Пелоиды. Биология и Физика
/Образование гумуса (Гумификация)
/Химические свойства
/Способность к рассеиванию
/Гумус
/Эрг
/Восстановление использованных пелоидов
/Обогащенные минералами нижние слои торфа
/Грязи
/Физика
/Физические константы пелоидов
/Определение физической константы
/Ссылки
Пелоиды состоят из гумуса и минералов, которые образовываются в течение долгого времени под влиянием физических, химических, биологических и геологических процессов. В лечении они используются или в своём естественном состоянии или же после ферментации (брожения). Они применяются как горячие примочки или как ванны. Иногда они используются внутренне. Из многих предложенных классификаций мы рассмотрим только наиболее важные: гумолиты и грязи. В гумолитах, органическом веществе, в основном преобладает компонент гумус.
Самыми важными гумолитами является торф верхних и нижних слоёв. Хотя торф верхних и нижних слоёв можно различить по его характеристикам, иногда он обладает настолько схожими характеристиками, что их правильное разделение становится довольно сложным. Поэтому, часто, чтобы классифицировать торф, нам необходимо знать место его происхождения.
В верховых торфяных болотах обычно содержатся мхи (Сфагнум, Гипум, Дрепаноклад, Камфотон и Кратоноурон) и явнобрачные растения (Семенные растения, Эриофит, Трихофит, Брусничные и Шеуцерия).
В нижних слоях торфа содержатся Фагмиты, Осока, Хвощ болотистый, Хвощ илистый и Ирис. В этих слоях также могут быть Зелёные мхи, Дрепаноклад, Камфотон и Кратоноурон.
Характеристики пелоидов также зависят от влажного вещества и от местной горной породы. Иногда горизонтальные слои верхового и нижнего торфа чередуются, тем самым указывая на то, что во время их образования произошли значительные климатические изменения. Где пелоиды залегают естественно, там вода и почва богаты микрорастительностью, а также макрорастительностью. Хотя многие люди и считают, что микробы отвратительной мерзостью за их внешний вид, не понимая их многообразной и микроскопической красоты. Микробы это главный фактор в развитии лечебных качеств осадочной породы. Пелоиды не могут образовываться без участия определённых микроорганизмов.
Образование гумуса (гумификация)
Термин разложение органических веществ в образовании гумуса может применяться правильно только по отношению к физической структуре растительных веществ. В книгах, напечатанных какое-то время назад, подчёркивается значение анаэробной среды в процессе развития гумуса, но сейчас мы знаем, что окисление (“частичное поступление кислорода”) необходимо для процесса гумификации. Когда-то образовался гумус, его сохранность и накопление зависит от анаэробиоза. Количество гумуса в почве будет зависеть от баланса между его образованием и его минерализацией (окислением).
Химические свойства
Экстракты пелоида обладают восстанавливающими свойствами. Возможность окисления-восстановления гуминового вещества приблизительно соответствует процессу окисления-восстановления аскорбиновой кислоты. Помимо несвязанной воды в твёрдых химических соединениях есть связанная вода, а также коллоидная гидратация. Капиллярная вода передвигается с большей лёгкостью, а вода в пространстве диаметром более 1мм абсолютно несвязана. Серу можно представить простой формулой. В классификации пелоидов важную роль играют количество и качество неорганических компонентов (зола). Минералы поступают в состав пелоидов как из-под земли, так и с её поверхности. С окружающей территории они вымываются в слой пелоидов. Также в слой пелоидов возможно попадание атмосферных частиц путём смывания. К рассеянным элементам, которые были обнаружены в пелоидах, относятся бор, кобальт, медь, йод и марганец.
Способность к рассеиванию
Для того, чтобы оценить биологические характеристики пелоидов, нам необходимо знать форму и степень проникновения в них химикатов. Требуется рассмотреть назначение пелоидов как ионообменного фильтра (ионита). Слой Пиестани минеральной воды с 50 – 100 микро кюри P32 находился поверх пласта грязи Пиестани в тонкостенной пробирке с минимальным воздействием (турбулентность) на поверхность грязи. Измерения показали, что фосфаты проникают в грязь лишь в незначительном количестве; то есть на уровень 50мм. За 28 дней проникло только около 0,05% растворённого фосфата. На поверхностном слое активность была в 40 раз больше активности воды, а на глубине от 2 до 4 мм она была в 7 раз больше (34). Это соответствует опытам по проникновению фосфатов в озёрные отложения и их осадков в виде трёхвалентного железа. Таким же образом мы (33) провели опыты по проникновению фосфата и железа в верхние слои торфа и обнаружили, что эти вещества активно проникают в данные слои.
Гумус
Самыми важными органическими компонентами пелоидов являются гумусные вещества, гуминовые и фульвеновые кислоты. Изучением этих компонентов занимались Ваксман (43), Кононова (24) и Флейг(15). Для того, чтобы изучить влияние частиц гумуса на организмы, мы начали проводить обычную гумификацию радиоактивных пластин сахарной свеклы (Beta saccharifera) и получили радиоактивные вещества с помощью обычного процесса щёлочного извлечения. Когда пластину протирают каплями раствора или очищают щётками с помощью ланолиновой пасты, содержащей радиоактивные частицы гумусных веществ, тогда спирт и эфирорастворимые части проникают в васкулярные узлы пластин. Активные компоненты гуминовой кислоты не распространяются, то же самое относится к фульвеновым кислотам, которые в некоторых растениях не проникает через ткань, хотя при этом в других растениях они распространяются на расстоянии нескольких сантиметров. Мы не можем повторить этот эксперимент на шкуре животных.
Эрг
Эрг- это вещество биологически активное при очень низких концентрациях. Некоторые из веществ, присутствующих в пелоидах, могут воздействовать на клетки тела при нанесении на кожу. Эти вещества могут стать более значимыми, если их добавлять в торфяную воду нижних слоёв или принимать как торфяное лекарство. Некоторые авторы главными компонентами более ценных пелоидов считают стимулирующие средства, хотя это до сих пор не доказано научно. В некоторых видах торфа были обнаружены гормоны. Если не считать эстрогенные вещества, то их изучению уделяется мало внимания. К тому же немного известно о содержании витаминов в пелоидах. В пелоидах экстракты, содержащие дихлофенол-индофенол тетраебл аскорбиновой кислоты, разрушаются гораздо быстрее под действием водного раствора аскорбиновой кислоты в соотношении примерно четыре к одному. Крупное месторождение Биченосцы Эвглена (Технология изменения прослоек, E thinophila Skuja) обнаружено в торфяной воде нижних слоёв на французском курорте, где имеется витамин B 12. О том, что почва разлагает перекись водорода, стало известно, только после появления сообщения Хоффманна (21), о том, что активно стало проводиться исследование фермента кипения; и до сих пор есть кое-какие сообщения по исследованию фермента пелоидов. Растительные обломки корней и зелёных частей на различных этапах гумификации менее важны при производстве ферментов, чем те, которые связаны с микробиологией.
Существует две каталитические характеристики пелоидов. (1) Неорганические компоненты пелоидов или же активная поверхность могут разлагать некоторые субстраты и (2) активные ферменты по-другому влияют на различные субстраты. Покорна (32) исследовала одиннадцать видов ферментных расщеплений в пелоидах, но пока что опубликованы только результаты, касающиеся каталаза. Каталитическая активность пелоидов вытекает не только из ферментного действия каталаза, но также и из каталитического расщепления соединением железа и марганца или веществ с активной поверхностью. Активность каталаза уменьшилась на малой глубине в верхних слоях торфа (сфагнум - торфяной мох), а также в нижних слоях торфа (болотистых). Активность каталаза живого сфагнума падает наполовину, после чего он отмирает, а в торфе он уменьшается до размеров зуба. Грязи растворяют перекись водорода быстрее, чем гумолиты, но это не ферментное расщепление. Чтобы сделать возможным исследование пелоидов с высоким содержанием солей, в составе которых есть железо, влияние этого железа можно устранить при помощи комплексона. Окислительные реакции были отрицательными, положительными в грязях; также как и в грязях, эти реакции были положительными в гумолитах. Анализ дегидрогеназа (трифенил тетразоль) дал отрицательный результат, за исключеним того, что в грязях Пиенасти он был положительным. Этими результатами можно воспользоваться для регулировки процесса созревания грязи. Другими способами различные виды пелоидов расщепляли трибутирин. Затем активность в сухих образцах породы была снижена и полностью остановлена при нагревании до 95ºC Можно предположить, что в пелоидах содержится липаза. Аспарагиназа и уреаза обнаружены не были. Протеолитическая активность была очень низкой. Даже если принять во внимание активную подготовку пепсина у торфа, то тем неменее над его деятельностью осуществлялся контроль. Это можно учитывать при лечении пептической язвы при помощи пелоидов.
