www.rehatrainer-lodz.pl

BLOG - Specyfika środowiska wodnego

 

 

Pod wpływem zanurzenia w wodzie w organizmie zachodzą różnorodne fizjologiczne zmiany, zarówno natychmiastowe jak i opóźnione. Są one związane z fundamentalnymi zasadami hydrodynamiki. Poznanie i zrozumienie tych zasad umożliwia zastosowanie środowiska wodnego w rehabilitacji i jest niezbędne w celu prawidłowej i racjonalnej aplikacji terapeutycznej. Do zasadniczych właściwości wpływających na odmienne oddziaływanie tego środowiska na organizm należą: gęstość i ciężar właściwy wody, ciśnienie hydrostatyczne, wypór hydrostatyczny, spójność i lepkość wody oraz jej temperatura (1).

 

Ciśnienie hydrostatyczne

 

Ciśnienie hydrostatyczne jest to ciśnienie panujące w dowolnym punkcie płynu nieruchomego podlegającego wpływowi przyciągania ziemskiego (7). Wielkość ciśnienia hydrostatycznego jest wprost proporcjonalna do gęstości cieczy (ciężaru właściwego) i głębokości zanurzenia. Przy zanurzeniu na głębokość 1 m ciśnienie hydrostatyczne na 1 cm2 wzrasta o 0,1 atm (6). Innymi słowy woda wywiera na zanurzone ciało ciśnienie równe 1 mmHg/1,36 cm głębokości wody. Zatem, ludzkie ciało zanurzone na głębokość 120 cm poddane jest działaniu siły równej 88.9 mmHg, (nieco wyższej niż ciśnienie rozkurczowe serca) (1). Wielkość ciśnienia hydrostatycznego działającego na ciało człowieka w zależności od poziomu zanurzenia przedstawia rycina 2.


Rycina 2 Wielkość ciśnienia hydrostatycznego działającego na ciało człowieka w zależności od poziomu zanurzenia (5ft=150Cm) (5).

 

Rozkład ciśnienia hydrostatycznego zależy również od sposobu ułożenia ciała w wodzie. Jest największe w pozycji stojącej przy całkowitym zanurzeniu, mniejsze w pozycji leżącej, najmniejsze przy zanurzeniu jedynie poszczególnych części ciała.

 

Ciśnienie hydrostatyczne powoduje przesunięcie krwi w obrębie żylnej części układu krążenia z części ciała, na którą wskutek jej budowy anatomicznej silniej działa ciśnienie hydrostatyczne, do tej na którą oddziałuje słabiej. W wyniku tego podczas całkowitego zanurzenia przesunięciu ulega 600-800 ml krwi w części żylnej układu krążenia z naczyń włosowatych, żył i naczyń limfatycznych kończyn, skóry i brzucha do klatki piersiowej, a z żył obwodowych do prawego przedsionka serca (4).

 

Zależnie od głębokości słupa cieczy podczas zanurzenia dochodzi do zwiększonego wypełnienia krwią serca i dużych naczyń uchodzących do niego przy równoczesnym wzroście ciśnienia krwi w prawym przedsionku (4). Charakterystyczne dla tego stanu zmiany sylwetki serca określa się jako „serce kąpielowe”. Ponadto, w wyniku działania ciśnienia hydrostatycznego następuje:

 

Ciśnienie hydrodynamiczne

           

Na ciało poruszające się w wodzie działa również ciśnienie hydrodynamiczne, odpowiadające energii kinetycznej jednostki objętości poruszającego się płynu. Jest ono proporcjonalne do gęstości płynu i kwadratu prędkości przepływającej cieczy (7).

 

            Na zanurzone i poruszające się ciało działa więc ciśnienie całkowite, będące sumą ciśnienia hydrostatycznego i hydrodynamicznego.

 

 

Wypór hydrostatyczny

 

Podczas zanurzenia człowieka w wodzie następuje przemieszczenie pewnej objętości wody o ciężarze nieco większym niż masa jego ciała, co z kolei powoduje, powstanie siły wyporu równej ciężarowi wypartej cieczy, skierowanej pionowo do góry (prawo Archimedesa, 287-212 BC) (1). Siła ta działa przeciwnie do siły ciężkości i powoduje wznoszenie ciała (4).

