Fysiologie van de onderdompeling in water

Jane Hall � Dina Bisson � Paul O’Hare

Keywords hydrotherapie cardiovasculaire effect �hydrotherapie fysiologie � hydrotherapie hart �hydrotherapie hematologie � hydrotherapie �lichaamshouding � hydrotherapie longen � hydrotherapienieren � in water oefentherapie � hydrotherapierespiratoire systeem

Samenvatting

Hydrotherapie is een klassieke en populaire vorm van

behandelen waarbij gebruik wordt gemaakt van de fysi-

sche eigenschappen van warm water om ontspanning en

opheffing van bewegingsbeperkingen te bereiken.

Als men iemand tot aan de fossa suprasternalis onder-

dompelt in water treedt er onder invloed van de hydro-

statische drukgradienten een verplaatsing van 700 ml

bloed op van de kuiten naar het cardiothoracale compar-

timent. Deze toename van het centrale bloedvolume leidt

tot een veelheid van ingrijpende fysiologische verande-

ringen die van invloed kunnen zijn op de hydrotherapeu-

tische behandeling. In dit artikel wordt nader ingegaan

op de effecten van het onderdompelen op de cardiovas-

culaire, renale, respiratoire en hematologische systemen.

Inleiding

Hydrotherapie is een populaire applicatievorm die door

vele fysiotherapeuten wordt toegepast bij een brede scala

van aandoeningen. De warmte van het water bevordert

spierontspanning en pijnvermindering en de opwaartse

druk kan worden benut om gewrichtsbewegingen te

ondersteunen of tegen te gaan en om de comprimerende

invloed van de zwaartekracht na te bootsen.

Historisch gezien heeft het toepassen van baden altijd

een groot aantal pleitbezorgers gehad en zijn de gunstige

effecten ervan opgehemeld. Reeds in 400 v. Chr.

beweerde Hyppocrates dat toepassing van baden nuttig

was voor een veelheid van aandoeningen, waaronder

jicht, verlammingen en toevallen.

Historische perspectieven

De bloeiperiode van het onderdompelen in water was de

18de eeuw, toen de bronnen van Bath, Harrogate, Bux-

ton en Leamington buitengewoon populair waren bij

genezingzoekenden. In 1742 werd het Bath Spa Hospital

geopend; rapporten uit die tijd claimden dat patienten,

die waren doorverwezen met uiteenlopende aandoenin-

gen als verlamming, jicht, reuma en zelfs ‘melaatsen’,

werden ‘genezen’. Met de komst van de wetenschappe-

lijke scepsis van de 19e eeuw verminderde de aantrek-

kingskracht van de minerale bronnen als genoeglijke

verblijfplaats voor de gegoede stand. In de loop van de

vorige eeuw was er een voortdurende teruggang, zodat

bij de oprichting van de National Health Service in 1949

het toepassen van baden vrijwel niet meer voorkwam.

Ook nu nog echter floreert de toepassing van baden in

Europa en in sommige landen wordt de therapie door de

staat gesubsidieerd. De buitensporige reclame ervoor van

veel balneo-enthousiastelingen heeft ervoor gezorgd dat

veel wetenschappers zich sceptisch opstellen en ertoe

neigen veel van de effecten als pure placebo af te doen.

Recentelijk is de interesse in de fysiologische effecten

van de toepassing van thermische baden herleefd,

Jane Hall, en, (*)Royal National Hospital for Rheumatic Diseases, Bath,Engeland

Stimulus (1992) 11:43–47

DOI 10.1007/BF03075803

13

paradoxaal genoeg dank zij de komst van de bemande

ruimtevluchten. Als middel om gewichtloosheid na te

bootsen bleek onderdompeling in water onschatbare

waarde te hebben, zowel bij experimentele procedures

als bij training van astronauten.

De fysiologie van de onderdompeling in water

Tijdens onderdompeling in water vinden ingrijpende

fysiologische veranderingen plaats. De afgelopen tien

tot vijftien jaar is veel onderzoek gedaan naar de aard

en verklaring van deze veranderingen bij de mens.

