Производители аппаратов для групповой криогенной физиотерапии (криотерапии) в своих рекламных материалах особое значение придают степени сухости, поступающего в процедурную кабину воздуха. "Криотерапия сухим холодным воздухом" преподносится как высококачественно новая процедура. Создается впечатление, что позитивные последствия повышенной сухости воздуха настолько высоки, что оправдывают 20 кратную разницу в цене с аналогичными по лечебному действию аппаратами. Может возникнуть ощущение, что для достижения лечебного эффекта сухость воздуха в криотерапевтической кабине важнее температуры. В действительности сухость воздуха никакого значения не имеет.
Известно, что при низких температурах воздух в принципе не способен переносить технически значимое количество воды. Чем ниже температура воздуха, тем меньше паров воды. Зависимость содержания паров воды в воздухе (абсолютная влажность гр/кг) от температуры приведена на рисунке 1. Из графика видно, что охлаждение воздуха от 20 до -30 0С снижает содержание паров воды в 70 раз. При температуре -60 0С паров воды в воздухе 35 раз меньше чем при -30 0С.
Для того чтобы понять, сколько малые количества воды могут находиться в воздухе при низких температурах, можно сказать, что при t=-60 0С , в воздухе содержится всего одна молекула воды на миллион молекул воздуха. Но и это еще не предел, при -100 0С воздух в 800 раз суше чем -60 0С. Трудно даже мысленно представить столь малые концентрации, а о влиянии примесей воды на свойства воздуха говорить вообще не приходится.
Рис. 1 Снижение содержания паров воды при охлаждении воздуха.
Обсуждая вопрос о наличии или отсутствии у криотерапии сухим холодным воздухом потребительских преимуществ надо решить, что производители групповых криотерапевтических комплексов понимают под термином сухой воздух. В принципе возможны два варианта: сухой воздух, это воздух с пониженным содержанием воды или воздух прошедший специальную осушку.
Как видно из графика 1 , охлаждение газа неизбежно сопровождается снижением его влажности.
Рис. 2 Изменение влагосодержания воздуха при охлаждении от -120 до -1300С.
Учитывая различия в значении температуры газовой среды подаваемой в групповые (от -110 до -120оС) и индивидуальные кабины (не более -130оС), воздух в групповых криотерапевтических комплексах содержит гораздо больше паров воды (см. рис 2). При снижении температуры -120 до -1300С влагосодержание воздуха уменьшается в 10 раз, а воздух охлажденный до -1500С уже в 1000 суше, чем при -1200С. Утверждения об особенной сухости воздуха и связанных с ней потребительских преимуществах групповых комплексов беспочвенны.
Может быть, в групповых системах воздух проходит дополнительную осушку? Хотя производители об этом не говорят, можно оценить принципиальную возможность предварительной осушки газа, направленного в процедурную кабину. Для дополнительной осушки газовых потоков можно предложить только один способ- поглощение воды адсорбентами (гранулированными высокопористыми материалами). Но, адсорбционная осушка применима только в том случае, когда газовый поток имеет повышенное давление (не менее 5 МПа). В современных криотерапевтических комплексах такие условия отсутствуют. Так как газ циркулирует между кабиной и системой охлаждения, для его сжатия потребовалось бы многократно усложнить технологию криостатирования.
Значит, получение "сухого холодного воздуха" основано только на вымораживании воды при охлаждении. И все доводы о действительном содержании воды в групповых кабинах справедливы.
Повышенное внимание, уделяемое сухости воздуха, основано на бытовом опыте, полученом при контакте с низкими температурами природного уровня. Действительно, при температурах выше -200С абсолютная влажность воздуха достаточно высока, поэтому относительная влажность газа (степень насыщения воздуха водой) существенно влияет на субъективные ощущения. Во влажном климате Санкт-Петербурга при температуре -200С в 1м3 воздуха будет содержаться 0,9 гр. воды (относительная влажность 100%).