 

Człowiek, którego ciężar właściwy wynosi 0,97 kg/m3 osiąga w wodzie równowagę, gdy 97% jego całkowitej objętości ulega zanurzeniu. Zanurzenie ciała powoduje, że woda zostaje przemieszczana, tworząc siłę wyporu powodującą stopniowe odciążanie zanurzonych stawów. Przy zanurzeniu do poziomu szyi na kręgosłup, biodra i kolana działa siła ściskająca wielkości zaledwie 5 kg (przybliżony ciężar głowy). Odciążenie osoby zanurzonej do wysokości spojenia łonowego wynosi 40% jego masy ciała, a gdy dodatkowo zanurzy się do wysokości pępka, około 50%. Zanurzenie do wysokości wyrostka mieczykowatego odciąża ciało o ponad 60%, w zależności od tego, czy ramiona znajdują się nad głową czy wzdłuż tułowia (1).

 

Zależność stopnia zanurzenia i wielkości pozornej utraty ciężaru ciała ilustruje rycina 1.


Rycina 1 Wielkość pozornej utraty ciężaru ciała w zależności od stopnia zanurzenia (5)

 

Przy zanurzeniu całego ciała wypór hydrostatyczny powoduje zmniejszenie do minimum pracy statycznej koniecznej do utrzymania pionowej postawy ciała. Odciąża on stawy i kręgosłup, obniża tonus mięśniowy całego gorsetu mięśniowego, a zwłaszcza napięcie mięśni antygrawitacyjnych (6).

 

 

 

Siła wyporu stanowi więc bardzo ważny aspekt rehabilitacji w wodzie odciążając narząd ruchu i umożliwiając, nawet przy znacznym upośledzeniu siły mięśniowej, dłuższe wykonywanie ruchów, które na lądzie znacznie szybciej powodowałyby wystąpienie objawów zmęczenia. Dla przykładu, złamanie miednicy może na wiele tygodni wykluczać pełne obciążenie ciała. Wykorzystanie zanurzenia w wodzie umożliwia częściowe bądź całkowite zrównoważenie siły grawitacji, pozwalając na działanie w miejscu złamania jedynie wyselekcjonowanych mięśni, co z kolei sprzyja aktywnemu zwiększaniu zakresu ruchomości, łagodnemu zwiększaniu siły mięśniowej a nawet reedukacji chodu (1).

 

Gęstość

 

Gęstość wody jest większa niż gęstość powietrza o około 800 razy.

 

Stosunek gęstości ciała człowieka do gęstości wody wpływa na zdolność do utrzymywania się na powierzchni, tzw. pływalność ciała. Jest to bardzo ważny aspekt terapii w wodzie. Gęstość wody w przybliżeniu wynosi 1 kg/m3. Natomiast gęstość ciała człowieka nie jest jednorodna i zależy od budowy morfologicznej.Na pływalność wpływa głównie budowa kośćca, ilość tkanki mięśniowej i tłuszczowej, objętości klatki piersiowej. Największą gęstość posiadają kości – 1,870 kg/m3, a najniższą tkanka tłuszczowa 0,92 kg/m3, mięśnie - 1,04 – 1,06 g/mm3.

 

Proporcje zależą od płci, wieku, rasy i właściwości osobniczych (osoby otyłe, z przewagą tkanki tłuszczowej, mają mniejszą gęstość ciała niż osobnicy o przewadze tkanki kostnej i mięśniowej, czyli lepszą pływalność).

 

Z tego względu wartość wypadkowa gęstości ludzkiego ciała jest zależna od stosunku ilościowego poszczególnych tkanek mieszcząc się w przedziale od 0,97 kg/m3 do 1,06 kg/m3 (2). U osób wytrenowanych i muskularnych ciężar właściwy ciała może przekraczać wartość 1, podczas gdy u niewytrenowanych i otyłych wartość ta może być stosunkowo mniejsza. Im mniejsza gęstość ciała tym lepsza pływalność (1).