Recentelijk is onderdompeling gebruikt als weten-

schappelijk model ter bestudering van de effecten van

volume-homeostase, niet alleen bij gezonde proefper-

sonen, maar ook bij patienten met verschillende aan-

doeningen (b.v. cirrose, diabetische nefropathie en

nieraandoeningen als het nefrotische syndroom). In

dit artikel wordt nader ingegaan op de fysiologie van

de onderdompeling met betrekking tot de cardiovascu-

laire, hemodynamische, renale en respiratoire

systemen.

Definitie van onderdompeling in water

Hoewel er veel onderzoek over onderdompeling is ver-

richt, bleek de interpretatie van de resultaten van de

diverse onderzoekingen moeilijk, dit in verband met ver-

schillen in methodologie. Echter, bij de eerste ‘hoofd

boven water-onderdompelings’ (HBWO)-conferentie die

in Groot-Brittannie werd gehouden, was er consensus

met betrekking tot een uniforme benadering en werd

tevens overduidelijk dat vele delegaties een gelijksoortige

methologie hadden ontwikkeld.

In dit artikel worden primair de fysiologische effecten

beschreven bij mensen die rechtop zittend tot aan de

fossa suprastlernalis zijn ondergedompeld in leidingwa-

ter met een temperatuur van 35 ˚C. Water van 35 ˚C

wordt thermoneutraal genoemd, omdat het geen effect

heeft op de kerntemperatuur. Het is essentieel dat deze

temperatuur gedurende de gehele onderdompelingspe-

riode wordt gehandhaafd, daar zelfs geringe fluctuaties

wezenlijke circulatoire veranderingen kunnen veroorza-

ken. In het algemeen laat men de proefpersonen de

avond en nacht eraan voorafgaand vasten en krijgen

zij tijdens de onderdompeling elk uur 200 ml water te

drinken.

Cardiovasculaire effecten

Als gevolg van de hydrostatische, tijdens onderdompe-

ling ondervonden drukgradienten treedt een herverde-

ling van het bloed op, waarbij ongeveer 700 ml bloed

uit de extremiteiten is betrokken. Deze herverdeling van

bloed veroorzaakt in feite een toename van de naar het

hart terugkerende hoeveelheid bloed, hetgeen mogelijk

de basis is voor alle fysiologische veranderingen die ver-

band houden met de onderdompeling. Het hartminuut-

volume (of de cardiale output) is een functie van

slagvolume en hartfrequentie die tijdens onderdompeling

in thermoneutraal water met 34% blijkt toe te nemen. Bij

35 ˚C blijft de hartfrequentie betrekkelijk constant (hoe-

wel sommige studies in feite een geringe bradycardie

melden): de toename in cardiale output wordt daarom

gerelateerd aan het slagvolume. Bij een onderzoek naar

de effecten van HBWO bij zestien gezonde proefpersonen

in thermoneutraal water (34 ˚C tot 35,5 ˚C) toonden

Weston et al. (1987) aan, dat het slagvolume met iets

meer dan 50% toenam. Bij hetzelfde onderzoek bleek

sprake van een lichte invloed op de bloeddruk, hetgeen

een vermindering van de perifere weerstand impliceert.

Het slagvolume ’ de bij elke systole door de linker

ventrikel uitgepompte hoeveelheid bloed ’ wordt gere-

geld via hartvulling voor de contractie, cardiale contrac-

tiliteit en hartvulling na de contractie. Als gevolg van de

toegenomen veneuze terugstroom naar het rechter

atrium (de centrale veneuze druk is een maat voor de

rechter-atriumdruk en wisselt van 3 tot 15 mmHg tijdens

onderdompeling) wordt het myocard gerekt en reageert

het met een toename van zijn contractiekracht. In over-

eenstemming met de wet van Starling (toename van het

slagvolume gaat gepaard met een toename van de hart-

vullingsdruk en resulteert in een toegenomen contractie-

kracht) neemt dus het slagvolume toe.

De bovengenoemde cardiovasculaire effecten treden

direct bij het begin van de onderdomeling op en blijven

bestaan tot de proefpersoon weer uit het water komt.

Figuur 1 geeft een overzicht van de effecten van HBWO

op het cardiovasculaire systeem.

