agradecimientos
Es gratamente reconocido el apoyo financiero del National Science Council under Grants NSC 97-2221-E-002-250- MY3. Los autores también agradecen al Prof. Ping-Hei Chen, quien amablemente facilitó el sistema FLIR para realizar las mediciones de temperatura.
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