Способ гидромассажа потоками водных струй субмиллиметрового диапазона
METHOD FOR HYDRAULIC MASSAGE WITH WATER-JET FLOWS OF SUBMILLIMETER RANGE

Изобретение относится к лечебно-оздоровительным гидротехнологиям и может использоваться для снижения целлюлитных изменений и жировых отложений в кожных покровах организма человека, а также повышения его стресс-устойчивости.
Из уровня техники известен способ проведения гидромассажных процедур динамического вида, включающий подачу струйного потока воды от душевого коллектора при его возвратно-поступательном перемещении в вертикальной плоскости относительно поверхности тела человека и регулирование температуры и расхода воды, подаваемой в коллектор, в котором струйный поток формируют в виде отдельных, располагаемых в шахматном или пирамидоидальном порядке, «пакетов» параллельных струй с диаметрами субмиллиметрового диапазона и возможностью изменения угла их атаки и/или углового смещения, по меньшей мере, крайних "пакетов" струй от параллельного направления относительно вертикальной плоскости перемещения душевого коллектора (RU 2381074, МПК В05В 1/18, А47К 3/30, 10.02.2010).
Недостатком известного способа является то, что воздействие параллельных струй оказывает низкое тренинговое стресс-воздействие на организм пациента, что объясняется отсутствием формирования пощипывания кожных покровов за счет одновременного воздействия струйных потоков с разными углами атаки.
Известен способ проведения гидромассажных процедур динамического вида, включающий задание угла атаки и/или конфигурации струйных потоков, а также параметров обрабатывающей среды - температуры, расхода воды и процесса обработки - размера зоны обработки, скорости, времени или количества возвратно-поступательных перемещений струйных потоков водных струй субмиллиметрового сечения и автоматическое перемещение последних относительно тела человека (RU 2479300, МПК A61H 23/00, 20.03.2013).
Недостатками известного способа являются: относительно невысокая антицеллюлитная и неинвазивная липосакционная способность гидроструй малого диаметра, а также низкое тренинговое стресс-воздействие на организм пациента, что объясняется не оптимальным характером напряженно-деформированного состояния (НДС) массируемого поверхностного слоя в месте воздействия гидроструи, что не обеспечивает в полной мере эффект «пощипывания» кожных покровов и подкожной клетчатки растягивающими нагрузками, а также «душ Алексеева» не реализует в полном объеме стресс-тренинговый эффект гидромассажа, например путем локально координатного чередования воздействия горячих и холодных струй.
Задачей заявленного изобретения является обеспечение многофункционального гидромассажа, представляющего собой гидротерапевтическую лечебно-оздоровительную процедуру синергетического воздействия на мягкие ткани пациента, обладающую комбинированным антицеллюлитным, неинвазивным липосакционным и стресс-трениговым эффектами, усиливающими функционально-значимые проявления друг друга.
Технические результаты, на получение которых направлен заявленный способ:
1. Повышение физиологической результативности струйного гидромассажа путем управления напряженно-деформированным состоянием зоны воздействия гидроструй на кожные покровы человека, в частности, обеспечение неинвазивного липосакционного и антицеллюлитного эффектов.
2. Повышение психоэмоциональной стресс-устойчивости организма человека путем термоконтрастного струйного гидромассажа.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в способе гидромассажа потоками водных струй субмиллиметрового диапазона, содержащем задание угла атаки и параметров обрабатывающей среды, включающих температуру, скорость потоков, согласно изобретению, гидромассаж осуществляют, по меньшей мере, двумя потоками термоконтрастных встречно-наклонных водных струй, воздействующих на массируемую поверхность под углом атаки, при этом проекции скоростей водных струй на массируемую поверхность направлены навстречу друг другу, а количество холодных и горячих водных струй пропорционально концентрациям терморецепторов на холод и тепло на поверхности тела массируемого, причем максимальное значение температуры водных струй обусловлено физиологическими ограничениями, а минимальное значение температуры задают с обеспечением выпадения замерзшей мелкодисперсной фазы в водных струях.
Кроме того, технические результаты достигаются тем, что в процессе гидромассажа осуществляют управляемое изменение во времени параметров применяемых водных струй; при этом угол атаки водных струй на массируемую поверхность составляет α = 45° ± (5 ÷÷15)°; управление и контроль за процессом гидромассажа струями замерзшей мелкодисперсной фазы осуществляют с помощью метода акустической эмиссии; скорость водных струй, имеющих различные или одинаковые геометрические характеристики, изменяют периодически и/или случайным образом; давление горячих водных струй на 20-50% выше давления холодных водных струй.