Effect van de lichaamshouding

In opgerichte houding is het effect van de ondervonden

hydrostatische gradient het grootst. Verlaten van het

zittende of staande concept blijkt minder duidelijke,

maar wel soortgelijke, fysiologische veranderingen te

produceren. In ruglig is sprake van minimale verande-

ringen in hydrostatische druk en verplaatsing van 400 tot

500 ml lichaamsvocht. Vergeleken met de zittende hou-

ding kan ruglig op zichzelf een geringe toegenomen

44 Stimulus (1992) 11:43–47

13

natriumuitscheiding in de urine produceren. Dit feit is

exact bevestigd bij onderzoek

het resultaat van een dysbalans van de Starlingkrach-

ten die de vochtuitwisseling tussen capillairen en inter-

stitium besturen. Er is gespeculeerd dat de

bloedverdunning onder invloed van onderdompeling

gunstig kan zijn bij een aantal aandoeningen waarbij de

bloedviscositeit hoger is dan normaal.

Renale effecten

Het normale glomerulaire filtratietempo (GFT) van de

nier is 120 ml/minuut en resulteert in de produktie van

1 ml urine per minuut. Tijdens onderdompeling neemt

het tempo waarin urine wordt geproduceerd significant

toe en bereikt een top van 6,2 tot 7,6 ml/minuut in het

derde uur, waardoor de diurese zeer significant toeneemt

(fig. 3).

Hoewel de gegevens elkaar enigszins tegenspreken,

wordt aangenomen dat dit gebeurt zonder enige aanmer-

kelijke verandering in het GFT of de renale plasmaflow.

De oorzaak van deze diurese is niet duidelijk, mogelijk

spelen hormonale, hemodynamische en neurale variabe-

len hierbij een rol.

Diuretische respons

De water-clearance wordt voor een deel geregeld door

het antidiuretische hormoon (ADH), dat inwerkt op de

distale tubulus en verzamelbuisjes via verhoging van

hun permeabiliteit voor water. Diurese vindt plaats bij

afwezigheid of vermindering van de ADH-spiegel. Tijdens

onderdompeling wordt de ADH-produktie onderdrukt,

hetgeen waarschijnlijk een van de belangrijkste factoren

is met betrekking tot de diuretische respons.

Er bestaat een goede documentatie over het gegeven

dat HBWO een verplaatsing van 700 ml bloed van de

periferie naar het cardiothoracale compartiment brengt

en dat de extra vulling is gelokaliseerd in de atria en

grotere pulmonaire vaten. Binnen de intrathoracale cir-

culatie vindt men vele rekreceptoren, die gevoelig zijn

voor het bloedvolume; toename van het bloedvolume

veroorzaakt een toename van afferente ontladingen.

Deze door de nervus vagus overgedragen afferentie regelt

langs reflectoire weg de sympathische prikkeling van de

niervaten en het juxtaglomerulaire apparaat. Recente

bevindingen doen vermoeden dat stimulatie van de car-

diopulmonaire receptoren via centrale volumetoename

leidt tot een afname van de renale sympathische activi-

teit. Dit heeft mogelijk een direct tubulair effect dat

toeneming van urineflow veroorzaakt.

Figuur 2. Hematologischeeffecten tijdensonderdompeling in bronwaterte Bath.

Figuur 3. Renale respons opHBWO in bronwater te Bath.

Stimulus (1992) 11:43–47 45

13

Natriumexcretierespons

Tijdens onderdompeling neemt de natriumexcretie signi-

ficant toe met wel 200 tot 300% (fig. 3). Het staat vrijwel

vast dat de natriumexcretierespons te wijten is aan afge-

nomen natriumreabsorptie in zowel de proximale als

distale tubulus en niet zozeer aan een toename van de

hoeveelheid filtraat. De aard van dit niet opnemen is nog

onzeker, maar wordt geacht onder invloed van meerdere

factoren te staan. Vaststaat dat de aldosteronsecretie

wordt verminderd tot zo’n 80%. Onderzoek heeft uit-

gewezen dat de omvang van deze suppressie alleen niet

groot genoeg is om de natriumexcretie te verklaren. Ook

het snelle ontstaan van de natriumexcretie (binnen het

eerste uur) en de vertraging in de aldosteronsuppressie

leidt tot de veronderstelling dat dit niet het enige mecha-

nisme is. De suppressie van aldosteron is het resultaat

van een soortgelijke suppressie van de renale

plasmaactiviteit.

