infra-radiace

KOLOKVIUM O INFRARADIACI

k posouzení nejasností v reklamě teplodárných produktů

ÚVOD

Reklama k používání infrazářičů pro aplikaci tepla je dnes např. jen počtem internetových odkazů velmi rozsáhlá. Ke koupi jednoho ze zdrojů tepla - zářičů s infračerveným zářením (infrared radiation, dále IR-R) jsou klienti přesvědčováni přehršlí argumentů. Bohužel musím konstatovat, že řada tvrzení, která  jsou reklamou předávána českým klientům, jsou zastaralá a stojí v ostrém protikladu s dnešními vědeckými poznatky. Těchto kontradikcí proto využívám jako impulsů k tomuto kolokviu. Pokusím se  konfrontovat náhodně vybraná reklamní sdělení s odbornými poznatky předních zahraničních saunologů, jak se prezentují v názorech především profesora Conradiho, emeritního prezidenta německého Sauna-Bundu, tímto úvodním stanoviskem:

Je fundamentálním omylem věřit, že je možné zbavit se vědeckých poznatků i v reklamě, případně je zjednodušit na dílčí vědomosti. Jistěže i v technice a tedy i v oboru termogenních kabin a ve všem, co s nimi souvisí, vždy platí, že dodržování vědeckých podkladů musí být podmínkou každé diskuse. Od každého experta se očekává určitá odborná znalost a to platí také pro oblast ohřevných infrakabin ve vztahu k základům tepelného záření – (cituji dle Conradiho) - a kompletní termodynamiky a fyziologických reakcí na teplo vůbec – (dodávám já).

Antonín Mikolášek

Co hřeje – vzduch nebo paprsky ?

Potěšující je, že se v záplavě nabídek termogenních (tj. teplotvorných či teplodárných) produktů se zářiči infračervených paprsků (dále IR-R, tedy infrared radiation)  již  častěji objevují propagační texty, které nazývají věci pravým jménem - kabinu s IR-R zářiči infrakabinou, nikoli infra-saunou. U nás se to děje zatím pouze na radu našich saunologů, ale jinde v Evropě nejen s respektem k zákonným předpisům a zvyklostem v některých zemích, ale i se zdravým přístupem k logice věcí. To se nesporně chvályhodně týká rakouské firmy Physiotherm z  Thauru,  která v tom  může v tom být vzorem některým našim nepoučitelným firmám a prodejcům. V jejích textech oceňuji zejména to, že se nesnaží přehnaně srovnávat a hlavně  vyzvedávat účinek jimi používaného termogenního systému IR-R nad účinky tradiční saunové lázně, jak se s tím v mnoha dalších reklamních aktivitách jiných firem setkáváme. V takovýchto případech jde totiž o srovnávání kocourů a koček!

Trhu, sycenému moderními i módními termogenními produkty, předvádí tato firma komerčně perfektní program práce se zákazníky a přesvědčivě dokládá známý fakt, že termogenní zdroj (IR-R zářič) v infrakabině zdárně prezentuje jednu ze složek slunečního záření a slouží jako moderní ohřevný zdroj, dosažitelný všude, kam „nechodí slunce“. Vskutku - kde za tímto  ohřívadlem zůstávají kachlová pec či babiččina duchna, které nás primitivně hřávaly před lety ! Přenos tepla moderními termogenními zdroji se od těchto staromódních (tím ale neříkám že neúčinných nebo nepotřebných) rekvizit pochopitelně odlišuje v intenzitě účinku, protože IR-R zářiče v infrakabinách produkují jedině radiaci přímou, a to až s 98% objemem přijímaného tepla. Právě proto se musím zaměřit na některé údaje v podnětném) článku o aktivitách výše uvedené firmy - (Boučková J.: Physiotherm – infrakabiny z Rakouska. B+S 7/8, 24-25), které jsou diskutabilní, přestože se odlišují od běžné propagace infračerveného záření. Staly se mi podnětem k rozhovoru s nimi, ale především s publikovanými výroky dalších výrobců a prodejců teplodárných produktů na bazi IR-R, jak je nacházím v reklamnícvh textech.