Изобретение иллюстрируется схемой (фиг.1) гидроструйного массажа двумя гидроструями (ГС).
На фиг.1 приняты следующие обозначения:
1 - первая гидроструя (ГС 1), имеющая скорость движения ;
2 - вторая гидроструя (ГС 2), имеющая скорость движения ;
3 - исходная, недеформированная гидроструями массируемая поверхность тела пациента;
4 - валик упругого оттеснения массируемых мягких тканей (МТ) от места воздействия ГС 1;
5 - валик упругого оттеснения массируемых МТ от места воздействия ГС 2;
6 - разделительный валик функционально основного упругого оттеснения массируемых МТ от зон воздействия ГС 1 и ГС 2;
7 - точка условного пересечения ГС 1 и ГС 2 в толще МТ;
8 - проекция на поверхность тела 3 скорости ГС 1;
9 - проекция на поверхность тела 3 скорости ГС 2;
10 - проекция скорости ГС 1, перпендикулярная к поверхности тела 3 и проекции 8;
11 - проекция скорости ГС 2, перпендикулярная к поверхности тела 3 и проекции 9;
12 - струеформирующий элемент (срез сопла) ГС 1;
13 - струеформирующий элемент (срез сопла) ГС 2;
14 - лунка упругой деформации МТ, образованная действием ГС 1;
15 - лунка упругой деформации МТ, образованная действием ГС 2;
На фиг. 1 приняты также следующие буквенные обозначения:
и  - соответственно скорости первой ( ГС1) и второй ( ГС2);
и  - соответственно проекции ГС 1 и ГС 2 на поверхность массируемого тела 3;
и  - соответственно проекции ГС 1 и ГС 2, перпендикулярные массируемой поверхности 3 и  и ;
и  - соответственно углы падения ГС1 и ГС 2 на поверхность 3;
- скорость совместного скрайбирующего движения ГС по поверхности 3;
- угол разворота осей ГС 1 и ГС 2 относительно друг друга;
и  - соответственно глубина лунки упругой деформации МТ поверхности тела 3 под действием ГС 1 и ГС 2;
и  ,соответственно, высота валиков упругого оттеснения МТ из места воздействия на них ГС 1 и ГС 2;
- высота валика суммарного упруго-разграничительного оттеснения МТ, образованного совместным действием ГС 1 и ГС 2;
и  - соответственно температура ГС 1 и ГС 2;
- расстояние между максимальными глубинами  и  лунок на поверхности 3 сформированных действием ГС 1 и ГС 2;
и  - соответственно расстояния от места истечения ГС 1 и ГС 2 из струеформирующего элемента 12 и 13 до поверхности тела 3;
- расстояние между струеформирующими элементами 13 и 14.
На фиг 2. представлена графическая иллюстрация изменения высоты  разграничительного валика, сформированного ГС путем упругого оттеснения МТ.
На фиг.2 приняты следующие обозначения:
16 - изменение  изменение  18 - изменение  высоты валиков упругого оттеснения при воздействии на МТ параллельными ГС. Причем , т.е. расстояние  (см. фиг.1) обеспечивает величине  максимальное значение, т.е. является оптимальным при  4: ;
На схеме «встречного» гидроструйного массажа (фиг.1) условно принято, что длина активного участка ГС, т.е. расстояние от среза струеформирующего элемента (сопла) до места воздействия на поверхность МТ пациента пропорциональна скорости ГС (вектора  и ).
Заметим, что в общем случае все параметры первой и второй ГС отличаются друг от друга. Однако на практике, за исключением  и , все они могут быть равны между собой, причем несоблюдение этого условия должно иметь соответствующее физиологическое и/или техническое обоснование.
Заявленный способ гидромассажа реализуется следующим образом.
Две ГС;  и (2), имеющие взаимонаправленные скоростные компоненты  (8) и (9) воздействуют на исходную недеформированную поверхность МТ пациента 3 с углами падения  и  соответственно (см. фиг.1). Причем, в результате преимущественного индентирующего (давящего) воздействия их вертикальных (перпендикулярных поверхности 3) скоростных проекций  и (11) происходит упругая деформация поверхности 3 и реализуется сложное НДС в области падения ГС на МТ. Это НДС приводит к формированию волнообразного рельефа поверхности МТ (фиг. 1), которое характеризуется следующими характеристиками, значения которых определяют эффективность применения заявляемого способа:
• вдавливанием МТ и образованием лунок 14 и 15, обусловленных упругими деформациями 3 под действием ГС1 и ГС2, преимущественно вертикально-скоростных проекций. Причем глубины  и  этих лунок в первом приближении пропорциональны значениям  и  этих проекций;
• образованием валиков упругого оттеснения 4 и 5 МТ по краям этих лунок 14 и 15 (фиг. 1). Причем высота этих валиков  и  также зависит от  и , а также от углов атаки  и  ГС 1 и ГС2 на поверхность 3;
• образованием функционально основного, разграничительного валика 6 упругих деформаций МТ под результирующим действием ГС1 и ГС2, характеризующегося высотой  и шириной основания , представляющей собой расстояние между максимальными глубинами  и  лунок 14 и 15.
