星陨砭石矿物组成特征及其生物效应解析
内病外治
星陨砭石的微量元素种类与比份和人体穴位的微量元素基本一致，同时砭灸发射的0.8-15微米的红外线可导致人体细胞蛋白质分子中的酰胺键的量子震动，使病变的蛋白质分子恢复正常和正常传递生物能量，增强白细胞和淋巴细胞的活力，清除自由基，所以使用星陨砭具辩证作用于人体经络穴位可以实现“内病外治”。
摘要
星陨砭石是以微晶方解石为主要成份的优质岩石,内含数十种人体必需的微量元素。星陨砭石独特的物质结构使其能够在使用过程中产生超声波、红外线和压电效应,是制作砭术佳具的优质材料。以星陨砭石为研究对象,作者应用对星陨砭石产生超声波、红外线和压电效应的机理做了系统分析,并通过计算,得出星陨砭石发射红外线和超声波的能量之比为9:1至7:1之间。
关键词
星陨砭石;微晶结构;超声波;红外线;压电效应;经络
正文
砭石疗法是我国古代具有悠久历史的医疗方法,在《黄帝内经》中,砭与针、灸、药、按躏并列为中医的五大医术，具有疏通经络、调理气血等理疗功效。20世纪90年代,在岩石物理学家和中医专家的共同努力下, 重新发现了砭具,提出了新砭石疗法,砭石疗法的有效性与准确性突飞猛进。人在正常生理情况下,机体处于气血畅通、阴阳平衡的状态;而在患病情况下,则气血不畅、经络壅滞、脏腑失调。砭术调理就是医者通过操纵砭具充分发挥砭石的场效应和“无形针”的作用,内病外治在人的体表施以各种手法,以疏通经络、气血,调节脏腑阴阳,达到治病的目的。
对于现代人来讲,砭术是一门既古老又年轻的中医理疗课题,在现代科学实验基础上,通过研究我们发现:
（1）星陨砭石是一种结构上完整致密的灰黑色石灰岩,主要成分为CaCO3。主要矿物为微晶结构方解石,次要矿物组成为黄铁矿和石墨等。星陨砭石方解石的晶胞为菱面体晶胞,CaCO3方解石晶体的原胞之间分布有44种微量元素。
（2）星陨砭石因其特有的成分和结构、使用时可释放出红外线的能量和超声波的能量,并其是一类高效的压电效应晶体,在使用星陨砭石刮痧时,使星陨砭石表面产生高频电流,这种压电效应增强了砭石的调理效果。
（3）从星陨砭石发射红外线和超声波的能量角度分析,红外线的能量和超声波的能量之比为9:1至7:1之间。星陨砭石发射红外线的波长范围为5~15μm,与人体经络内9~20μm红外波段及穴位区的7~9μm红外波段范围基本一致。
1 星陨砭石的矿物组成特征
对砭石的镜下观察和岩石化学研究结果表明,星陨砭石是一种结构上完整致密的灰黑色石灰岩,主要矿物组成为微晶方解石,次要矿物组成为黄铁矿和石墨等。据谢先德等的研究,砭石中的方解石并非单晶体,而是由多个纳米方解石组成的多晶体,呈三方晶系,本体为无色透明[1]。天然方解石因含有Fe、Mn、Cu等微量元素而呈现出浅黄色、浅红色、紫色或褐黑色。方解石的晶体形状多种多样,可以是晶簇状,也可以是粒状、块状、纤维状和钟乳状等。
作者委托核工业北京地质研究院,依据SY/T6201-2010《沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析方法》以及EJ/553-91<矿物晶胞参数的测定>,对市场上3种砭石样品的主相成分和微量元素分别进行检测。主相成分检测结果如下,其中A为星陨砭石样品(黑色)，B为无品牌砭石样品一(褐色),C为无品牌砭石样品二(黑色)。
三种砭石产品均由微晶方解石组成,粒度均匀,方解石颗粒粒径在15~30μm，体积含量为95%左右。对星陨砭石做了离子体质谱分析仪检测，发现星陨砭石含有44种微量元素。具体结果见下表:
在影响岩石热学性质的各种参数中,孔隙度大小是很重要的影响因素。星陨砭石的结构非常致密, 矿物颗粒度细小均匀, 方解石微晶的堆积和排列十分紧密,几乎看不到晶粒间有孔隙存在,也没有在砭石中观察到任何微细的开放性裂隙, 这些是星陨砭石具有良好热学性质的岩石学基础。所含四种矿物中微晶方解石含量最高,热容也最大,加热时储存热量多，冷却时释放热量缓慢，加上天然方解石还具有良好的热发光性能，这些是砭石具有良好热辐射性质的矿物学基础。纳米级的微晶颗粒多的砭石,可将刮痧时的机械能转化为声能、光能和电能。
在后面的论述中讨论的砭石都是以星陨砭石为讨论对象。
2星陨砭石的超声波效应和红外线效应
2.1星陨砭石产生超声波和红外线的机理
晶格振动不仅对晶体的比热、热膨胀和热传导等热力学性质有重要影响，而且和晶体的电学性质、光学性质和介电性质等也有密切联系，应用晶格振动理论可对晶体的物理性质作一般性的论述。