 

Nierównomierne rozmieszczenie masy jest przyczyną różnego względem siebie położenia środka ciężkości i środka wyporu. Centrum wyporności znajduje się zwykle w okolicy wyrostka  mieczykowatego mostka, a środek ciężkości w okolicy kręgu S2 (3).

 

Nogi o dużej masie mięśniowej i ciężkich kościach opadają niżej niż tułów z płucami wypełnionymi powietrzem i większą ilością tkanki tłuszczowej, dlatego często zaobserwować można tendencję do przyjmowania pozycji pionowej.

 

Zjawisko to opisywane jest jako jest powstanie momentu obrotowego, powodującego obracanie ciała człowieka do położenia pionowego (zrównoważenia obu sił).

 

 

 

Ciało osiąga równowagę gdy środek ciężkości i środek wyporności znajdują się w jednej linii.

 

 

Spójność i lepkość wody

 

Spójność to właściwość ciała polegająca na przeciwstawianiu się rozdzielaniu jego drobin, natomiast termin lepkość wody odnosi się do wielkości tarcia wewnętrznego specyficznego dla płynu będącego w ruchu. Im większa spójność tym większa lepkość ciała (1). Spójność i lepkość wody wpływają na powstanie oporu.

Opór wody może być w przybliżeniu od 4 do 12 razy większy niż powietrza, a wysiłek potrzebny do pokonania oporu aż trzykrotnie większy niż podczas ćwiczeń na lądzie (np. utrudnione chodzenie).

Jest on zależny od kształtu i przekroju poprzecznego ciała  oraz szybkości ruchu, a także, w mniejszym stopniu od temperatury (7).

 

 

Temperatura wody

 

Pojemność cieplna wody jest 1000 razy większa od pojemności cieplnej równoważnej objętości powietrza (1). Terapeutyczne działanie wody zależy w dużym stopniu zarówno od jego zdolności do zatrzymywania, jak i przekazywania energii cieplnej (1). Przewodnictwo cieplne wody jest 25 razy większe niż powietrza, utrata przez organizm ciepła do wody jest 250 razy większa niż do powietrza a ochłodzenie ciała następuje 2-5 razy szybciej niż w powietrzu (4).

 

Woda może być stosowana w szerokim zakresie temperatur. Zależnie od temperatury oddziałuje w różny sposób na receptory czuciowe skóry, powodując uczucie zimna, ciepła lub gorąca. Woda o temperaturze 33-35oC nie powoduje wyraźnych odczuć, gdyż jest to temperatura zbliżona do temperatury ciała, nazywana temperaturą obojętnego punktu cieplnego (punktu izotermicznego) (7).

 

Bodziec termiczny powoduje w organizmie człowieka określone odczyny. Reakcje układów i narządów ustroju na bodziec termiczny są tym większe im bardziej temperatura oddziaływania różni się od temperatury obojętnego punktu cieplnego (7).

 

Kąpiele w wodzie zimnej, o temperaturze od 10°C do -15°C, często stosowane w treningu sportowym, powodują zmniejszenie bólu mięśni oraz przyspieszają ich odnowę po wysiłku (9). Z kolei kąpiele w wodzie ciepłej, powyżej 35°C działają uspokajająco i rozluźniająco, powodują rozluźnienie mięśni szkieletowych (4). Temperatura wody w typowych basenach rehabilitacyjnych mieści się natomiast w granicach temperatury obojętnego punktu cieplnego, czyli 33,5°-35,5°C. Jest to temperatura, która pozwala na dłuższe pozostawanie w zanurzeniu i aktywność ruchową, wystarczającą do wystąpienia efektywnego działanie terapeutycznego, bez wychłodzenia lub przegrzania organizmu (1).