При той же температуре в Якутске воздух может оказаться в два раза суше (относительная влажность 50 %). Те, кто посещал эти города в зимнее время, на собственном опыте изучили способность паров воды увеличивать потери теплоты. Но, если газ имеет температуру ниже -600С, паров воды в нем настолько мало (0,011 гр./м3), что его теплоёмкость и теплопроводность не зависит от относительной влажности.
Но всё же, остаётся ещё один способ переноса воды в низкотемпературных газовых потоках - миграция кристаллов замерзшей воды в виде инея и снега. Молекулы воды, в ходе кристаллизации, образуют сложные пространственные конструкции с высокой парусностью. При быстром снижении температуры воздуха, снежинки получаются очень мелкими и легко перемещаются по каналам комплекса. Может быть, в групповых кабинах созданы условия для улавливания твердой воды? Для ответа на это вопрос надо сравнить процессы выделения и переноса инея в групповых и индивидуальных комплексах.
Основным источником поступления воды в зону криотерапевтического воздействия является пациент. Вода содержится в выдыхаемом воздухе и испаряется с поверхности тела. В групповых комплексах вода попадает в объем кабины, как от дыхания, так и с поверхности тела. В индивидуальных криотерапевтических кабинах пациент дышит атмосферным воздухом, поэтому влага от дыхания в объем кабины не поступает. Источником поступления воды является только кожный покров, причем, как показывают визуальные наблюдения кожа, высыхает за первые 30 с процедуры.
Оценить количество влаги поступившей в объем с кожного покрова крайне трудно, так как условия выделения пота при сверхнизких температурах никто не исследовал. В тоже время этот источник воды присутствует в обоих случаях, поэтому им можно пренебречь. Гораздо большее количество влаги поступает при дыхании пациента в объеме кабины. Этот источник воды присутствует только в групповых комплексах, поэтому надо оценить способность охлаждающей аппаратуры удалять иней из объема кабины.
Компрессионный охладитель (см. рис. 3) работает по замкнутому циклу. Воздух из кабины отбирается в теплообменник - воздухоохладитель, где его температура понижается на 10-200С. После охлаждения газ вновь возвращается в кабину с пациентами. Охлаждение приводит к тому, что часть воды вымораживается на поверхности теплообменника и воздух становится суше.
Процесс идёт при температуре ниже -1000 С, поэтому способность воздуха переносить воду в виде пара, крайне мала.
Например, в потоке, отводимом из кабины, (t= -1000С) содержится 8,26?10-3мгр/кг паров воды, после охлаждения в теплообменнике до температуры -1200С, абсолютная влажность воздуха снижается до 8,13?10-5мгр/кг. Практически вся вода из потока должна остаться в теплообменнике, но количество вымороженного пара ничтожно мало. Твердая вода не удерживается в теплообменнике и может вернуться в кабину в потоке воздуха. Сравним количество вымораживаемой и выдыхаемой воды.
Исходя из мощности электропривода компрессионного охладителя (20 КВт) и степени переохлаждения воздуха в теплообменнике, расход воздуха через процедурную кабину составляет 0.1-0.2 кг/с. За 4 минуты процедуры через кабину с пациентами пройдет от 30 до 60 кг воздуха. С учетом лагосодержания воздуха при температуре -1000С (см. рис 1), поток сможет вынести из кабины сможет вынести из кабины не более 0,5 гр. воды.
Значительно больше воды поступает в объём кабины от дыхания пациентов. Следует учесть, что для защиты внутренних органов от обморожения, пациенты дышат воздухом через матерчатый фильтр - респиратор. При выдохе - ткань респиратора становится центром конденсации воды из воздуха; при вздохе - влажная ткань согревает воздух и охлаждается сама. Фильтр снижает массу поступающей в кабину воды. За 4 минуты процедуры, пациент делает до 80 выдохов, общим объёмом 40 литров. Пять пациентов выдыхают примерно 0.2 м3 влажного воздуха, в котором изначально содержится до 400 гр. воды.
