Wymiana ciepła
Druga zasada termodynamiki – wymiana ciepła zawsze przebiega z ciała o temperaturze wyższej do ciała o temperaturze niższej. I nie jest możliwe powstrzymanie tego procesu :).
Tej zasadzie podlega również nasze ciało, które dla prawidłowego funkcjonowania musi jednak wbrew tej zasadzie utrzymywać stałą temperaturę wewnętrzną około 37°C. Podwyższenie temperatury zaledwie o jeden stopień oznacza gorączkę, powyżej 41,5°C grozi uszkodzeniem białek w komórkach nerwowych i może prowadzić do śmierci. Z kolei spadek temperatury do 35°C oznacza hipotermię, przy 29°C przestaje funkcjonować kora mózgowa, a bezpośrednią przyczyną śmierci przy temperaturze ciała 25–28°C jest zwykle migotanie komór.
Dlatego zdolność do regulacji temperatury ciała należy do najważniejszych procesów umożliwiających przeżycie organizmu. Na straży prawidłowej temperatury stoi precyzyjny mechanizmy termoregulacji, który zawsze jest w pogotowiu. Z tego powodu stymulacja temperaturowa jest dla nas natychmiastowym stresem fizjologicznym, który ma wpływ na funkcjonowanie całego organizmu i który dlatego można wykorzystywać w celach leczniczych.
Szczególnie stymulacja niskimi temperaturami przynosi spektakularne efekty ponieważ mamy aż 250 tysięcy receptorów reagujących na zimno i tylko 30 tysięcy receptorów ciepła. Czas reakcji organizmu na zimno jest więc wielokrotnie krótszy niż przystosowanie do wysokiej temperatury. To pozwala stosować intensywne bodźce zimna w krótkim czasie bez narażenia się na uszkodzenia tkanek i prowadzi do wielu znaczących reakcji fizjologicznych.
Jednak nie tylko różnice temperatur ale także sposoby oziębiania mają ogromny wpływ na intensywność procesów adaptacyjnych. Dlatego pojęcie „mocy” zabiegu zależy przede wszystkim od nośnika zimna – woda czy gaz (np. powietrze) oraz sposobu aplikacji – miejscowo czy ogólnoustrojowo. I co najważniejsze, zależy od celu zastosowania.
Woda czy powietrze?
Zanurzenie się w zimnej wodzie o temperaturze 0°C wywiera na organizm niewspółmiernie większy wpływ niż pobyt w kriokomorze w temperaturze -140°C!
- Ochłodzenia ciała w wodzie następuje 2-3 razy szybciej niż w powietrzu.
- Utrata ciepła do wody jest 250 razy większa niż do powietrza.
- Woda jako nośnik energii cieplnej ma pojemność cieplną 4 razy większą niż powietrze.
- Przewodnictwo cieplne wody jest 25 razy większe od powietrza.
Również z tego powodu kąpiele w wodzie z lodem, pomimo, że są bardzo intensywną formą regeneracji i stymulacji procesów immunologicznych, są polecane osobom zdrowym, sportowcom, ponieważ są znacznie bardziej obciążające niż zabiegi w kriokomorze.
Film pokazuje pomiary pulsu serca podczas pływania w wodzie o temperaturze nie niższej niż 1°C. Puls serca w ciągu kilku sekund spada ze 160 uderzeń na minutę do 55 uderzeń. Można sobie wyobrazić, iż tak agresywna forma stymulacji zimnem nie byłaby wskazana dla przeciętnego pacjenta ze skierowaniem na krioterapię ogólnoustrojową.
Podobnie w zabiegach miejscowych. Punktowy nadmuch z użyciem par gazów kriogenicznych trwający około 3 minut (dłuższy czas nadmuchu grozi uszkodzeniem tkanek) działa przede wszystkim powierzchniowo i jest dużo mniej odczuwalny niż obniżenie temperatury tkanek przez punktowy masaż lodem.
Dostosowanie „mocy” zabiegu zależy więc przede wszystkim od tego jaki efekt chcemy uzyskać. Wpływ na ów efekt, poza nośnikiem zimna (woda/gaz) oraz sposobem aplikacji (miejscowo/ogólnoustrojowo) mają także indywidualne uwarunkowania adaptacyjne organizmu do zimna, stan zdrowia, zażywane leki, wiek, aktywność fizyczna a także sposoby wymiany (utraty) ciepła.