Все пелоиды обладают амилолитическими свойствами; в грязях меньше, чем в гумолитах. Исходя из их инактивации, возможно, что они осуществляют ферментную деятельность. Гумолиты обладают большой способностью для инвертирования сахарозы, в грязях она значительно ниже. Термолабильность указывает на фермент; однако, кислотные пелоиды при реакциях окисления гидролизуют сахарозу. Целлюлитическая энерния есть почти во всей почве; однако в гумолитах даже спустя месяц во время аэробиоза были получены отрицательные данные. Анаэробное разложение показало явные различия между верхним слоем торфа, который остался в инертном состоянии, и нижним слоем торфа, который растворился за период от четырёх до четырнадцати дней. Добыча кобальта 2 изменилась, но в грязях его количество составляет только четверть от производимого количества в гумолитах. Образцы хранились в тёмных бутылках больше года, и изменения наблюдались только в каталитической активности. Так как каталитическая активность очень восприимчива, то она может действовать как сенсорный индикатор изменений, происходящих в пелоидах, и характеристик самих пелоидов. Иногда даже аминокислоты рассматриваются как стимуляторы (полезные вещества). Мы очень мало знаем о структуре азота в пелоидах, но так как нам многое известно об азоте в почве, то вероятно мы можем экстраполировать эти данные. Большинство растений, которые произрастают на торфяных болотах, богаты дубильными минералами и гликозидами (Брусничные, Вересковые). Манскаджа и Дроздова (29) дали описание компонентам гликозидана, находящегося в мембране мха (сфагнума). Эти компоненты могут быть биологически очень эффективны, но их детерминация и расщепление из гумусных комплексов полифенольного свойства представляет собой сложную химическую задачу. Нам известно очень мало о содержании алкалоидов в пелоидах.
Восстановление использованных пелоидов
Некоторое время назад исследователи заинтересовались вопросом регенерации использованных пелоидов (19, 23). Но до сих пор по этому вопросу нет достаточных научных знаний, возможно потому, что нам неизвестны все условия процесса, при котором происходит естественное образование пелоидов, и поэтому мы не можем воспроизвести эти самые условия. Это непросто и на это уйдёт много лет, так как мы не можем понять из быстро распространяющихся торфяных болот и непрерывного образования слоёв гумуса в лесах этот процесс. Пример недавнего образования гумолита можно наблюдать на грязях Либисани недалеко от курорта Богданек. После добычи торфа нижних залежей, в течение двенадцати лет в месторождениях образовались новые слои.
Опыт был проведён с образцами верхнего торфяного мха Сфагнума Cuspiadatium из слоя, находящегося под живыми растениями пустой породы, но этот мох был расщеплён не морфологически, а его положили в бутылку. Через две-три недели на поверхности образуется тёмная полоса 5-10 мм . Спустя четыре месяца этот мох был исследован. Результаты представлены в Таблице 2. Из этой таблицы видно, насколько быстро гумификация может возобновляться в морфологическом (разложение ткани), а также химическом направлениях (образование гумусного вещества). Мох Drepanocladus получал влагу, так же как и Сфагнум. Таким образом, возможности образования нового активного гумусного вещества возникают, если мы можем удовлетворить требования для его развития. При условии, что ежегодное увеличение составляет примерно 1-2 см. В верхних слоях торфа, как изложено в литературе, очевидно, что это увеличение активных веществ может изменить свойства постепенно восстанавливающихся пелоидов. Один из самых важных вопросов по разработке торфа- это вопрос роста живых растений и их постепенной гумификации после разложения в слоях возле поверхности. Эти слои всегда должны быть покрыты живыми растениями. Под давлением их веса они медленно опускаются в глубокие слои воды и попадают в окружение анаэробных условий, которые сохраняют гумус, образовавшийся на поверхностных слоях. Перед применением пелоиды нагревают: зачастую под струёй горячей воды их перегревают. Влияние микрофлоры в некотором смысле ещё не определено.
Обогащённые минералами нижние залежи торфа
Обогащённые минералами нижние залежи торфа представляют собой гумолиты, которые подземные источники обильно насытили растворимыми солями, которые подвергаются процессу эрозии, обычно окислением пиритов и также железом или сернистым железом. Созревание феросульфидов- это физиохимический процесс, но даже здесь параллельно продолжаются биологические процессы.
Грязи
Грязи, так называемые грибы, это преимущественно минералы, содержащие только около2-4 процентов органических веществ, которые, тем не менее, играют важную роль при использовании их в лечебных целях. Минеральные грязи можно получить в тёплой (Piestany) или холодной (Smraky) минеральной воде с помощью сложных биологических процессов, связанных с окислением и восстановлением в сравнительно короткий срок от 6 до 12 месяцев, но только при наличии органических веществ (26). Самым важным из органических веществ являются сине-зелёные водоросли (Cyanophyceae), но другие водоросли и растения тоже входят в состав грязей. В Пиенасти они содержат зелёные водоросли Chara pistienensis и сине-зелёные водоросли Oscillatoriaceae. Мы (13) показали, как примесь таких органических веществ может ускорить процесс созревания грязи. Ход созревания грязи характеризуется изменениями в электрическом потенциале. Среднее значение зелёного осадка грязи Пиенасти или коричневой невызревшей грязи рукава реки Ваг имеет +50 мВ. В ходе созревания происходят потенциальные изменения от 150 до 200 мВ, и коричневая грязь становится чёрной благодаря термофильной деформации бактерии десульфации, которая уменьшает соотношение сульфатов к сульфидам. В питательном растворе Баара чёрный сульфат железа появляется через 48 часов после культивации (14). Этот процесс сопровождается изменением окислительно-восстановительного потенциала с +350 мВ минимум до -250мВ. И до состояния устойчивости в пределах-250 и -50мВ. Если к культурной среде прибавляются органические вещества, такие как сухие обломки сине-зелёных водорослей (Mastigocladus) или зелёные водоросли, такие как Хара, то восстановительный процесс ускорится пропорционально количеству добавленных органических веществ. Если контроль над потенциалом системы меняется с положительного на отрицательный примерно за 25 часов, то в системе с органическими веществами минимальный потенциал достигается за 40-50 часов, этих показателей можно достигнуть за 5-15 часов и 15-20 часов соответственно (12). Природная грязь Пиестани постоянно попадает в естественные водоёмы благодаря минеральной воде из источников, тогда как органические вещества из дикорастущих растений постоянно поступают в поверхностный слой. Таким образом, процесс созревания грязи противоположен процессу созревания нижних слоёв торфа, содержащих серу и железо.
Физика
Если размер частиц пелоидов больше 0,05мм (песчинки, кварц, силикат и тяжёлые минералы различных размеров и форм с отдельной зернистой структурой), то они соединяются в так называемая неправильная связь. В мокрых песках частицы прилипают друг к другу благодаря адсорбированной воде, поступающей из-за поверхностного давления воды, когда эти частицы сухие связь прерывается. В этом случае, объём пор меньше объёма твёрдых частиц. Если размер частиц меньше 0,05 мм, но больше 2 единиц (мелкий песок, крупная глина, микроскопические части растении), то тогда это сотовая структура и правильная связь. Молекулярные силы частиц крепче их гравитации; однажды притянуты, они приклеиваются друг к другу и прикрепляются к своему месту, образуя прямые трёхмерные цепи. В этом случае объём пор больше объёма твёрдых частиц.
Частицы размером меньше 2 единиц (частицы физической глины, такие как частицы каолина, монтмориллонита, глиняной слюды, хлорита, аллофана и частицы гумуса, такие как лингнин, лигноцеллюлоза, целлюлоза и другие органические вещества) образуют пористую коллоидную структуру, которая появляется тогда, когда у всех частиц одинаково маленький электрический заряд, а жидкость наоборот должна быть заряжена. Такое явление (катафорез) встречается в природе в верховом торфе, в котором содержание минералов незначительно. Этот гумус и другие органические вещества содержат меньше всего нейтрализовано активных центров: они отталкивают друг друга. В пелоидах на жидкой фазе, отрицательный заряд гумусной глины и других частиц нейтрализуют катионы. Если нейтрализованные (электронейтральные) частицы сталкиваются, они прилипают друг к другу и образуют хлопья, которые формируют сотовую структуру второго порядка (пористую). Объём пор больше объёма твёрдых элементов. Частицы меньше этих по размеру можно рассматривать как растворенные в грязевой воде.