Als mogelijke redenen voor de verminderde natrium-

opname zijn veranderingen in de intrarenale bloedflow

en in transcapillaire hydrostatische krachten genoemd,

maar tot op heden zijn er geen overtuigende bewijzen die

deze hypothesen staven. Zoals eerder werd geopperd

leidt rekking van het linker atrium tot een vermindering

van de renale sympathische zenuwactiviteit, waardoor

mogelijk direct de natriumexcretierespons wordt

belemmerd.

Miki et al. (1989) bestudeerden het effect van de renale

sympathische zenuwactiviteit op de natriumexcretie bij

niet-verdoofde, cardiaal gedenerveerde en chronisch

renaal gedenerveerde honden. Bij onderdompeling in

water van de controle honden zag men een aanhoudende

vermindering van de renale sympathische activiteit van

43% tot 48% en een significante toename van natriu-

mexcretie. De chronisch renaal gedenerveerde honden

vertoonden geen natriumexcretietoename en de cardiaal

gedenerveerde honden gaven een verminderde respons te

zien. De genoemde auteurs concludeerden dat een aan-

houdende vermindering van efferente sympathische

zenuwactiviteit mogelijk een belangrijke rol speelt bij de

natriumexcretierespons tijdens onderdompeling in water

bij niet-verdoofde honden.

Onderzoekingen bij mensen met vegetatieve denerva-

tie leverden geen verschillen op in de natriumexcretiere-

spons. Hieruit zou men kunnen afleiden dat het

sympathische zenuwstelsel mogelijk geen essentiele rol

speelt bij de respons.

Recentelijk is de aanwezigheid van een humorale

natriumexretiefactor aangetoond, die de renale tubulaire

reabsorptie vermindert in reactie op expansie van het

bloedvolume. Atriaal natriuretisch peptide (ANP) wordt

afgescheiden door de atriumspiervezels van het hart en

bij gezonde mensen is de plasmaconcentratie ongeveer 3

pmol/ml.

De ANP-release tijdens de centrale volume-expansie bij

onderdompeling is afdoende aangetoond. Bij een onder-

zoek bij acht gezonde proefpersonen werd een tweevou-

dige toename van het plasma-ANP aangetoond en ’

gedurende een overeenkomstig tijdsverloop ’ van de

natriumexcretie in de urine. Dit duidt erop dat ANP moge-

lijk een belangrijke mediator van volume-expansie is.

Kalium- en calciumexcretie

De toegenomen natriumuitscheiding in de urine bij

onderdompeling gaat samen met een geringere toename

van excretie van kalium, (fig. 3) calcium en fosfaat in de

urine.

Het respiratoire systeem

Tijdens HBWO is er een afname van het longvolume en van

de vitale capaciteit, totale longcapaciteit, functionele

residuale capaciteit en het expiratoire reservevolume.

Hierbij spelen twee factoren een rol: ten eerste ondervin-

den de thorax en het abdomen een hydrostatische druk

van 20 cm H2O, en ten tweede kan de longelasticiteit

worden gereduceerd als gevolg van centrale vasculaire

overvulling.

Geopperd werd dat veranderingen in longvolumes

mogelijk het resultaat zijn van luchtwegafsluiting.

Ander onderzoek maakte duidelijk, dat de vitale capaci-

teit met ongeveer 5% tot 10% wordt gereduceerd; het

relatieve aandeel van de bijkomende waterdruk op de

thoraxwand (waardoor de inspiratie wordt bemoeilijkt)

en de gereduceerde longelasticiteit is nog niet afdoende

vastgesteld.