K věci: Infrakabiny rozděluje autorka na dva termogenní druhy jednak podle hodnoty nastavených teplot použitých zářičů, jednak podle výše teploty vzduchu (!). 1. druh: IR-R = 50°C, vzduch = 60°C, 2. druh: IR-R = 30°C, vzduch = 38°C. Z textu vyplývá, že se tedy jako termogenní faktor v infrakabině udává, a tedy používá k ohřevu, také teplota vzduchu! To je překvapující. Podle fyzikálních zákonů totiž paprsky IR-R prostupují vakuem i vzduchem, zejména suchým, bez zábrany (aniž by samy vzduch zahřívaly) a mění se v tepelnou energii až po dopadu na hmotný objekt. Jde-li o vitální bioobjekt, pak záleží na druhu (vlnové délce) těchto paprsků jak se chovají při kontaktu s přirozenou vnitřní tepelnou bariérou – kůží. K tomu podám vysvětlení níže. 

Domnívám se, že se zde v popisu obou aplikací infračerveného ohřevu zřejmě mylně vydává  za teplotu vzduchu kontaktní teplota předmětu (teploměru, povrchu těla), na který dopadly paprsky IR-R, nastavené regulátorem zářiče na zde uvedenou teplotvornou  výši. Skutečná teplota vzduchu musí být vždy měřena odcloněním čidla teploměru vůči sálavému teplu a tak se většinou odlišuje od kontaktní teploty IR-R. Ale to je přece známo z každé učebnice fyziky.

Vrátím se k tématu: V  příkladech,  uváděných v diskutovaném textu, je udávána teplota vzduchu 50-60°C, anebo 30-38°C, což je vždy více než pokojová teplota a tedy nad limitem tepelné pohody. Vzduch musel tedy být v označených infrakabinách zřejmě zahřát předem, a to:

*     buď enormě dlouhým ozařováním stěn kabiny přímou IR-R ze zářičů, aby se takto vzniklou druhotnou radiací ze stěn a následnou konvekcí dosáhlo udávané teploty vzduchu. To je postup v praxi zdlouhavý a nelze věřit tomu, že by izolovaný proud IR-paprsků dokázal během 5-10 minut vyhřát stěny a tedy i vzduch celé kabiny, jak praví návody. Je tedy nereálné, jestliže by se k ohřevu vzduchu  používalo jediné formy transportu tepla (tedy IR-R), byť z několika zářičů. V reklamní soutěži by to byl handicap, protože takový investičně náročný způsob vyhřívání vzduchu by navíc nedostatečně napodoboval a nahrazoval velmi účinný zdroj prohřívání vzduchem, jako je tomu v saunové či parní lázni, jejichž účinek je založen na transportu tepla čtyřmi jeho druhy, a to kondukcí,  konvekcí, druhotné IR-R a důležité evaporaci.

* anebo použitím jiného teplodárného zdroje (např. podlahovým či jiným otopem), který mírným druhotným sáláním suchý vzduch skutečně za nějakou dobu dostatečně ohřeje. Konvekcí se teplo rozptýlí po místnosti a rozvrství do isoterm. Jinak to nejde.

Pak ovšem teplý vzduch působí sám o sobě jako termogenní faktor. V infrakabinách ovšem nejde o zahřívání objektu konvexním teplem z proudícího vzduchu, ani kondukcí (dotykem) s povrchem sedátek či lehátek, ale o předání tepla pouze jediným z uvedených druhů  transportu tepla, ale o  přímou IR-R, zaměřenou na geometricky vymezenou část povrchu těla obnaženého člověka.  Prostředí kabiny má však být natolik vyhřáté, aby bylo obnaženým účastníkům přijatelné, než je zahřeje přímá IR-R ze zářiče; nemusí být, jsou-li oblečeni. Jakákoli teplota vzduchu nad 29°C v infrakabině však se současnou IR-R přispívá ke zvýšení tepelné náročnosti. Jestliže označujeme výši teploty vzduchu 50°C a přitom nerespektujeme fyziatrický poznatek, že tato teplota vzduchu je již hypertermická, pak aplikací přímého IR-R navíc zatěžujeme klienta dvojnásobně. K tomu v originální saunové lázni nedochází.