Воду, застывшую на твёрдой фазе, можно разделить на (1) воду в ионном состоянии (OH), гидроксильную или органическую воду и (2) воду в молекулярном состоянии( H2O), на которую оказывается химическое или физическое влияние (сорбционная вода, капиллярная вода, осмотическая вода или гравитационная вода [влага]). Ионная вода встречается в кристаллической решётке минеральных частиц кристаллов и в конце концов в органических частицах в форме групп OH на геометрически разделённых центрах. Ионная вода соединена крепче, чем молекулярная вода, которая находится под давлением электрических зарядов. Молекулярная вода, на которую оказывается химическое давление, может вести себя, как и твёрдое вещество в глиняных минералах (2); катионы могут быть соединены по средствам хемосорбции. Сорбционная вода (адсорбированная = гидроскопическая + связанная) соединяется молекулярной силой на молекулярном слое нескольких пластов на поверхности коллоидов и кристаллов. Сорбционная вода может вести себя также как и твёрдое тело, так как она формирует ту часть капиллярной воды, которую поглощают стенки капилляров. Капиллярная вода ведёт себя как жидкость в порах; она попадает в капилляры в основном через капиллярную конденсацию пара.
Осмотическая вода ведёт себя как жидкость в порах; она реагирует на изменения давления, температуры и влажности. Гравитационная вода действует как жидкость и полностью отделяется сжатием или другими видами давления. Между видами молекулярной воды не существует резких границ, то есть между сорбционной, капиллярной, осмотической или гравитационной водой, которая поступает при полидисперсности поставляемых компонентов пелоидов. Вода может поступать в поры крупного размера или по капиллярам или по осмосу. На капиллярность мелко зернистых пелоидов влияют сила трения и гравитация. В пелоидах с содержанием воды равным их водному числу присутствует не только гравитационная вода. Даже в природе гравитационная вода вытекает из пелоидов по гидравлическим и гидромеханическим законам. Таким образом, как показано в Таблице 3 пелоиды проходят дегидрадацию и дегидроокислирование, сухие вещества меняются. После потери молекулярной воды, очень сложно регидрировать глину, а в галлуазите этот процесс вообще невозможен (40). Их дегидроокисление необратимо и оно руководит их структурными изменениями. Сложно провести регидратацию частиц гумуса; после частичной потери капиллярной и осмотической воды они неполные, и как видно из чертежа 39 в нижних слоях торфа происходит уменьшение массы осадка, размера набухания (X) и объёма воды в нижних слоях торфа, как видно из чертежа 39. Частицы гумуса набирают массу при дегидратации, которую можно определить как инвертированный процесс уменьшения объёма известного явления смешиванием двух жидкостей.
Удельный объём сухого верхового торфа составляет примерно 0,760; уменьшение объёма 0,08 или 10,5%. Чем больше его высушивают, тем сложнее становится регидрировать этот торф, так как уменьшается степень пористой структуры и поры наполняются воздухом, а в конечном итоге водой из-за капиллярной конденсации в порах. Вода почти не увлажняет торф и поэтому для этой цели больше подходят газы. Образование сухих пелоидов и их соединение с жидкостями и газами будет зависеть от места образования сухих веществ и от их взаимодействия с атмосферным воздухом и водой. В жидкой среде, поры наполняются осмотической, капиллярной и гравитационной водой, чем больше поры, тем более важную роль играет сила тяжести. Капиллярные эффекты прекращаются в однородном осадке, содержащим гранулы размером больше 2,5 мм, но сами пелоиды не входят в состав этой массы.
Физические константы пелоидов
Термин “твёрдые элементы” пелоидов означает то, что остаётся после того, как на пелоиды воздействовали до полного высыхания температурой равной 105°C. Чтобы определить содержание золы пелоиды подвергают воздействию температурой равной 850°C (5,6,7,10,14,19,40). Способность удерживать воду означает максимальное количество воды, которое будет содержать 1 грамм сухих пелоидов в своём естественном состоянии (Объём воды, H). На чертеже 40 указаны показатели воды для различных пелоидов. Понятно, что когда увеличивается содержание золы, показатель H падает. Показатель H сильно меняется особенно у торфа (горючих пелоидов); это связано с предшествующей сушкой (чем дольше происходит процесс сушки, тем ниже вода; H снижается при гумификации). Говорят, что у пелоидов с содержанием воды равным объёму воды нормальная консистенция. Если воду добавить к пелоидам, чтобы увеличить их объём воды, то тогда выделяется жидкость. Если добавленную воду энергично размешать в пелоидах, то твёрдая структура разрушается и по закону Стока частицы оседают; потом они снова соединяются в более крупные связи. В порах вновь образованного осадка обычно содержится больше воды, чем в порах в их первичном состоянии. Пространство, которое занимает 1 грамм твёрдого вещества в пелоидах в естественном состоянии, является осадочной массой. В верховом торфе этот показатель может достигать 45 см. Или же наоборот снижаться до 15см. Обычно у неорганических грязей эти показатели колеблются от 2 до 4 см. Вообще объём осадка обратно пропорционален содержанию золы. Обычно набухание представлено как соотношение объёма осадка к объёму сухих веществ в естественном состоянии. При изготовлении компрессов, косметических масок, тампонов и препаратов для продажи проводятся тесты на пластичность. Верхний предел разжижения указывает на переход из вязкого в кашеобразное состояние. Разница между этими двумя показателями называется показателем пластичности. Тесты на пластичность показывают лишь приблизительно реологические свойства пелоидов. Тиксотропия, уменьшение вязкости, вызванное механическим перемешиванием и её увеличение при прекращении этого перемешивания, тоже указана. Увеличение вязкости под влиянием тепла и её уменьшение также являются реологическими свойствами. Оствальд (30) обнаружил в процессе вискозиметрии, что гелевые структуры гуминовых кислот пептизируются при замораживании и кипячении. Брозек получил точно такие же результаты, когда он измерил вязкую структуру гуминовой кислоты суспензии геля при температуре от 20°C до 80°C и сульфата железа нижних слоёв торфа повторным воздействием пара. Хинзельманн и Лапке (20) наблюдали это явление в неорганических грязях при измерении их пластичности при температуре от 18 до 50°C. Соуси (40) описал относительную вязкость Киссингенских нижних слоёв торфа, содержащего 80% воды при температуре 20°C, текучести в 0,00025 см/с., 2,21 x 10 сантипауз. Показатель вязкости в единицах снижается каждый раз при добавлении воды, при нормальной консистенции единица торфа равна примерно 100 единицам воды. На чертеже 41 показан удельный вес твёрдых элементов пелоидов. Показатель PO увеличивается, так как увеличивается содержание золы. Большие колебания в торфе зависят от степени гидратации твёрдой фазы (чем больше гидратация, тем меньше PO) и от этапа гумификации (чем выше гумификация, тем выше PO). Вес водных пелоидов (p) зависит от содержания воды и его можно вычислить по формуле, указанной на странице 269. на чертеже 42 приведены показатели некоторых пелоидов; гидростатическая преспроводимость пелоидов с содержанием воды равным их среднему объёму воды приведена на чертеже 45. Формула удержания тепла R=cX p² была введена в бальнеологию Левисом (28) и она выражает скорость, с которой температура на кубическом сантиметре пелоидов упадёт на 1 градус, если увеличение температуры нагревания за секунду будет равно числу калорий, получаемых при сгорании. К тому же это ещё и обратная величина коэффициента теплопроводимости (2/cZp), значение которого заключается в том, что ассиметричное распределение тепла в среднем пропорционально его проводимости и обратно пропорционально его теплоёмкости. На чертеже 45 показана эта взаимосвязь для нескольких жидких пелоидов. R (способность удерживать воду) пелоидов возрастает по мере увеличения в них содержания воды и её показателя без конвекции. Эта способность уменьшается в пелоидах, в которых меньше 40 процентов золы и увеличивается в пелоидах, с содержанием золы более 40 процентов. Максимальный и минимальный показатели R(способность удерживать воду) получаются благодаря объёму воды в пелоидах; на практике разница между ними незначительна. Из вышеизложенного понятно, что горючие пелоиды, такие как торф и сапропелиты обладают низкой теплопроводностью и высокой степенью удержания тепла. Количество выделяемого тепла пропорционально разнице температур, размеру поверхности соприкосновения (P) и времени (t), как изложено ниже:
Q = a(T – T)Pt. 1 2
Коэффициент альфа это количество тепла, проходящего через поверхность 1 квадратного сантиметра за секунда при разнице в 1°C. Но форма поверхности, абсолютно максимальная температура и разница двух температур затрудняют вычисление коэффициента альфа. Экспериментально его можно определить, измерив температуру каждого слоя. При помощи простых геометрических форм, таких как куб и шар, можно вычислить теплопередачу по простой формуле Грёбера (18).Как показано на чертеже 46, переход тепла от компресса в тело зависит от градиента тепла между поверхностями, толщины слоя и способности компресса удерживать тепло (10). Полная доза пропорциональна градиенту тепла, а время одинаковое. Чтобы не раздражать кожу, в качестве меры предосторожности можно регулировать тепло, особенно это касается плохо проводящих торфов, из которых самый лучший верховой. Поступление тепла зависит от толщины компресса неорганической грязи (с почти 50 процентным содержанием воды). Компресс с прослойкой равной 1 см. передал всё тепло за 5 минут; чем толще прослойка, тем более равномерна и существенна теплопередача. И здесь тоже верховой торф самый лучший вариант в отношении гидростатического воздействия. Общее количество тепла, передаваемого разными пелоидами, различается не сильно; торфы передают тепло равномернее, чем грязи из-за хорошей способности удерживать тепло. Сложно предсказать поступление тепла из грязевой ванны в тело человека. Ипсер (22) показал, что во время нахождения в торфяной ванне при температуре примерно 37°C тепловое сопротивление организма снижается из-за увеличивающегося кожного кровообращения. Он также показал, что потребление тепла было в несколько раз больше, чем его выделение через дыхание и кожу и гораздо больше тепла, выработанного при метаболической активности. При автокалориметрии он измерил циркулирующие условия терморегуляции в ванной для торфяной и водяной ванн. Исходя из этих данных, мы можем сделать вывод, что нет сильных различий в термолечебных достоинствах разных пелоидов.