Рис. 3 Распределение водяных паров поступивших в кабину при дыхании пациентов.
С учётом охлаждения при контакте с материалом респиратора, в объём кабины воздух поступает с температурой около +50С. Тогда 0,2 м3 воздуха вынесут в кабину до 10 грамм водяного пара. Кабина объемом 8 м3 может содержать в виде пара не более 0,0015 мг воды, поэтому пар тут же превратиться в мелкие снежинки (ледяной туман). Циркулирующий поток выносит за процедуру всего 0,5 гр. воды, следовательно, 9,5 гр. останутся в кабине.
Очевидно, что конструкция групповых комплексов не обеспечивает удаление воды поступившей от дыхания пациента. От процедуры к процедуре количество инея в кабине и коммуникациях должно нарастать, для удаления водяного конденсата после окончания работы комплекса, необходимо проводить мероприятия по очистке комплекса от твердой воды. И действительно, в технологическом цикле комплекса предусмотрен режим размораживания, продолжительностью 2-3 часа, который позволяет освободиться от накопившейся воды.
Индивидуальные комплексы с азотным охлаждением (см. рис. 3) работают по разомкнутому циклу, так как часть газа проходящего через процедурную кабину отводится в атмосферу. Количество удаляемого газа определяется расходом жидкого азота в системе охлаждения и составляет 1,5 - 2 кг/ мин. Циркуляционный поток через кабину составляет 0,1 - 0,2 кг/с (60- 120 кг/мин).
Всего за время процедуры (3 минуты) через кабину проходит до 350 кг теплоносителя. Мощные газовые потоки создают условия для переноса инея образовавшегося при испарении пота в атмосферу (10%) и в блок охлаждения (90 %). Условия азотного охлаждения таковы, что в контактном теплообменнике снежинки интенсивно орошаются жидким азотом. При смачивании жидким азотом парусность инея снижается. Смесь жидкого азота и инея оседает во внутренних полостях охладителя.
Влага, поступившая с кожи пациента, быстро удаляется за пределы процедурной кабины. Визуально видно, что через 30-40 секунд после начала процедуры ледяной туман исчезает, и кабина просматривается до самого дна. Способность эвакуировать воду настолько высока, что пациенты могут заходить в кабину сразу после бассейна, с мокрой кожей. Все равно через 40 с кожа высыхает, а газ в кабине очищается от ледяного тумана.
Приведенный анализ показывает, что по всем определяющим влагосодержание газа параметрам в зоне криовоздействия групповые системы значительно уступают индивидуальным комплексам с азотным охлаждением.
Потребители криогенной физиотерапевтической аппаратуры, могут легко оценить степень сухости воздуха в кабине. Если через некоторое время после начала процедуры туман пропадает, охлаждающая аппаратура справляется с удалением влаги. Если ледяной туман держится постоянно, все разговоры о предварительной осушке воздуха лишены всякого физического смысла.
В заключение несколько слов о локальной криотерапии сухим воздухом при -300С. Во-первых при столь высокой температуре газа получить криотерапевтический эффект просто невозможно. Температуры уровня -300С типичны для зимнего климата многих районов России, но, случаи лечения болезней природными воздушными ваннами с температурой -300С ни кем не описаны. Если температура газа выше -1300С процедура в принципе не дает криотерапевтического эффекта. А вот влажность воздуха при температуре -300С будет достаточно высокой, так как воздух осушается за счет вымораживания влаги при охлаждении и относительная влажность его 100% . Таким образом, ни криотерапии, ни сухого воздуха в аппаратах с температурой -300С просто нет.
Ученые научились делать клетки кожи на 30 лет моложе
Исследование: прием Виагры может лишить мужчину зрения
Ученые выяснили, чем могут заболеть хозяева, которые редко моют миску своих собак
Почему нельзя смотреть на часы, когда вы не можете заснуть?
Найден череп человека, которому в I веке н.э. была проведена первая в истории операция на ухе
Ученые выяснили, могла ли косметика XVIII века убивать женщин