Někteří producenti termogenních produktů zřejmě nechápou fyziologickou náročnost aplikace polymorfních tepelných stimulů, jestliže nabízejí zabudování zářiče IR-R navíc přímo do originální saunové kabiny. Podezírám je, že to činí v naivním domněnce, že přichází na trh s inovací a že tím zkvalitňují prostředí saunové kabiny. Pomíjejí však skutečnost, že IR-R je i v normální saunové kabině tak jako tak vždy přítomna a to v dost značném podílu (40–60%) z celkového tepelného objemu. Nejde ovšem o přímou náročnou IR-R ze žhavého jádra saunového topidla, ale díky jeho správné konstrukci  jen o odraženou (sekundární) radiaci z obložení a nábytku prohřívárny, tedy již s mírnější termogenní intenzitou (dokonce shodnou s radiací lidského těla) než jakou poskytuje přímá (primární) IR-R ze zářičů. Vystavování se přímé IR-R má ovšem svá zdravotní rizika, k nim se vrátím.

V článku popsaný systém Physiotherm je  vlastně opatrnou kombinací infrakabiny a teplovzdušné kabiny s vcelku mírnými termogenními stimulacemi (IR-R  a konvekčního tepla ze vzduchu). Tomu odpovídá také pomalý vzestup vnitřní tělesné teploty klientů. Výhoda systému leží proto díky mírně náročnému způsobu ohřívání především v zisku příjemných pocitů z tepla, ale i v laskavém ovlivnění některých funkčních stavů organizmu, zejména krevní cirkulace. Proto však sotva  vyvolá výrazné změny termoregulačních dějů vyššího stupně. Především ne řízenou vaso- a sudomotoriku, bezprostřední adaptační reakce neurohormonálního a humorálního systému a lokální i celkové reakce imunitního systému jak dokáží vyvolat intenzivní termogenní stimuly saunové lázně. Také k těmto fyziologickým peripetiím se vrátím jindy.

V mnoha prospektech teplodárných produktů na bázi přímé IR-R se uvádí, že zahřívat se může i oblečený člověk; je to jistě možné, ale pak není nutné k tomu pořizovat nákladné kabiny z drahých dřev a jiných materiálů, protože postačí lampu či panel se zářiči IR-R přistavit jako přímotop kamkoli v jakékoli místnosti domu a dokonce i kdekoli v exteriéru. A je tu moderní náhrada kachlových kamen či radiátorů a snad i široké pole ke „globálnímu oteplování zmrzlých nohou a zad lidstva“.  O dubiózní formální existenci infrakabin, obligátně chápaných jako jediné úspěšné stavebně technické řešení termostimulace,  budu pochybovat jindy.                                  

(Pokračování.)

Znát spektrum paprsků IR-R

Pokračuji v rozhovoru k článku o infrakabinách firmy Physioterm z Rakouska. Nenalezl jsem v něm žádný údaj o funkčních podílech jednotlivých paprsků IR-R ve spektru zářičů podle jejich vlnové délky. Bohužel to nenalézám ani v té přemíře jiných komečních nabídek produktů IR-R. To je dalším impulzem k této části kolokvia. Znát složení spektra zářičů, nabízených v celé řadě jiných komerčních prospektů a svěřených k aplikaci do rukou laiků, je totiž rozhodující; musí být známá nejen pozitiva, ale i rizika fyziologického působení IR-R, ale i formy a způsoby jeho používání.

Teplo je fyzikální síla, která vede při absorpci ve tkáních k zahřátí. IR-R je sto odevzdat svou energii buňkám, respektive molekulám a tím zesílit jejich vlastní pohyb, při čemž se zvětšuje teplota tkání. Cílovou strukturou IR-R v tkáních jsou chromophory, které jsou zodpovědny za absorpci paprsků; mezi jiným jsou to také OH-skupiny organických vazeb a voda.  To je předpoklad pro absorpci energie paprsků, protože jenom absorbovaná energie může vést k zahřátí. Příjem IR-R organismem je na jedné straně určen zákony optického záření a na druhé straně vlastnostmi povrchu těla, v prvé řadě kůže, hraniční plochy vůči vstupu nejen tepelných paprsků, ale i jiných stimulů různého původu. Propustnost kůže pro IR-R je závislá částečně i na síle jejích vrstev. Kůže je složena z pokožky (epidermis) a škáry (corium) a napojena je na podkoží (subcutis). Její tloušťka se pohybuje mezi 1,5 – 4 mm.