Определение физической константы
Практически важные константы пелоидов можно определить, совсем не используя графики, если известны содержание золы и способность удерживать воду. Например, можно сказать, что пласты пелоидов состоят из слоя B и слоя C; слой B содержит 20 процентов золы в сухой почве и у него водное число 10; слой С содержит 34 процента золы в сухой почве и у него водное число 7. В сухих веществах среднее содержание золы в пласте пелоидов составляет 27 процентов; среднее водное число находится выше кривой средних показателей.
10 + 7 H = + 8.5, и 2
После H + 8,5 пелоиды нормальной консистенции содержат 100 H/(+H), что равно 89,4 процентам воды (w); сухие вещества = s = 100-w =10,6 процента. Удельная теплоёмкость (c0) этих твёрдых элементов также расположена выше кривой средних показателей = 0,266. Удельная теплоёмкость нормальной консистенции (s) равна сумме удельной теплоёмкости воды и твёрдого элемента или сухого элемента, содержащего 1 гр. пелоидов нормальной консистенции, то есть:
С = 0,894 = ( 1- 0,894).0,266 = 0,922
Вес сухих веществ (p0) среднего образца расположен несколько выше результатов уменьшения объёма, таким образом, приблизительно составляя p0 -1,75. Измерительный вес их нормальных консистенций p можно вычислить по формуле 100 p = _ _ _ w +sV,
Где
1 V = _ _ _P0
В этом случае
1 V = _ _ _1,75
Таким образом 100 p = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ =1,048 89,4 + 10,6 x 0,571
Эту теплоёмкость можно вывести по формуле
K = cp = 0,921 X 1,048 = 0,965.
Коэффициент теплопроводимости пелоидов нормальной консистенции 1 можно высчитать по содержанию золы (чертёж 4.5) при помощи содержания воды и золы = 0,00121. Способность удерживать тепло R можно рассчитать по формуле R =c X p/2 = 0,797
Всегда необходимо определять долю воды, которую надо добавить к природным пелоидам, для восстановления их нормальной консистенции как изложено ниже:
(So (1 + H) – 1)
W1 = 100 x N
По весу и
(So (1 + H) – 1) x
W1 = 100 Mp 1
По объёму, где W1 равно количеству добавленной воды; So равно процентному содержанию сухих веществ в природном образце; N означает вес естественных пелоидов; M равно объёму естественных пелоидов; p1 = [100/(w0 + s0V] = массе природного образца; w0 = 100-s0 = процентному содержанию воды в природном образце; и V = 1/p0.
Ссылки
1. Арнд, Т, Сиемерс, В. И Хоффманн В. Статья о сведениях по связи между понижением градуса и некоторыми физико-химическими свойствами верховых торфов. Журнал Пфланценерн. Удобрения. Почва, 32:257, 1933.
2. Бахманн К. А. и Овсянникова К. А. Анализ лечебных грязей (Analysis of Therapeutic Peloids.) Моска, 1960.
3. Балинко М. К. Вопросы о водных свойствах торфа. В торфяной промышленности. Москва, 1951
4. Бенаде В. и Стокфише К. Новые методы физико-химической бальнеологии и её результаты, 5:308, 1930.
5. Некоторые выводы о физических и химических исследованиях торфяных болот, Бальнеология, 2:203, 1935.
6. Теплофизические исследования шаровых методов. Бальнеология, 3:467, 1936.
7. Термические свойства пелоидов. В верховых породах, включая медицину. Диатермия и Лечение ультра короткими волнами. Дрезден, 1937.
8. Поведение торфа в воде. I. Сообщение, Бальнеология, 10:46, 1943.
9. Поведение торфа в воде. II. Сообщение. Бальнеология; 10:137, 1943.
10. Лечебные грязи, суспензия, почва (Пелоиды). В верховых породах. Ревматизм. Дрезден, 1948.
11. Брозек В. Созревание пелоидов (на чешском языке), 28:50. 1950.
12. Покорна В. Относительно регенерации пелоидов. (на чешском языке). 96:906, 1957.
13. Чехословацкая пелография. 35: 127, 1957.
14. И другие, Чехословацкая пелография, Архив Vyzk. Ust. Fysiatr.
15. Флайг В. Вклад в изучение гуминовых кислот. Монографии науки. Модерна № 46. Мадрид, 1955.
16. Фреинд Е. Консистенция пелоидов. Архив медицинской гидрологии, 14:116, 1936.
17. Грегори Х. С. И Стефенс Р. В. Термические свойства пелоидов. Архив медицинской гидрологии, 13:55? 1935.
18. Гробер Х. Объединённая газета, 69:705, 1925.
19. Хадак Е., Брозек Б. и Покорна В. Лечебные грязи Чехословакии, Прага, 1953.
20. Хинтцельманн Ю. и Лапке О. Бальнеографические исследования по естественным теплоносителям. Бальнеология 3:508, 1936.
21. Хоффманн Е. Энзим в почве и его значение для её биологии и плодородия. Газета Планцен. Удобрение почвы. 73:279, 1956.
22. Испер Дж., Седлакова Е.и Весели Е. Сравнение тепловых эффектов гипертермической грязи и водяных ванн 97:914, 1957.
23. Кейльханк К. и Бенаде В. Различия между новой и уже однажды использованной созревшей лечебной грязи. Берлин,1931.
24. Кононова М.М. Гуминовые вещества почвы, Берлин. 1958.
25. Конта Дж. Минеральные залежи Чехословакии. Прага. 1957.
26. Коринек Дж. Лечебная грязь Пиестани. (на чешском языке) Чешская Академия Наук. 61: 1, 1950.
27. Кулаков Н.Н. Введение в физику торфа. Москва, 1947.
28. Левис Дж. Тепловые свойства пелоидов. Архив медицинской гидрологии, 13:56, 1935.
29. Манская С.М. и Дроздова Т.В. Фенольный глюкозид из сфагнового. Доклады Академии наук. 102: 789, 1955.
30. Оствальд В. Статья о диспероидной химии торфа. Газета, 1921, 1925.
31. Покорна В. Значение водорослей и золы в различных друзах. Фусиатр Вестник, 33:207, 1955.
32. Неопубликованная рукопись.
33. Прат С. Бальнеобиология. Сборник Курортов Чешской республики. Прага, 1949.
34. Сетлик Е., Джисинка М. и Смисек М. Процессы вегетации и восстановления кислорода в грязях Пиестани. Чешская академия наук, 62: 1, 1951.
35. Посписил Ф. Гуминовые кислоты, содержащие С14. Биологические растения, 1: 71, 1959.
36. Влияние гумусных веществ на растения. IX Международный ботанический конгресс. Монреаль, 1959.
37. Шеффер Ф. и Ульрих Б. Учебник по агрохимии и почвоведений. Штутгарт, 1960.
38. Соммер Г. К сведению о, с медицинской точки зрения схожих, грязевых препаратов. Архив физиотерапии, 11: 252, 1959.
39. Соуси В. С. Химия лечебных грязей, Штутгарт, 1938.
40. Характеристика, изучение и оценка пелоидов. Справочник по пищевой химии. Берлин, 1941.
41. Спирханцл Дж. Торф. Его возникновение, добыча и использование. Прага, 1951.
42. Сваин Ф. М., Блюменталь А. и Миллер Р. Стратиграфическое распространение аминокислот в торфе из Минессоты Океанография. 4: 119, 1959.
43. Ваксман С.А. Гумус, Происхождение, Химический состав и Значение созревания. Балтимор, 1936.
44. Цоркендорфер В. Вязкость лечебной грязи. Бальнеология, 5: 80, 1938.