Именно при формировании этого «массажно»-основного функционального элемента заявляемого способа встречно-наклонными ГС, движущегося вместе с ними в скрайбирующем режиме со скоростью  (м/мин, м/с) по поверхности МТ ( фиг.1) определяет уровень растягивающих, «отрывных» или «щипковых» механических напряжений. Как следствие, размер данного валика 6, образованного квазищипковым взаимодействием как минимум 2-х ГС определяет физиологическую результативность способа встречно-струйного гидромассажа, в частности его антициллюлитный и безинвазивный липоксационный эффекты, а при разности температур ГС еще и возможность повышения стресс-устойчивости пациентов.
Параметры основного массажно-разделительного валика из МТ, как показали предварительные численные результаты конечно-элементного моделирования, достигают максимальных значений высоты и, как следствие - отрывных, щипково-растягивающих напряжений в массируемых МТ при . Поэтому, именно эти значения углов атаки ГС на поверхность МТ следует считать физиологически оптимальными. Причем из-за вариаций углов наклона осей струеформирующих элементов (сопел) 13 и 14 при осуществлении гидромассажа может происходить снижение его эффективности. Поэтому в схему на фиг.1 введены ограничения по месторасположению 13 и 14, которые должны находиться на высоте  и  соответственно. При этом расстояние между ними составляет значение . Заметим, что техническая реализация этих условий весьма вариативна.
Таким образом, комплекс геометрических параметров () гидроструйного воздействия на МТ массируемых кожных покровов 3 в и нижележащих тканей должен обеспечивать максимальное значение высоты  разделительного валика 6 между углублениями 14 и 15 от действия ГС (1) и ГС(2). Математически это требование можно представить в виде условия многопараметрической оптимизации:
где:  - целевая, оптимизируемая функция; совокупность геометрических характеристик  представляет собой варьируемые параметры гидроструйного воздействия:  - целенаправленное изменение которых обеспечивает достижение максимального значения .
В линейном приближении нетрудно показать, что:
где:  - разброс высоты валика из МТ обусловленный погрешностями координирования струеформирующих элементов (сопел 13 и 14), вариациями углов ( взаимодействия ГС с поверхностью 3, изменения высоты расположения 13 и 14 ( над поверхностью 3, а также вариации расстояния  между этими элементами (см. фиг.1);  и  - соответственно коэффициенты влияния погрешностей (вариаций) угловых  и линейных координатных параметров: , определяющих месторасположение 13 и 14 относительно 3.
Для наглядности в (2) принято, что:
Причем (3), как правило физически соответствует исходным режимам реального проведения процедуры встречно-струйного гидромассажа, функциональные вариации которого при выполнении (1) описываются моделью (2).
Заметим, что при гидроструйном воздействии параллельным ГС значение высоты разграничительного валика существенно меньше и соизмеримо с  или , как показано на фиг.1.
Из представленных данных наглядно видна возможность оптимизации () значения  путем варьирования не только величины , но и . Причем очевидно, что при очень больших или малых  высота валика  будет не очень большой (зависимости 2 и 3), т.е. существует некоторое значение  представленное кривой 1 на фиг.2.
Аналогичным образом осуществляется поиск оптимального значения  (фиг.1). Действительно, при больших значениях гидроструи пересекаются, распыляются и теряют свою кинетическую энергию. Причем обеспечить стабильно малые значения  довольно сложно, так как должно выполняться очевидное неравенство:
В противном случае будет происходить формирование разграничительного валика 6 в неблагоприятных условиях гидровоздействия ГС на МТ. Хотя в принципе путем использования гидромассажных головок (душевых насадок) определенной более сложной конструкции ограничение (4) может быть снято технологическим путем. Необходимо отметить, что обеспечение оптимального значения угла  (см. фиг.2) взаимодействия ГС с поверхностью МТ, близкого к , возможно путем применения как струеформирующих сопел с наклонными осями, например в соответствующем блоке, который по отношению к другому полностью аналогичному блоку с такими же сопловыми элементами развернут на 180°. Другое техническое решение получения  падающей МТ на совокупность ГС заключается в том , что разворачивается на оптимальный угол ( 2, см. фиг.1) сами блоки, в которых оси сопел перпендикулярны их поверхности, обращенной к поверхности МТ. Однако более предпочтительным следует считать использование блоков с наклонными к их поверхности осями струеформирующих сопел, образующими  воздействия ГС на МТ.