Průběh příjmu tepelného záření odpovídá zákonům o reflexi, absorpci a transportu tepla. Při styku IR-R s tělesným povrchem dochází k selekci „chování se“ paprsků a to k jejich odražení (reflexi) anebo vstřebání  (absorbci) v rozličném měřítku, závislém na vlnové délce paprsků IR-R (a tedy na jejich tepelné energii).

Nejprve o reflexi. Ví se, že díky provedeným měřením se paprsky IR-A (1,6 μm) na pokožce odráží jen v 20-40% a část zůstatku proniká nehluboko do podkoží, zatímco paprsky IR-B (1,5 - 2,7 μm) se odráží v 10% a paprsky IR–C (6 μm) pouze z 2-3%, protože se absorbují v epidermis a koriu.

Jako absorpce tepla se označuje převod přijaté energie do media. Absorpce IR-R závisí od absorpčního koeficientu media, tedy kůže a podkoží. Vzhledem k jeho vysokému obsahu vody (60-70%) je podoben koeficientu vody. Proto jsou paprsky IR-B a IR-C vodou v epidermis a horní vrstvě koria takřka úplně pohlcovány a tato absorpce tedy vysvětluje, proč je pokožka více zatížena paprsky IR-B a IR–C a tedy zahřívána.

Vrcholná hodnota absorpce těchto paprsků vodou je rozdílná podle rozsahu jednotlivých vlnových délek. Paprsky s větší vlnovou délkou jsou absorbovány v širokém měřítku již v epidermis (do hloubky od 0,1- 0,5 mm), lze proto od nich očekávat vysoký příjem tepla. Podle výkonu zářiče tak může dojít k rychlému přehřátí, až bolestivému. Před ním chrání termoreceptory,  uložené pod epidermis v hloubce 0,1 mm a které se aktivují od 38°C teploty epidermis a signalizují každé zvýšení teploty termoregulačnímu centru. Při teplotě kůže 43,5°C jsou drážděny speciální termoreceptory pro bolest z tepla,  a to má za následek snahu rychle se oddálit od tepelného zdroje (behaviorální chování). K zvyšování vnitřní tělesné teploty dochází ve tkáních nejprve sekundárně, praktiky kondukcí. Teplo je takto z epidermis předáváno do cév v hlubších vrstvách kůže a podkoží a odtud teprve odtransportováno krevním proudem (konvexí) do nitra organizmu. Dochází k určitému zdržení celkového zahřátí.

Paprsky IR-A pronikají vodou a nevyvolávají vzhledem k své krátké vlnové délce dostatečnou absorpci v pokožce (jen do 50%), zbývající část však prokazuje vysokou schopnost  pronikat (penetrovat) celou vrstvou kůže do podkoží a to do hloubky asi 8 mm. Pro praxi to znamená, že paprsky IR-A nepůsobí tepelnou bolest (na rozdíl od IR-B a IR–C), protože jejich energie se rozděluje až v hloubi tkáňových vrstev, kde receptory pro teplo i tepelnou bolest již nepůsobí. Rozdělením  absorbovaného tepla skoro až do hloubky podkoží a jeho odplavením krevním proudem může být nepozorovaně  přijato mnoho tepla, což vede k značnému vzestupu vnitřní tělesné teploty. Hloubka průniku záření je ostatně také udávána hodnotou, kterou udává množství (95%) energie, předané IR-R ze zářiče. Říká se, že absorpce a penetrace se podle vlnové dálky paprsků chovají recipročně.

Pro působení IR-A se v medicíně používá označení "hluboké prohřívání". Je však zavádějící, jestliže se  mluví o hlubokém prohřívání (dokonce 400 mm !) v komerčních prospektech, aniž by se udal přesný údaj o složení spektra IR-R nabízeného produktu,  zejména pokud se týká vlnové délky záření, v prvé řadě  paprsků IR-A.