/Химические свойства
/Способность к рассеиванию
/Гумус
/Эрг
/Восстановление использованных пелоидов
/Обогащенные минералами нижние слои торфа
/Грязи
/Физика
/Физические константы пелоидов
/Определение физической константы
/Ссылки
Пелоиды состоят из гумуса и минералов, которые образовываются в течение долгого времени под влиянием физических, химических, биологических и геологических процессов. В лечении они используются или в своём естественном состоянии или же после ферментации (брожения). Они применяются как горячие примочки или как ванны. Иногда они используются внутренне. Из многих предложенных классификаций мы рассмотрим только наиболее важные: гумолиты и грязи. В гумолитах, органическом веществе, в основном преобладает компонент гумус.
Самыми важными гумолитами является торф верхних и нижних слоёв. Хотя торф верхних и нижних слоёв можно различить по его характеристикам, иногда он обладает настолько схожими характеристиками, что их правильное разделение становится довольно сложным. Поэтому, часто, чтобы классифицировать торф, нам необходимо знать место его происхождения.
В верховых торфяных болотах обычно содержатся мхи (Сфагнум, Гипум, Дрепаноклад, Камфотон и Кратоноурон) и явнобрачные растения (Семенные растения, Эриофит, Трихофит, Брусничные и Шеуцерия).
В нижних слоях торфа содержатся Фагмиты, Осока, Хвощ болотистый, Хвощ илистый и Ирис. В этих слоях также могут быть Зелёные мхи, Дрепаноклад, Камфотон и Кратоноурон.
Характеристики пелоидов также зависят от влажного вещества и от местной горной породы. Иногда горизонтальные слои верхового и нижнего торфа чередуются, тем самым указывая на то, что во время их образования произошли значительные климатические изменения. Где пелоиды залегают естественно, там вода и почва богаты микрорастительностью, а также макрорастительностью. Хотя многие люди и считают, что микробы отвратительной мерзостью за их внешний вид, не понимая их многообразной и микроскопической красоты. Микробы это главный фактор в развитии лечебных качеств осадочной породы. Пелоиды не могут образовываться без участия определённых микроорганизмов.
Образование гумуса (гумификация)
Термин разложение органических веществ в образовании гумуса может применяться правильно только по отношению к физической структуре растительных веществ. В книгах, напечатанных какое-то время назад, подчёркивается значение анаэробной среды в процессе развития гумуса, но сейчас мы знаем, что окисление (“частичное поступление кислорода”) необходимо для процесса гумификации. Когда-то образовался гумус, его сохранность и накопление зависит от анаэробиоза. Количество гумуса в почве будет зависеть от баланса между его образованием и его минерализацией (окислением).
Химические свойства
Экстракты пелоида обладают восстанавливающими свойствами. Возможность окисления-восстановления гуминового вещества приблизительно соответствует процессу окисления-восстановления аскорбиновой кислоты. Помимо несвязанной воды в твёрдых химических соединениях есть связанная вода, а также коллоидная гидратация. Капиллярная вода передвигается с большей лёгкостью, а вода в пространстве диаметром более 1мм абсолютно несвязана. Серу можно представить простой формулой. В классификации пелоидов важную роль играют количество и качество неорганических компонентов (зола). Минералы поступают в состав пелоидов как из-под земли, так и с её поверхности. С окружающей территории они вымываются в слой пелоидов. Также в слой пелоидов возможно попадание атмосферных частиц путём смывания. К рассеянным элементам, которые были обнаружены в пелоидах, относятся бор, кобальт, медь, йод и марганец.
Способность к рассеиванию
Для того, чтобы оценить биологические характеристики пелоидов, нам необходимо знать форму и степень проникновения в них химикатов. Требуется рассмотреть назначение пелоидов как ионообменного фильтра (ионита). Слой Пиестани минеральной воды с 50 – 100 микро кюри P32 находился поверх пласта грязи Пиестани в тонкостенной пробирке с минимальным воздействием (турбулентность) на поверхность грязи. Измерения показали, что фосфаты проникают в грязь лишь в незначительном количестве; то есть на уровень 50мм. За 28 дней проникло только около 0,05% растворённого фосфата. На поверхностном слое активность была в 40 раз больше активности воды, а на глубине от 2 до 4 мм она была в 7 раз больше (34). Это соответствует опытам по проникновению фосфатов в озёрные отложения и их осадков в виде трёхвалентного железа. Таким же образом мы (33) провели опыты по проникновению фосфата и железа в верхние слои торфа и обнаружили, что эти вещества активно проникают в данные слои.
Гумус
Самыми важными органическими компонентами пелоидов являются гумусные вещества, гуминовые и фульвеновые кислоты. Изучением этих компонентов занимались Ваксман (43), Кононова (24) и Флейг(15). Для того, чтобы изучить влияние частиц гумуса на организмы, мы начали проводить обычную гумификацию радиоактивных пластин сахарной свеклы (Beta saccharifera) и получили радиоактивные вещества с помощью обычного процесса щёлочного извлечения. Когда пластину протирают каплями раствора или очищают щётками с помощью ланолиновой пасты, содержащей радиоактивные частицы гумусных веществ, тогда спирт и эфирорастворимые части проникают в васкулярные узлы пластин. Активные компоненты гуминовой кислоты не распространяются, то же самое относится к фульвеновым кислотам, которые в некоторых растениях не проникает через ткань, хотя при этом в других растениях они распространяются на расстоянии нескольких сантиметров. Мы не можем повторить этот эксперимент на шкуре животных.
Эрг
Эрг- это вещество биологически активное при очень низких концентрациях. Некоторые из веществ, присутствующих в пелоидах, могут воздействовать на клетки тела при нанесении на кожу. Эти вещества могут стать более значимыми, если их добавлять в торфяную воду нижних слоёв или принимать как торфяное лекарство. Некоторые авторы главными компонентами более ценных пелоидов считают стимулирующие средства, хотя это до сих пор не доказано научно. В некоторых видах торфа были обнаружены гормоны. Если не считать эстрогенные вещества, то их изучению уделяется мало внимания. К тому же немного известно о содержании витаминов в пелоидах. В пелоидах экстракты, содержащие дихлофенол-индофенол тетраебл аскорбиновой кислоты, разрушаются гораздо быстрее под действием водного раствора аскорбиновой кислоты в соотношении примерно четыре к одному. Крупное месторождение Биченосцы Эвглена (Технология изменения прослоек, E thinophila Skuja) обнаружено в торфяной воде нижних слоёв на французском курорте, где имеется витамин B 12. О том, что почва разлагает перекись водорода, стало известно, только после появления сообщения Хоффманна (21), о том, что активно стало проводиться исследование фермента кипения; и до сих пор есть кое-какие сообщения по исследованию фермента пелоидов. Растительные обломки корней и зелёных частей на различных этапах гумификации менее важны при производстве ферментов, чем те, которые связаны с микробиологией.
Существует две каталитические характеристики пелоидов. (1) Неорганические компоненты пелоидов или же активная поверхность могут разлагать некоторые субстраты и (2) активные ферменты по-другому влияют на различные субстраты. Покорна (32) исследовала одиннадцать видов ферментных расщеплений в пелоидах, но пока что опубликованы только результаты, касающиеся каталаза. Каталитическая активность пелоидов вытекает не только из ферментного действия каталаза, но также и из каталитического расщепления соединением железа и марганца или веществ с активной поверхностью. Активность каталаза уменьшилась на малой глубине в верхних слоях торфа (сфагнум - торфяной мох), а также в нижних слоях торфа (болотистых). Активность каталаза живого сфагнума падает наполовину, после чего он отмирает, а в торфе он уменьшается до размеров зуба. Грязи растворяют перекись водорода быстрее, чем гумолиты, но это не ферментное расщепление. Чтобы сделать возможным исследование пелоидов с высоким содержанием солей, в составе которых есть железо, влияние этого железа можно устранить при помощи комплексона. Окислительные реакции были отрицательными, положительными в грязях; также как и в грязях, эти реакции были положительными в гумолитах. Анализ дегидрогеназа (трифенил тетразоль) дал отрицательный результат, за исключеним того, что в грязях Пиенасти он был положительным. Этими результатами можно воспользоваться для регулировки процесса созревания грязи. Другими способами различные виды пелоидов расщепляли трибутирин. Затем активность в сухих образцах породы была снижена и полностью остановлена при нагревании до 95ºC Можно предположить, что в пелоидах содержится липаза. Аспарагиназа и уреаза обнаружены не были. Протеолитическая активность была очень низкой. Даже если принять во внимание активную подготовку пепсина у торфа, то тем неменее над его деятельностью осуществлялся контроль. Это можно учитывать при лечении пептической язвы при помощи пелоидов.