Sposoby utraty ciepła
Istnieją trzy sposoby wymiany ciepła dla każdego ciała mającego wyższą temperaturę niż otoczenie. W procesie wymiany ciepła zazwyczaj zachodzą jednocześnie, z istotną przewagą jednego z nich:
Przewodzenie (kondukcja)
To wymiana ciepła z tym, co nieruchomo styka się ze skórą. Jest bezpośrednim przekazywaniem energii otaczającym cząstkom. (prawo Fouriera )
Przewodzenie jest charakterystyczne dla wymiany ciepła w wodzie. Zimna woda stanowi wyzwanie dla procesów termoregulacyjnych organizmu ze względu na dużą pojemność cieplną, która jest 25 razy większy niż powietrza. To powoduje bardzo dużą utratę ciepła przez organizm w krótkim czasie. Ciekawą informacją dla pływaków może być fakt, iż temperatura wody 18°C jest wartością graniczną bezpiecznego pływania w zimnej wodzie. Poniżej tej temperatury generowane przez aktywność fizyczną ciepło jest zbyt małe w stosunku do wielkość poboru ciepła przez wodę. Dodatkowo wysiłek fizyczny powoduje szybsze krążenie krwi, więc również większy dopływ krwi do żył powierzchniowych, co zwiększa oddawanie ciepła. Dlatego poniżej tej temperatury wody, temperatura ciała obniża się dużo wolniej w spoczynku przez oszczędność ciepła niż przez jego produkcję w ruchu.
Odwrotna sytuacja ma miejsce w przypadku powietrza, w którym przewodzenie jest niewielkie. Powietrze jest bardziej izolatorem. Widać to dobrze kiedy jesteśmy ubrani i powietrze tworzy różnej grubości warstwę między powierzchnią skóry a odzieżą i tym sposobem chroni nas przed zimnem. Z powodu małej pojemności cieplnej powietrza organizm nie może w ten sposób eliminować nadmiaru wytworzonego ciepła.
Unoszenie (konwekcja)
To wymiana ciepła z pomiędzy ciałem a przemieszczającymi się cząstkami o podwyższonej energii na większe odległości. Czyli jest to proces, w którym energia przenoszona jest na skutek przepływu płynnego lub gazowego. (prawo Newtona)
W płynącej wodzie, np w strumieniu, lub płynąc w wodzie, podstawowo podlegamy utracie ciepła na drodze przewodzenia jednak wzmocnionego konwekcją. Ruch wody jeszcze bardziej przyspiesza pobór ciepła z organizmu
W przypadku powietrza, konwekcję wykorzystujemy na przykład używając wachlarza, wentylatora czy dmuchawy.
Promieniowanie (radiacja)
To wymiana energii w postaci fal elektromagnetycznych pomiędzy oddalonymi od siebie obiektami. Każde ciało, które posiada temperaturę powyżej zera bezwzględnego, czyli odbywa się w nim jakikolwiek ruch cząsteczek i atomów, jest źródłem promieniowania elektromagnetycznego (prawo Stefana-Boltzmanna). Im wyższa jest temperatura ogrzanej materii, tym krótszą emituje falę (prawo Wiena).
Radiacja jest podstawową drogą wymiany ciepła w kriokomorze. Wymiana zachodzi pomiędzy ciałem a zimnymi ścianami kriokomory. Im większa różnica temperatur pomiędzy ciałem a ścianami tym silniejsza wymiana. Ciało podczas zabiegu powinno być suche, dlatego pomieszczenie kriokomory zazwyczaj posiada podgrzewaną podłogę i osuszacze powietrza minimalizujące możliwość wymiany ciepła przez przewodzenie.
Piśmiennictwo:
Aneta Teległów,Jan Bilski, Anna Marchewka, Jacek Głodzik, Jerzy Jaśkiewicz, Przemysław Staszek: Cechy reakcji organizmu na wysiłek fizyczny w niskiej temperaturze wody.
Sieroń A, Cieślar G, Jagodziński L, Drzazga Z, Birkner E, Bilska-Urban A, Mostowy A, Kubacka M, Stanek A, Wiśniowska B, Romuk E, Skrzep-Poloczek B, Mrowiec J, Cholewska A, Adamek M, Puszer M : Krioterapia – leczenie zimnem. Podstawy teoretyczne, efekty biologiczne, zastosowania kliniczne.
Sprawdź także