Wat er gebeurt met het residuaal volume ’ het volume

gas dat in de longen achterblijft na maximale exspiratie

(ca. 1200 ml) ’ tijdens onderdompeling is nog twijfelach-

tig. Verschillende onderzoekingen resulteerden in gege-

vens varierend van geen verandering tot toegenomen en

afgenomen residuale volumes. De relatieve bijdragen van

de twee bovengenoemde factoren pleiten tegen verande-

ring van het residuaal volume. Verwacht mag worden dat

de toegenomen hydrostatische druk op de thoraxwand

het residuaal volume vermindert. Echter, de afname van

de longelasticiteit, die de long in feite ‘stijver’ maakt dan

normaal, geeft aanleiding tot een minder gemakkelijke

samendrukbaarheid van de alveoli.

46 Stimulus (1992) 11:43–47

13

De effecten van oefeningen

Uitgebreide navorsing van de literatuur ten spijt werd

naar verhouding weinig gevonden over de precieze fysi-

ologische effecten van het uitvoeren van oefeningen in

water. De enkele beschikbare studies richtten zich alle op

de cardiovasculaire effecten.

De veronderstelling dat de centrale volumetoename

van HBWO verdwijnt door het uitvoeren van oefeningen

in water lijkt logisch, maar het werk van Sheldahl et al.

(1986) geeft iets anders aan. De meetuitslagen van de

einddiastolische rekking van de linker ventrikel tijdens

uitvoering van lichte tot middelmatige oefeningen

rechtop in het water, bleven groter dan die welke werden

waargenomen bij vergelijkbare oefeningen op het droge.

Deze auteurs stelden als hypothese, dat fietsergometer-

achtige HBWO-training wel eens effectiever zou kunnen

zijn dan training op het droge met dezelfde intensiteit,

daar de hartfrequentie lager en het slagvolume hoger is

dan bij training op het droge. Hun onderzoek, waarin een

in water trainende, een op het droge trainende en een

niet-trainende groep werden vergeleken, leverde echter

geen bewijsmateriaal voor deze hypothese. Beide trai-

ningsgroepen vertoonden significante cardiovasculaire

adaptaties; betwijfeld wordt nu of de tijdschalen voor

de adaptatie waren geijkt.

Ook is aandacht besteed aan de metabole eisen bij

stappen en ‘hardlopen’ in water van varierende diepte

en temperatuur. Naarmate de waterdiepte toeneemt ver-

groot de weerstand tegen de beweging, zodat dan ook de

energie die moet worden opgebracht zal toenemen. In een

onderzoek werd nagegaan hoe de hartfrequentie en zuur-

stofconsumptie reageerden bij lopen op een lopende

band op het droge en in het water: zoals verwacht

waren de meetuitslagen tijdens de beweging in het water

significant groter.

Conclusie

Onderdompeling tot de nek in water is een bruikbaar

model ter bestudering van volumehomeostase. De effec-

ten van onderdompeling met betrekking tot toename van

de renale water- en natriumverwerking zijn te vergelijken

met die van transfusie van twee liter isotone zoutoplos-

sing, maar kunnen worden geproduceerd zonder veran-

dering van de bloedsamenstelling.

De fysiologische effecten van de onderdompeling

berusten op verschillen in hydrostatische gradienten die

ervoor zorgen dat 700 ml bloed vanuit de kuiten wordt

verplaatst naar de cardiothoracale ruimte. De relatieve

centrale bloedvolumetoename stimuleert cardiopulmo-

nale receptoren die een scala aan fysiologische reacties

uitlokken waaronder een diurese, verhoogde natriumuit-

scheiding in de urine, bloedverdunning en veranderde

longmechanismen. De extra belasting door uitvoeren

van oefeningen in het water is nog steeds grotendeels

onduidelijk.

Aangezien bovenbesproken onderzoeksgegevens de

basis voor de hydrotherapie leveren dienen we voort te

gaan met het natrekken van de hypothese dat onze

behandeling met gebruikmaking van thermische baden

therapeutisch werkt door de fysiologische veranderingen

die worden veroorzaakt door de combinatie van onder-

dompeling en uitvoeren van oefeningen.

[91013 ’ vert. L. Eenkhoorn]

Literatuur

The physiology of immersion [Physiotherapy 1990; 76:517–21]

Stimulus (1992) 11:43–47 47

13