Ex vivo study of use of physiotherapy ultrasound in polymethylmethacrylate beads doped with methylene blue as an antibiotic carrier

Polymethylmethacrylate bone cement is a standard material used as antibiotic carrier in the orthopedic surgery. The ultrasonic energy method is capable of triggering biological effects based on both thermal and non-thermal mechanisms. The aim of the current study is to analyze methylene blue dispersion in polymethylmethacrylate beads, in association with the acoustic field generated by non-thermal ultrasound. Forty-nine specimens were used, and each specimen comprised one polymethylmethacrylate bead (0.6-mm diameter) doped with methylene blue and deposited in gelatin sample. Forty test specimens were divided into four groups comprising 10 samples, each, based on different ultrasound intensities (Group 1: 1.0 W/cm2; Group 2: 1.5 W/cm2) and polymethylmethacrylate bead depths (A - 2 cm; B - 3 cm) in gelatin sample. The control group comprised other nine specimens and statistically differed from the other groups. All groups irradiated with ultrasound have shown statistically significant differences in methylene blue dispersion, except for Groups 2A and 2B. Methylene blue dispersion in gelatin among groups was 1A> 1B; 2A> 1A; 2B> 1A; 2A> 1B; and 2B> 1B. Low-intensity ultrasound enabled the highest methylene blue dispersion when polymethylmethacrylate bead was positioned superficial; bead depth associated with high-intensity ultrasound did not influence methylene blue dispersion. Resumo O cimento ósseo de polimetilmetacrilato é considerado um material padrão como carreador de antibiótico em cirurgias ortopédicas. A energia ultrassônica é um método capaz de gerar efeitos biológicos por mecanismos térmicos e não térmicos. Este estudo teve como objetivo analisar a dispersão de azul de metileno em pérolas de polimetilmetacrilato combinada com a exposição em campo acústico gerado por ultrassom não térmico. Foram utilizados 49 corpos-de-prova, cada um composto por uma pérola de polimetilmetacrilato (0,6 mm de diâmetro) dopada com azul de metileno e depositada em amostra de gelatina. Quarenta espécimes foram divididos em quatro grupos de 10 amostras com base nas intensidades de ultrassom (Grupo 1: 1,0 W/cm2; Grupo 2: 1,5 W/cm2) e profundidade (A - 2 cm; B - 3 cm) dos grânulos de polimetilmetacrilato na amostra de gelatina. Os outros nove espécimes constituíram o grupo controle. O grupo controle diferiu estatisticamente dos outros grupos. Todos os grupos irradiados com ultrassom apresentaram diferenças significativas, exceto os Grupos 2A e 2B. A dispersão de azul de metileno na gelatina entre os grupos foi: 1A> 1B; 2A> 1A; 2B> 1A; 2A> 1B; 2B> 1B. Ultrassom de baixa intensidade permitiu maior dispersão de azul de metileno com polimetilmetacrilato posicionado mais superficialmente, e não ocorreu influência da profundidade da pérola com ultrassom de alta intensidade.