Заметим, что в общем случае оси ГС1 и ГС2 могут и не пересекаться в некоторой условной точке 7 (фиг. 1). При этом не исключено, что «щипковый» эффект от действия взаимонаправленных встречно-наклонных ГС с непересекающимися осями будет усиливаться при их сканирующем движении по поверхности МТ со скоростью .
Таким образом, первый отличительный признак заявляемого способа гидромассажа встречно-наклонными гидроструями состоит в техническом обеспечении максимальной величины разграничительного валика между зонами воздействия ГС на МТ за счет b их попарного разворота относительно друг друга на угол  2), при этом углы их взаимодействия с поверхностью МТ составляют  4), что обусловлено вариативностью условий реализации режимов гидромассажа на практике. В этом случае происходит физиологически эффективное функционально «щипковое» квазиперекатывание валика упругого оттеснения МТ. При этом сам процесс гидроструйного сканирования характеризуется антицеллюлитным и неинвазивным липосационным действием встречных ГС на поверхностный слой массируемых МТ. Заметим, что минимальным количеством ГС, реализующих заявляемый способ является две взаимно-направленные встречно-наклонные гидроструи. Однако не трудно технически обеспечить формирование достаточно высокого разграничительного валика тремя и даже четырьмя ГС «щипковым» образом воздействующих на массируемый участок МТ.
Второй отличительный признак заявляемого способа массажа встречно-наклонными гидроструями (ГС) состоит в том, что температура ГС 1 и ГС 2 отличаются друг от друга (фиг.1). Причем, весьма важное обстоятельство реализации термически различно, так называемого эффекта стресс-диссонансного массажного гидротренинга организма пациента, заключается в следующем. Путем предварительной оптимизации геометрических параметров воздействия ГС на поверхность МТ реализуется максимально возможная при прочих равных условиях, например плотности потока мощности, ГС, высота разграничительного валика между ними . Это обеспечивает в свою очередь минимальное смешивание ГС между собой в зоне их косоугольного падения на МТ. Следствием данного обстоятельства является возможность реализации высокоскоростного теромовоздействия на массируемые участки МТ пациента. Причем расстояние  между дном лунок 14 и 15 (фиг.1) может выбираться из условия физиологически не ощущаемой, т.е. субъективно-тактильной неразличаемости, разности температур ГС 1 и ГС 2. В этом случае предлагаемый стресс-термотренинг будет оказываться в психологически латентном виде, что вполне способно повысить его эффективность как средства обеспечения стрессоустойчивости пациентов. Реально, как показали предварительные эксперименты, кожные термотактильные рецепторы не обеспечивают субъективно-тактильную индентификацию различий в температурах ГС 1 и ГС2 при  5 мм2 мм, что вполне реализуемо технически в предлагаемом способе гидромассажа. Развитием данного отличия может стать дополнительный физиологический предельно-допустимый подогрев ГС ( фиг. 2), например первой ГС 1 и очень сильное охлаждение, в частности с помощью термомодулей, функционирующих с использованием эффекта Пельтье, гидросреды для ГС (2). Причем это переохлаждение ниже точки кристаллизации приведет к динамичному выпадению в свободно движущейся к МТ массажной ГС высокодисперсных кристалликов льда. Это обстоятельство не только повысит стресс-тренинговую термоконтрастность гидромассажа встречно-наклонными ГС, но и позволит реализовать гидро-ледяной малоинвазивный, весьма щадящий пиллинг кожных покровов массируемых МТ организма пациента.
Момент выпадения кристалликов льда в исходно-охлаждаемой ГС легкуо определяется известным методом акустической эмиссии путем анализа изменения уровня динамического возмущения МТ, который будет существенно выше при гидромассаже струями ледо-водяной суспензии, по сравнению с тактильным воздействием фазооднородных ГС. Причем метод акустической эмиссии может эффективно использоваться для контрольно-диагностической идентификации гидродинамической специфики и управления различными гидроструями: кавитирующими, резонансно-моделированными, импулльсными и т.д.