Tato zvláštnost transportu tepla je v medicíně žádaná, proto se infračerveného záření začalo používat medicínsky od koncem 19.  století, i když skoro až sto let po jeho objevení. Poznalo se přitom, že IR-R skrývá v sobě nebezpečí místních škod tkání následkem přehřátí a k nekontrolovanému velkému příjmu tepla pro celý organizmus. Poznalo se, že se to týká  především zářičů s převahou paprsků IR-A. Při určitých chorobných procesech by to mohlo oddůvodnit pomocné terapeutické použití tohoto do hloubky sahajícího tepla. Musí být ale jasno, že se zde jedná o proceduru aplikace energetického zdroje, která vyžaduje lékařský dohled, což již je zohledněno v léčebných návodech a učebnicích. Tepelné zdroje IR-R s hlubokým působením mají zůstat v rukou zasvěceného lékaře.

Mnozí prodejci IR-R ohřevných kabin však nadšeně hovoří a publikují své představy o velké hloubce přímého proniknutí tepla (dokonce až 4 cm!), ale není to pravdivé. Nekriticky totiž opakují text z prospektu americké firmy, která k propagaci svého infraproduktu používá dodnes již přes 40 let staré zprávy Dr Flikcksteina z USA, který uváděl, že IR-R proniká do uvedené hloubky tkáně. Stačí si však přečíst v kterékoli české či slovenské moderní příručce fyziatrie, že jde o průnik do hloubky  jen 5–8 mm (CAPKO, CONRADI, JANDOVÁ, HUPKA, , IPSER, KADEŘÁVEK, KOLESÁR, PODĚBRADSKÝ AJ.).

V podstatě by nemělo jít o soutěž, kdo dál protlačí paprsky IR-A do svalů a vaziva, ale o to, že přehřátí hlubších tkání, jimi vyvolané (např. v oku i jinde) způsobuje závažná poškození tkáně. Úmyslně se dotýkám tohoto rizika paprsků A spektra IR-R, protože v reklamních prospektech se hovoří pouze o infračerveném záření jako celku a přitom se zveličuje jeho průnik do značné hloubky tkání. To ovšem znamená přítomnost rizikových paprsků A. Jestliže v komerčních prospektech schází přesný údaj o přítomnosti či nepřítomnosti IR-A paprsků, nelze je tedy vyloučit a proto by si klient měl při ohřívání IR-R při nejmenším  chránit zrak ochrannými brýlemi. Na dotaz mi mnozí dealeři sdělili, že jim výrobní firma nesděluje přesné složení spektra paprsků IR-R v nabízených zářičích.

Neškodnost nových produktů IR-R není objektivně doložena. V obchodní praxi je zřejmě využit známý fakt, že působení paprsků IR-A působí škody vždy až po dlouhých expozicích intenzivnímu záření z tepelných zdrojů o vysokých teplotách, takže v současné době by se sotva mohlo toto poškození tkání po použití moderních produktů přímé IR-R prokázat. Samozřejmě kromě výjimek, jímž jsou sluneční záření a některé produkty, aplikujicí IR-R bezprostředním kontaktem zářiče s kůží. Nevzal bych si však na svědomí propagovat např. používání ohřevných kabin s IR-R v dětských zařízeních. Pro děti je použití přímé IR-R kontraindikované.

(Pokračování.)

IMPULS 3

O cestě tepla z IR-radiace lidským tělem

Představa, že tepelná energie z vnějších tepelných zdrojů prostupuje do nitra (hloubi) živých organizmů rovnou(dokonce v centimetrech!) a snadno jako sluneční paprsky sklem do pokoje, nutně u člověka naráží na existenci a funkci kožní bariéry a její schopnosti odolat nejen přemíře různých ohrožujících činitelů jako jsou tepelná energie, záření, chemické soluce, mechanická traumata, patogenní činitelé aj, ale hlavně nepodloženým představám.

Každá tepelná stimulace působí změnu tělesné teploty a vyvolává nastavené reakce organizmu, které slouží k udržení homeostázy (stav dynamické rovnováhy všech funkcí v organizmu). Mezi jiným udržuje rovnovážnou tělesnou teplotu, nutnou k normálnímu průběhu životních funkcí. V principu jde o ochranu před přehřátím a tím o omezení škod přehřátím (hypertermií), anebo podchlazením (hypotermií) tkání.