 

            W większości pływalni publicznych w Polsce, podobnie jak na pływalni na której przeprowadzano badania, temperatura wody jest zdecydowanie niższa od obojętnego punktu cieplnego i wynosi od 22 do 26°C. U człowieka pozostającego w spoczynku w pierwszej minucie po zanurzeniu w wodzie o tej temperaturze obserwuje się wyraźny spadek częstotliwości tętna pogłębiający się w drugiej i trzeciej minucie. Jest to spowodowane skurczeniem się naczyń obwodowych oraz zmniejszeniem przepływu krwi obwodowej (6). Dalsze efekty przebywania w wodzie zimnej wiążą się ze zwiększonym przemieszczaniem krwi do klatki piersiowej powodującym wzrost objętości wyrzutowej i pojemności minutowej serca (10). Zmiany wywołane niską temperaturą wynikają głównie z aktywności układu współczulnego (11). Stwierdzono, że ciśnienie tętnicze nie jest zwiększone podczas przebywania w zimnej wodzie, ponieważ zwężenie naczyń krwionośnych w skórze, tkankach podskórnych i mięśniach jest zrównoważone przez rozszerzenie naczyń krwionośnych w innych okolicach, w wyniku czego całkowity opór obwodowy pozostaje niezmieniony (10). Dodatkową odpowiedzią na obniżenie temperatury skóry oraz wnętrza ciała jest wystąpienie drżenia mięśniowego, generującego ciepło (12).

 

Odpowiedzi fizjologiczne i metaboliczne na zanurzenie w zimnej wodzie są jednakowe zarówno u kobiet jak i u mężczyzn, brak jest natomiast wystarczających informacji na temat różnic w reakcjach na zanurzenie w zimnej wodzie u osób w wieku podeszłym (13).  

 

Źródła:

1. Becker BE. Aquatic Therapy: Scientific Foundations and Clinical Rehabilitation Applications. Physical Medicine and Rehabilitation. 2009, Tom 1, strony 859-872.

2. Bloomfield J. Fricker P., Fitch K. Textbook of Science and Medicine In Sport. Champaign IL : Human Kinetics Books, 1992.

3. Czabański B. Fiłon M., Zatoń K., [red.]. Elementy teorii pływania. Wrocław : AWF, 2003.

4. Straburzyńska-Lupa A. Straburzyński G. Fizjoterapia. Warszawa : PZWL, 2004.

5. Kinnaird D.W. Becker B.E. Contemporary aquatic therapy and pain management. Contemporary pain medicine. 2008, strony 285-306.

6. J. Kołodziej. Pływanie korekcyjne. brak miejsca : AWF Kraków, 1989.

7. S. Owczarek. Korekcja wad postawy. Pływanie i ćwiczenia w wodzie. Warszawa : WSiP, 1999.

8. Poyhonen T. Keskinen KL., Hautala A., Malkia E. Determination of hydrodynamic drag forces and drag coefficients on human leg/foot model during knee exercise. Clinical Biomechanics. 2000, Tom 15, strony 256-260.

9. Bailey D.M. Erith S.J., Griffin P.J. et al. Influence of cold water immersion on indices of muscle damage following prolonged intermittent shuttle running. Journal of Sports Sciences. 2007, Tom 25, strony 1163-1170.

10. D.R. Pendergast. The effect of body cooling on oxygen transport during exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise. 1988, Tom 20 Suppl, strony S171-S176.

11. Sramek P. Simeckova M., Jansky L., Savlikowa J., Vybiral S. Human physiological responses to immersion into water of different temperatures. European Journal of Applied Physiology. 2000, Tom 81, strony 436-42.

12. J. Leblanc. Factors affecting cold acclimation and thermogenesis in man. Medicine & Science of Sports & Exercise. 1988, Tom 20 Suppl 5, strony S193-S196.

13. Tikuisis P. Jacobs I., Moroz D., Vallerand A. L., Martineau L. Comparison of thermoregulatory responses between men and women in cold water. Journal of Applied Physiology. 2000, Tom 89, strony 1403-1411.

 

 

DODAJ KOMENTARZ     Ilość :0
 

            

 Powered by: www.cdx.pl