Таким образом, вторым отличием предлагаемого способа является синергетическое расширение его функциональных возможностей путем термоконтрастного стресс-тренинга организма ГС, которые имеют существенно различную температуру. Причем перемешиванию этих ГС препятствует разделительный валик между как минимум двумя лунками, сформированными соответствующими термоконтрастными ГС.
Третье отличие способа состоит в изменении условий и режимов гидромассажа, в первую очередь исходного рабочего давления в магистралях, которые формируют ГС. Причем наложение на рабочее номинальное гидродавление, в общем случае различное для ГС 1 и ГС 2, пульсаций давления определенной амплитуды и частоты способно существенным образом повысить антицеллюлитный и неинвазивный эффекты применяемых встречно-наклонных ГС, а также величить их стресс-тренинговую способность. Организация этих вариаций параметров ГС осуществима несколькими конструкторско-технологическими приемами: управляемым изменением расхода ГС путем механического «пережимания» гибких гидромагистралей, установкой автоколебательных гидроустройств типа резонаторов Гельмгольца и т.д. Причем общим отличием можно считать энерговариативную пульсацию скорости ГС, которая характеризуется определенным законом изменения во времени: синусоидальным, импульсно-дискретным и т.д. вплоть до случайных вариации уровня и флуктуаций продолжительности гидродавления с помощью специальных генераторов. Кроме того, дополнительную изменчивость воздействию ГС можно обеспечить их осциллирующим угловым перемещением в пределах вышеописанного интервала изменения  причем интервал между гидрофлуктуациями также может изменяться случайным образом.
Таким образом, третье отличие связано с дополнительным закономерным и/или случайным изменением энергетических и геометрических характеристик ГС, в том числе их температуры, а также вариациями времени их флуктационного воздействия и интервалами между этими вариациями гидродавления (скорости) и/или других функциональных параметров ГС. Данная вариативность ГС обеспечивает синергетическое повышение результативности осуществления двух первых отличий заявляемого способа, так как его реализация направлена на увеличение динамичности МТ в разделительном упругом валике, сформированном из них массажными гидроструями. Причем наиболее технически реалистично с точки зрения обеспечения высокой динамичности ГС, налагать на стабильное давление в подводящих магистралях флуктуации гидродавления. Эти флуктуации могут изменяться периодически или апериодически, иметь различные уровневые значения и т.д. Однако основным отличием следует считать непрогнозируемость времени появления данных флуктуаций, продолжительности их действия и величины изменения вариации гидродавления в пределах одной и/или совокупности ГС. Именно непрогнозируемость параметров гидровоздействия на организм пациента обеспечивает максимальный по эффективности его стресс-тренинг в процессе гидромассажа.
Дополнительные отличительные признаки связаны со следующими утверждениями. Во-первых, основываясь на том факте, что количество у человека холодовых рецепторов значительно больше, чем количество тепловых рецепторов, то для увеличения степени ощущения контрастности гидромасажа необходимо чтобы количество (концентрация сопел, отверстий и т.д.) холодных и горячих струй были пропорциональны концентрациям терморецепторов на холод и тепло на поверхности тела массируемого.
Во-вторых, учитывая тот факт, что тепловые рецепторы расположены глубже холодовых от поверхности тела человека, то для обеспечения равенства термотактильного воздействия на массируемый участок тела гидромассажных струй необходимо выполнение соотношений вида:
где ,  - соответственно гидродавления горячей и холодной струй воды;  и  - соответственно глубины залегания тепловых и холодовых рецепторов;  - упругость поверхности тела человека (Па/мм).
Фактически (5) и (6) отражают условие одинакового достижения терморецепторов как струями горячей, так и струями холодной воды. Это условие является следствием примерно линейной зависимости между глубиной «вмятины» на теле массируемого и величиной гидродавления струи, обеспечивающей формирование данной упруго-восстанавливаемой вмятины (лунки). Подстановка в (5) и (6) значений , а  после элементарного преобразования дает указанный в формуле изобретения интервал превышения над : или
Холодовые рецепторы располагаются в поверхностных слоях кожи (на глубине 0,16 мм), общее их число достигает 250 000. Тепловых рецепторов значительно меньше - около 30 000. Они располагаются в более глубоких слоях кожи, в среднем на глубине 0,3 мм (Физиология анализаторных систем для студентов КРИ: учеб.-метод. пособие / В.А. Лавриненко, А.В. Бабина. - Новосибирск: 2015. -124с).