Není jedno, jakým způsobem transportu je teplo přijímáno. Na způsobu transportu tepla opravdu záleží, jaké fyziologické změny může předaná tepelná energie vyvolat.  IR-R se odlišuje  od ostatních typů transportu tepla (konvekčního a kondukčního) především tím, že oba je vyvolává. Sluneční paprsky, anebo umělý zářič či topidlo jsou zdrojem tepla pro tuto přeměnu. Další rozdíl tkví v tom, že mimo rozměr dopadu IR-R k přímému ohřevu další plochy povrchu nedochází. Toto místní ozáření však vede podle druhu paprsků IR-R k velmi intenzivnímu ohřevu povrchu tělesa, a to především konvekcí takto zahřátým krevním proudem, v menším měřítku kondukcí do okolí. Jak vypadá reakce na tento transport tepla u člověka?

Podle intenzity přímého záření IR-R (dané výstupní teplotou zářičů a jejich počtem) je vzestup teploty pokožky vnímán termoreptory a nervovou cestou signalizován  termoregulačnímu centru. Na jeho vratné podněty (ale i autonomním vlivem okamžité místní reakce volných nervových vláken a chemických produktů zahřátých buněk) se rozšíří kapilární  cévní sít z ozařované pokožky do okolí, a to až stonásobně oproti klidovému stavu. Zároveň se na „pokyn“ termoregulačního centra urychluje cirkulace krve a jakmile vnitřní tělesná teplota přesáhne set-point 37,1°C, uvede se v činnost také pocení.

Příjem tepla, transportovaného paprsky B a C je v ozařovaném ložisku sice prakticky maximální, avšak podle prospektu firmy Fyziotherm dochází k vzestupu teploty tělesného jádra tempem 0,1°C za 10 minut. Prospekty doporučují k aplikaci IR-R nejméně 30 - 40timinutovou (i nižší) expozici. Za tuto dobu

Se vnitřek organizmu ohřeje z normální hodnoty (37°C) na teplotu lehce zvýšenou (37,4°C). To znamená, že k tomu, aby se teplo z místně ozářené lokality rozdělilo do celého organizmu a zvýšilo vnitřní tělesnou teplotu do úrovně která by vyvolala fyziologickou odezvu (tj. aspoň 38°C), dochází až po dlouhé expozici. Je pochopitelné, že subjektivní pocity toho ohřívání jsou příjrmné.

Problém však vězí v tom, že příjmem většího množství tepla pokožkou dochází k jejímu přehřátí v místě dopadu paprsků B a C. Záleží na intenzitě záření a jeho délce, kdy se objeví bolest z tepelného přehřátí. U kůže dochází k podráždění temoreceptorů pro bolest z tepla při teplotě až 43° C. Celkové vnitřní přehřátí není u dlouhovlnného IR-záření s paprsky B a C možné, pokud zářiče neobsahují krátkovlnné paprsky A. K vnitřním teplotám nad 39°C dochází pouze působením krátkovlnných A paprsků s vysokou ozařovací silou, která uniká pozornosti termoeceprorů v pokožce.  Vzniká hypertermie po vzestupu teploty jádra k 38°C ± 0,5°C; pro ni je medicínská indikace jedině pod odborným dohledem. Pro indikovanou léčbu je potřeba se vědět více o transportu tepla IR-R do rganizmu a přihlédnout nejen k prospěchu, ale i k rizikům její aplikace laickýma rukama. Proto platí požadavek, aby každý zářič IR-R byl provázen dokumentací o spektru paprsků IR-R. 

Vzestup nabídky ohřevných kabin s infraradiačními zářiči, vydávaných někdy nevědomě, někdy úmyslně za infra-sauny, vede v posledních letech dokonce i v oborných kruzích k patrnému znejistění. Způsobuje  to propagace různých teplotvorných produktů, nevedená bohužel s dostatečnou odbornou znalostí fyzikálních podmínek a přejímající i libovolně pojednávající pojmy, týkající se skutečné sauny. Dosavadní analýzy trhu s IR-zářiči připouštějí závěr, že spektrální rozdělení, dózování, podmínky k používání v kabinách kolísají u uživatelů v širokých mezích. Proto požadavek, aby vznikly směrnice pro stavbu IR-kabin a jejich používání, je zcela oprávněný. Mělo by se požadovat, aby IR-kabiny měly certifikát nezávislého znaleckého pracoviště.

(Pokračování.)