Все пелоиды обладают амилолитическими свойствами; в грязях меньше, чем в гумолитах. Исходя из их инактивации, возможно, что они осуществляют ферментную деятельность. Гумолиты обладают большой способностью для инвертирования сахарозы, в грязях она значительно ниже. Термолабильность указывает на фермент; однако, кислотные пелоиды при реакциях окисления гидролизуют сахарозу. Целлюлитическая энерния есть почти во всей почве; однако в гумолитах даже спустя месяц во время аэробиоза были получены отрицательные данные. Анаэробное разложение показало явные различия между верхним слоем торфа, который остался в инертном состоянии, и нижним слоем торфа, который растворился за период от четырёх до четырнадцати дней. Добыча кобальта 2 изменилась, но в грязях его количество составляет только четверть от производимого количества в гумолитах. Образцы хранились в тёмных бутылках больше года, и изменения наблюдались только в каталитической активности. Так как каталитическая активность очень восприимчива, то она может действовать как сенсорный индикатор изменений, происходящих в пелоидах, и характеристик самих пелоидов. Иногда даже аминокислоты рассматриваются как стимуляторы (полезные вещества). Мы очень мало знаем о структуре азота в пелоидах, но так как нам многое известно об азоте в почве, то вероятно мы можем экстраполировать эти данные. Большинство растений, которые произрастают на торфяных болотах, богаты дубильными минералами и гликозидами (Брусничные, Вересковые). Манскаджа и Дроздова (29) дали описание компонентам гликозидана, находящегося в мембране мха (сфагнума). Эти компоненты могут быть биологически очень эффективны, но их детерминация и расщепление из гумусных комплексов полифенольного свойства представляет собой сложную химическую задачу. Нам известно очень мало о содержании алкалоидов в пелоидах.
Восстановление использованных пелоидов
Некоторое время назад исследователи заинтересовались вопросом регенерации использованных пелоидов (19, 23). Но до сих пор по этому вопросу нет достаточных научных знаний, возможно потому, что нам неизвестны все условия процесса, при котором происходит естественное образование пелоидов, и поэтому мы не можем воспроизвести эти самые условия. Это непросто и на это уйдёт много лет, так как мы не можем понять из быстро распространяющихся торфяных болот и непрерывного образования слоёв гумуса в лесах этот процесс. Пример недавнего образования гумолита можно наблюдать на грязях Либисани недалеко от курорта Богданек. После добычи торфа нижних залежей, в течение двенадцати лет в месторождениях образовались новые слои.
Опыт был проведён с образцами верхнего торфяного мха Сфагнума Cuspiadatium из слоя, находящегося под живыми растениями пустой породы, но этот мох был расщеплён не морфологически, а его положили в бутылку. Через две-три недели на поверхности образуется тёмная полоса 5-10 мм . Спустя четыре месяца этот мох был исследован. Результаты представлены в Таблице 2. Из этой таблицы видно, насколько быстро гумификация может возобновляться в морфологическом (разложение ткани), а также химическом направлениях (образование гумусного вещества). Мох Drepanocladus получал влагу, так же как и Сфагнум. Таким образом, возможности образования нового активного гумусного вещества возникают, если мы можем удовлетворить требования для его развития. При условии, что ежегодное увеличение составляет примерно 1-2 см. В верхних слоях торфа, как изложено в литературе, очевидно, что это увеличение активных веществ может изменить свойства постепенно восстанавливающихся пелоидов. Один из самых важных вопросов по разработке торфа- это вопрос роста живых растений и их постепенной гумификации после разложения в слоях возле поверхности. Эти слои всегда должны быть покрыты живыми растениями. Под давлением их веса они медленно опускаются в глубокие слои воды и попадают в окружение анаэробных условий, которые сохраняют гумус, образовавшийся на поверхностных слоях. Перед применением пелоиды нагревают: зачастую под струёй горячей воды их перегревают. Влияние микрофлоры в некотором смысле ещё не определено.
Обогащённые минералами нижние залежи торфа
Обогащённые минералами нижние залежи торфа представляют собой гумолиты, которые подземные источники обильно насытили растворимыми солями, которые подвергаются процессу эрозии, обычно окислением пиритов и также железом или сернистым железом. Созревание феросульфидов- это физиохимический процесс, но даже здесь параллельно продолжаются биологические процессы.
Грязи
Грязи, так называемые грибы, это преимущественно минералы, содержащие только около2-4 процентов органических веществ, которые, тем не менее, играют важную роль при использовании их в лечебных целях. Минеральные грязи можно получить в тёплой (Piestany) или холодной (Smraky) минеральной воде с помощью сложных биологических процессов, связанных с окислением и восстановлением в сравнительно короткий срок от 6 до 12 месяцев, но только при наличии органических веществ (26). Самым важным из органических веществ являются сине-зелёные водоросли (Cyanophyceae), но другие водоросли и растения тоже входят в состав грязей. В Пиенасти они содержат зелёные водоросли Chara pistienensis и сине-зелёные водоросли Oscillatoriaceae. Мы (13) показали, как примесь таких органических веществ может ускорить процесс созревания грязи. Ход созревания грязи характеризуется изменениями в электрическом потенциале. Среднее значение зелёного осадка грязи Пиенасти или коричневой невызревшей грязи рукава реки Ваг имеет +50 мВ. В ходе созревания происходят потенциальные изменения от 150 до 200 мВ, и коричневая грязь становится чёрной благодаря термофильной деформации бактерии десульфации, которая уменьшает соотношение сульфатов к сульфидам. В питательном растворе Баара чёрный сульфат железа появляется через 48 часов после культивации (14). Этот процесс сопровождается изменением окислительно-восстановительного потенциала с +350 мВ минимум до -250мВ. И до состояния устойчивости в пределах-250 и -50мВ. Если к культурной среде прибавляются органические вещества, такие как сухие обломки сине-зелёных водорослей (Mastigocladus) или зелёные водоросли, такие как Хара, то восстановительный процесс ускорится пропорционально количеству добавленных органических веществ. Если контроль над потенциалом системы меняется с положительного на отрицательный примерно за 25 часов, то в системе с органическими веществами минимальный потенциал достигается за 40-50 часов, этих показателей можно достигнуть за 5-15 часов и 15-20 часов соответственно (12). Природная грязь Пиестани постоянно попадает в естественные водоёмы благодаря минеральной воде из источников, тогда как органические вещества из дикорастущих растений постоянно поступают в поверхностный слой. Таким образом, процесс созревания грязи противоположен процессу созревания нижних слоёв торфа, содержащих серу и железо.
Физика
Если размер частиц пелоидов больше 0,05мм (песчинки, кварц, силикат и тяжёлые минералы различных размеров и форм с отдельной зернистой структурой), то они соединяются в так называемая неправильная связь. В мокрых песках частицы прилипают друг к другу благодаря адсорбированной воде, поступающей из-за поверхностного давления воды, когда эти частицы сухие связь прерывается. В этом случае, объём пор меньше объёма твёрдых частиц. Если размер частиц меньше 0,05 мм, но больше 2 единиц (мелкий песок, крупная глина, микроскопические части растении), то тогда это сотовая структура и правильная связь. Молекулярные силы частиц крепче их гравитации; однажды притянуты, они приклеиваются друг к другу и прикрепляются к своему месту, образуя прямые трёхмерные цепи. В этом случае объём пор больше объёма твёрдых частиц.
Частицы размером меньше 2 единиц (частицы физической глины, такие как частицы каолина, монтмориллонита, глиняной слюды, хлорита, аллофана и частицы гумуса, такие как лингнин, лигноцеллюлоза, целлюлоза и другие органические вещества) образуют пористую коллоидную структуру, которая появляется тогда, когда у всех частиц одинаково маленький электрический заряд, а жидкость наоборот должна быть заряжена. Такое явление (катафорез) встречается в природе в верховом торфе, в котором содержание минералов незначительно. Этот гумус и другие органические вещества содержат меньше всего нейтрализовано активных центров: они отталкивают друг друга. В пелоидах на жидкой фазе, отрицательный заряд гумусной глины и других частиц нейтрализуют катионы. Если нейтрализованные (электронейтральные) частицы сталкиваются, они прилипают друг к другу и образуют хлопья, которые формируют сотовую структуру второго порядка (пористую). Объём пор больше объёма твёрдых элементов. Частицы меньше этих по размеру можно рассматривать как растворенные в грязевой воде.
Воду, застывшую на твёрдой фазе, можно разделить на (1) воду в ионном состоянии (OH), гидроксильную или органическую воду и (2) воду в молекулярном состоянии( H2O), на которую оказывается химическое или физическое влияние (сорбционная вода, капиллярная вода, осмотическая вода или гравитационная вода [влага]). Ионная вода встречается в кристаллической решётке минеральных частиц кристаллов и в конце концов в органических частицах в форме групп OH на геометрически разделённых центрах. Ионная вода соединена крепче, чем молекулярная вода, которая находится под давлением электрических зарядов. Молекулярная вода, на которую оказывается химическое давление, может вести себя, как и твёрдое вещество в глиняных минералах (2); катионы могут быть соединены по средствам хемосорбции. Сорбционная вода (адсорбированная = гидроскопическая + связанная) соединяется молекулярной силой на молекулярном слое нескольких пластов на поверхности коллоидов и кристаллов. Сорбционная вода может вести себя также как и твёрдое тело, так как она формирует ту часть капиллярной воды, которую поглощают стенки капилляров. Капиллярная вода ведёт себя как жидкость в порах; она попадает в капилляры в основном через капиллярную конденсацию пара.
Осмотическая вода ведёт себя как жидкость в порах; она реагирует на изменения давления, температуры и влажности. Гравитационная вода действует как жидкость и полностью отделяется сжатием или другими видами давления. Между видами молекулярной воды не существует резких границ, то есть между сорбционной, капиллярной, осмотической или гравитационной водой, которая поступает при полидисперсности поставляемых компонентов пелоидов. Вода может поступать в поры крупного размера или по капиллярам или по осмосу. На капиллярность мелко зернистых пелоидов влияют сила трения и гравитация. В пелоидах с содержанием воды равным их водному числу присутствует не только гравитационная вода. Даже в природе гравитационная вода вытекает из пелоидов по гидравлическим и гидромеханическим законам. Таким образом, как показано в Таблице 3 пелоиды проходят дегидрадацию и дегидроокислирование, сухие вещества меняются. После потери молекулярной воды, очень сложно регидрировать глину, а в галлуазите этот процесс вообще невозможен (40). Их дегидроокисление необратимо и оно руководит их структурными изменениями. Сложно провести регидратацию частиц гумуса; после частичной потери капиллярной и осмотической воды они неполные, и как видно из чертежа 39 в нижних слоях торфа происходит уменьшение массы осадка, размера набухания (X) и объёма воды в нижних слоях торфа, как видно из чертежа 39. Частицы гумуса набирают массу при дегидратации, которую можно определить как инвертированный процесс уменьшения объёма известного явления смешиванием двух жидкостей.
Удельный объём сухого верхового торфа составляет примерно 0,760; уменьшение объёма 0,08 или 10,5%. Чем больше его высушивают, тем сложнее становится регидрировать этот торф, так как уменьшается степень пористой структуры и поры наполняются воздухом, а в конечном итоге водой из-за капиллярной конденсации в порах. Вода почти не увлажняет торф и поэтому для этой цели больше подходят газы. Образование сухих пелоидов и их соединение с жидкостями и газами будет зависеть от места образования сухих веществ и от их взаимодействия с атмосферным воздухом и водой. В жидкой среде, поры наполняются осмотической, капиллярной и гравитационной водой, чем больше поры, тем более важную роль играет сила тяжести. Капиллярные эффекты прекращаются в однородном осадке, содержащим гранулы размером больше 2,5 мм, но сами пелоиды не входят в состав этой массы.
Физические константы пелоидов
Термин “твёрдые элементы” пелоидов означает то, что остаётся после того, как на пелоиды воздействовали до полного высыхания температурой равной 105°C. Чтобы определить содержание золы пелоиды подвергают воздействию температурой равной 850°C (5,6,7,10,14,19,40). Способность удерживать воду означает максимальное количество воды, которое будет содержать 1 грамм сухих пелоидов в своём естественном состоянии (Объём воды, H). На чертеже 40 указаны показатели воды для различных пелоидов. Понятно, что когда увеличивается содержание золы, показатель H падает. Показатель H сильно меняется особенно у торфа (горючих пелоидов); это связано с предшествующей сушкой (чем дольше происходит процесс сушки, тем ниже вода; H снижается при гумификации). Говорят, что у пелоидов с содержанием воды равным объёму воды нормальная консистенция. Если воду добавить к пелоидам, чтобы увеличить их объём воды, то тогда выделяется жидкость. Если добавленную воду энергично размешать в пелоидах, то твёрдая структура разрушается и по закону Стока частицы оседают; потом они снова соединяются в более крупные связи. В порах вновь образованного осадка обычно содержится больше воды, чем в порах в их первичном состоянии. Пространство, которое занимает 1 грамм твёрдого вещества в пелоидах в естественном состоянии, является осадочной массой. В верховом торфе этот показатель может достигать 45 см. Или же наоборот снижаться до 15см. Обычно у неорганических грязей эти показатели колеблются от 2 до 4 см. Вообще объём осадка обратно пропорционален содержанию золы. Обычно набухание представлено как соотношение объёма осадка к объёму сухих веществ в естественном состоянии. При изготовлении компрессов, косметических масок, тампонов и препаратов для продажи проводятся тесты на пластичность. Верхний предел разжижения указывает на переход из вязкого в кашеобразное состояние. Разница между этими двумя показателями называется показателем пластичности. Тесты на пластичность показывают лишь приблизительно реологические свойства пелоидов. Тиксотропия, уменьшение вязкости, вызванное механическим перемешиванием и её увеличение при прекращении этого перемешивания, тоже указана. Увеличение вязкости под влиянием тепла и её уменьшение также являются реологическими свойствами. Оствальд (30) обнаружил в процессе вискозиметрии, что гелевые структуры гуминовых кислот пептизируются при замораживании и кипячении. Брозек получил точно такие же результаты, когда он измерил вязкую структуру гуминовой кислоты суспензии геля при температуре от 20°C до 80°C и сульфата железа нижних слоёв торфа повторным воздействием пара. Хинзельманн и Лапке (20) наблюдали это явление в неорганических грязях при измерении их пластичности при температуре от 18 до 50°C. Соуси (40) описал относительную вязкость Киссингенских нижних слоёв торфа, содержащего 80% воды при температуре 20°C, текучести в 0,00025 см/с., 2,21 x 10 сантипауз. Показатель вязкости в единицах снижается каждый раз при добавлении воды, при нормальной консистенции единица торфа равна примерно 100 единицам воды. На чертеже 41 показан удельный вес твёрдых элементов пелоидов. Показатель PO увеличивается, так как увеличивается содержание золы. Большие колебания в торфе зависят от степени гидратации твёрдой фазы (чем больше гидратация, тем меньше PO) и от этапа гумификации (чем выше гумификация, тем выше PO). Вес водных пелоидов (p) зависит от содержания воды и его можно вычислить по формуле, указанной на странице 269. на чертеже 42 приведены показатели некоторых пелоидов; гидростатическая преспроводимость пелоидов с содержанием воды равным их среднему объёму воды приведена на чертеже 45. Формула удержания тепла R=cX p² была введена в бальнеологию Левисом (28) и она выражает скорость, с которой температура на кубическом сантиметре пелоидов упадёт на 1 градус, если увеличение температуры нагревания за секунду будет равно числу калорий, получаемых при сгорании. К тому же это ещё и обратная величина коэффициента теплопроводимости (2/cZp), значение которого заключается в том, что ассиметричное распределение тепла в среднем пропорционально его проводимости и обратно пропорционально его теплоёмкости. На чертеже 45 показана эта взаимосвязь для нескольких жидких пелоидов. R (способность удерживать воду) пелоидов возрастает по мере увеличения в них содержания воды и её показателя без конвекции. Эта способность уменьшается в пелоидах, в которых меньше 40 процентов золы и увеличивается в пелоидах, с содержанием золы более 40 процентов. Максимальный и минимальный показатели R(способность удерживать воду) получаются благодаря объёму воды в пелоидах; на практике разница между ними незначительна. Из вышеизложенного понятно, что горючие пелоиды, такие как торф и сапропелиты обладают низкой теплопроводностью и высокой степенью удержания тепла. Количество выделяемого тепла пропорционально разнице температур, размеру поверхности соприкосновения (P) и времени (t), как изложено ниже:
Q = a(T – T)Pt. 1 2
Коэффициент альфа это количество тепла, проходящего через поверхность 1 квадратного сантиметра за секунда при разнице в 1°C. Но форма поверхности, абсолютно максимальная температура и разница двух температур затрудняют вычисление коэффициента альфа. Экспериментально его можно определить, измерив температуру каждого слоя. При помощи простых геометрических форм, таких как куб и шар, можно вычислить теплопередачу по простой формуле Грёбера (18).Как показано на чертеже 46, переход тепла от компресса в тело зависит от градиента тепла между поверхностями, толщины слоя и способности компресса удерживать тепло (10). Полная доза пропорциональна градиенту тепла, а время одинаковое. Чтобы не раздражать кожу, в качестве меры предосторожности можно регулировать тепло, особенно это касается плохо проводящих торфов, из которых самый лучший верховой. Поступление тепла зависит от толщины компресса неорганической грязи (с почти 50 процентным содержанием воды). Компресс с прослойкой равной 1 см. передал всё тепло за 5 минут; чем толще прослойка, тем более равномерна и существенна теплопередача. И здесь тоже верховой торф самый лучший вариант в отношении гидростатического воздействия. Общее количество тепла, передаваемого разными пелоидами, различается не сильно; торфы передают тепло равномернее, чем грязи из-за хорошей способности удерживать тепло. Сложно предсказать поступление тепла из грязевой ванны в тело человека. Ипсер (22) показал, что во время нахождения в торфяной ванне при температуре примерно 37°C тепловое сопротивление организма снижается из-за увеличивающегося кожного кровообращения. Он также показал, что потребление тепла было в несколько раз больше, чем его выделение через дыхание и кожу и гораздо больше тепла, выработанного при метаболической активности. При автокалориметрии он измерил циркулирующие условия терморегуляции в ванной для торфяной и водяной ванн. Исходя из этих данных, мы можем сделать вывод, что нет сильных различий в термолечебных достоинствах разных пелоидов.
Определение физической константы
Практически важные константы пелоидов можно определить, совсем не используя графики, если известны содержание золы и способность удерживать воду. Например, можно сказать, что пласты пелоидов состоят из слоя B и слоя C; слой B содержит 20 процентов золы в сухой почве и у него водное число 10; слой С содержит 34 процента золы в сухой почве и у него водное число 7. В сухих веществах среднее содержание золы в пласте пелоидов составляет 27 процентов; среднее водное число находится выше кривой средних показателей.
10 + 7 H = + 8.5, и 2
После H + 8,5 пелоиды нормальной консистенции содержат 100 H/(+H), что равно 89,4 процентам воды (w); сухие вещества = s = 100-w =10,6 процента. Удельная теплоёмкость (c0) этих твёрдых элементов также расположена выше кривой средних показателей = 0,266. Удельная теплоёмкость нормальной консистенции (s) равна сумме удельной теплоёмкости воды и твёрдого элемента или сухого элемента, содержащего 1 гр. пелоидов нормальной консистенции, то есть:
С = 0,894 = ( 1- 0,894).0,266 = 0,922
Вес сухих веществ (p0) среднего образца расположен несколько выше результатов уменьшения объёма, таким образом, приблизительно составляя p0 -1,75. Измерительный вес их нормальных консистенций p можно вычислить по формуле 100 p = _ _ _ w +sV,
Где
1 V = _ _ _P0
В этом случае
1 V = _ _ _1,75
Таким образом 100 p = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ =1,048 89,4 + 10,6 x 0,571
Эту теплоёмкость можно вывести по формуле
K = cp = 0,921 X 1,048 = 0,965.
Коэффициент теплопроводимости пелоидов нормальной консистенции 1 можно высчитать по содержанию золы (чертёж 4.5) при помощи содержания воды и золы = 0,00121. Способность удерживать тепло R можно рассчитать по формуле R =c X p/2 = 0,797
Всегда необходимо определять долю воды, которую надо добавить к природным пелоидам, для восстановления их нормальной консистенции как изложено ниже:
(So (1 + H) – 1)
W1 = 100 x N
По весу и
(So (1 + H) – 1) x
W1 = 100 Mp 1
По объёму, где W1 равно количеству добавленной воды; So равно процентному содержанию сухих веществ в природном образце; N означает вес естественных пелоидов; M равно объёму естественных пелоидов; p1 = [100/(w0 + s0V] = массе природного образца; w0 = 100-s0 = процентному содержанию воды в природном образце; и V = 1/p0.
Ссылки
1. Арнд, Т, Сиемерс, В. И Хоффманн В. Статья о сведениях по связи между понижением градуса и некоторыми физико-химическими свойствами верховых торфов. Журнал Пфланценерн. Удобрения. Почва, 32:257, 1933.
2. Бахманн К. А. и Овсянникова К. А. Анализ лечебных грязей (Analysis of Therapeutic Peloids.) Моска, 1960.
3. Балинко М. К. Вопросы о водных свойствах торфа. В торфяной промышленности. Москва, 1951
4. Бенаде В. и Стокфише К. Новые методы физико-химической бальнеологии и её результаты, 5:308, 1930.
5. Некоторые выводы о физических и химических исследованиях торфяных болот, Бальнеология, 2:203, 1935.
6. Теплофизические исследования шаровых методов. Бальнеология, 3:467, 1936.
7. Термические свойства пелоидов. В верховых породах, включая медицину. Диатермия и Лечение ультра короткими волнами. Дрезден, 1937.
8. Поведение торфа в воде. I. Сообщение, Бальнеология, 10:46, 1943.
9. Поведение торфа в воде. II. Сообщение. Бальнеология; 10:137, 1943.
10. Лечебные грязи, суспензия, почва (Пелоиды). В верховых породах. Ревматизм. Дрезден, 1948.
11. Брозек В. Созревание пелоидов (на чешском языке), 28:50. 1950.
12. Покорна В. Относительно регенерации пелоидов. (на чешском языке). 96:906, 1957.
13. Чехословацкая пелография. 35: 127, 1957.
14. И другие, Чехословацкая пелография, Архив Vyzk. Ust. Fysiatr.
15. Флайг В. Вклад в изучение гуминовых кислот. Монографии науки. Модерна № 46. Мадрид, 1955.
16. Фреинд Е. Консистенция пелоидов. Архив медицинской гидрологии, 14:116, 1936.
17. Грегори Х. С. И Стефенс Р. В. Термические свойства пелоидов. Архив медицинской гидрологии, 13:55? 1935.
18. Гробер Х. Объединённая газета, 69:705, 1925.
19. Хадак Е., Брозек Б. и Покорна В. Лечебные грязи Чехословакии, Прага, 1953.
20. Хинтцельманн Ю. и Лапке О. Бальнеографические исследования по естественным теплоносителям. Бальнеология 3:508, 1936.
21. Хоффманн Е. Энзим в почве и его значение для её биологии и плодородия. Газета Планцен. Удобрение почвы. 73:279, 1956.
22. Испер Дж., Седлакова Е.и Весели Е. Сравнение тепловых эффектов гипертермической грязи и водяных ванн 97:914, 1957.
23. Кейльханк К. и Бенаде В. Различия между новой и уже однажды использованной созревшей лечебной грязи. Берлин,1931.
24. Кононова М.М. Гуминовые вещества почвы, Берлин. 1958.
25. Конта Дж. Минеральные залежи Чехословакии. Прага. 1957.
26. Коринек Дж. Лечебная грязь Пиестани. (на чешском языке) Чешская Академия Наук. 61: 1, 1950.
27. Кулаков Н.Н. Введение в физику торфа. Москва, 1947.
28. Левис Дж. Тепловые свойства пелоидов. Архив медицинской гидрологии, 13:56, 1935.
29. Манская С.М. и Дроздова Т.В. Фенольный глюкозид из сфагнового. Доклады Академии наук. 102: 789, 1955.
30. Оствальд В. Статья о диспероидной химии торфа. Газета, 1921, 1925.
31. Покорна В. Значение водорослей и золы в различных друзах. Фусиатр Вестник, 33:207, 1955.
32. Неопубликованная рукопись.
33. Прат С. Бальнеобиология. Сборник Курортов Чешской республики. Прага, 1949.
34. Сетлик Е., Джисинка М. и Смисек М. Процессы вегетации и восстановления кислорода в грязях Пиестани. Чешская академия наук, 62: 1, 1951.
35. Посписил Ф. Гуминовые кислоты, содержащие С14. Биологические растения, 1: 71, 1959.
36. Влияние гумусных веществ на растения. IX Международный ботанический конгресс. Монреаль, 1959.
37. Шеффер Ф. и Ульрих Б. Учебник по агрохимии и почвоведений. Штутгарт, 1960.
38. Соммер Г. К сведению о, с медицинской точки зрения схожих, грязевых препаратов. Архив физиотерапии, 11: 252, 1959.
39. Соуси В. С. Химия лечебных грязей, Штутгарт, 1938.
40. Характеристика, изучение и оценка пелоидов. Справочник по пищевой химии. Берлин, 1941.
41. Спирханцл Дж. Торф. Его возникновение, добыча и использование. Прага, 1951.
42. Сваин Ф. М., Блюменталь А. и Миллер Р. Стратиграфическое распространение аминокислот в торфе из Минессоты Океанография. 4: 119, 1959.
43. Ваксман С.А. Гумус, Происхождение, Химический состав и Значение созревания. Балтимор, 1936.
44. Цоркендорфер В. Вязкость лечебной грязи. Бальнеология, 5: 80, 1938.