方解石的晶胞为菱面体晶胞，CaCO3方解石晶体的原胞包含2个CaCO3分子，有10个原子，其空间结构图如图1，方解石的晶胞角顶的原子与其相邻的8个晶胞共用。
孙凤久等运用因子群对称分析法和位置群对称分析法对方解石（CaCO3）晶体的振动模式进行了详细的理论分析，并明确指出了各振动模式的声谱和光谱特性[2]。根据晶体物理学，在周期结构中，由热运动引起的原子在平衡位置附近的振动形成格波。三维晶格中原子的本证振动模是一系列的格波，格波的一般形式为：
格波可以用位于倒格子空间中第一布里渊区的波矢q来描述。若每个原胞有n个原子，对于给定的q，有3n个ω，也称有3n支格波，其中有3支声学波。声学波描述了不同原胞之间的相对运动，光学波描述n个格子之间的相对振动。由此可知，星陨砭石在理疗过程中，其向外释放的总能量中，由n分之一部分是以超声波形式释放的，其余能量主要以红外线的形式放出。以n的数字从1到10为例，格波比例分布如图2所示。
假设星陨砭石方解石每个原胞有10个或8个原子，其释放能量包含3支声学波，其余27支或21支为光学波。那么对于星陨砭石而言，从砭石发射红外线和超声波的能量角度分析，红外线的能量和超声波的能量之比为9:1至7:1之间。
2.2 星陨砭石的超声波效应
为简化运算，笔者以一维度晶格的碰撞引发的超声波为对象。假设原子间的相互作用力仅存在于最近邻原子之间，在简谐近似下，我们可以用一个力常数为k 的弹簧表示最紧邻原子间的相互作用。一维情况下，原子的振动是纵向的，一个晶格在三个空间方向上的振动相互独立，这样，在长波极限下，可用连续介质弹性波代替较复杂的格波。这样，振动角频率ω表达为：
如果弦为有限长L，则形成驻波，L为半波长的，其中n为整数：
刮痧时摩擦产生的超声波，其声波能量来源于方解石晶格碰撞释放出的。超声波的波长最小定义为晶粒与晶粒之间的距离（整体在10~30μm），对于砭石中的致密方解石晶体而言，为简化计算，取晶粒与晶粒之间的距离为30μm，释放出的超声波的最小波长为30 μm。以砭石刮痧板的厚度为30 mm，则释放出的超声波的最大波长为30 mm。根据超声波在空气中传播速度340 m/s计算，则刮痧时摩擦产生的超声波频率在10~10000 kHz之间。当然，鉴于砭石方解石晶体的致密特点，晶体中同时可以存在不同频率的简谐振动，不同频率的振动模对应不同的能量。
砭石发射超声波主要作用于细胞膜，通过震动快速改变细胞膜的电位差来调节组织细胞活性。实际上，在用砭石刮痧时，刮痧板的压电效应可直接通过改变细胞膜的电位差来调节组织细胞活性。因此，砭石发射超声波只能讲为辅助作用而已。
2.3 星陨砭石的红外线效应
根据热力学理论和量子理论，晶格比热（热容）的来源原子热振动，具体包括晶格和电子热振动，分别称为晶格热容和电子热运动两种形式。根据晶格热容的量子理论，晶格原子振动的运动形式具有波粒二相性。释放出的红外线光子的能量为E=hv=h/λ，该能量来源于方解石晶格中电子能级跃迁，即电子能级跃迁公式为，其中E2表示高能级，E1表示低能级：
方解石晶体内的CaCO3是稳定的分子，分子之间不进行电子跃迁。方解石本体在没有外力作用下，如加热、摩擦、光照等，与外界不进行能量交换。晶格中发生能级跃迁的电子基本上来源于石墨、铁等的纳米级颗粒电子。石墨、铁等的纳米级颗粒，将刮痧时摩擦生热，并由于压电效应产生电流，进一步引发方解石晶格中电子能级跃迁。释放出的红外线光子的波长恰好为晶粒与晶粒之间的距离、具体对于用于砭石的致密方解石晶体而言，释放出的红外线光子的波长恰好为晶粒的半径，大约为7~15 μm。
对生物体的超弱光子辐射的研究证明人体细胞内的线粒体代谢发光（波长在230 nm左右）和DNA有丝分裂发光（波长在190~325 nm）是超弱光子辐射的来源[3]。生物机体超微光子辐射（电磁辐射场）具有非局域相干性，在机体内发生干涉、聚束构成一个整体性立体性的信息能量网络，即人体经络系统[4]。费伦等对胃经所在的骨膜（胶原纤维）进行了分子层次检测时，发现胶原纤维在径向对1100~500cm-1的波数范围(波长范围9~20μm)内存在一个较高效率的红外传输特征波段，其透光率为62%以上，其实验显示了穴位和经络区相对应的结缔组织胶原纤维中存在着典型的光学传输性质，证明了对于9~20μm波长范围而言，经络具有光纤维的物理特性[5]。基于以上事实，我们可以明确一点，就是经络就是人体的光子辐射相互干涉形成波长在9~20μm的远红外线通路。
量子生物学认为，人体是一个天然的红外线辐射源，不断地向外发出红外线、同时也不断地吸收外界的红外线能量[6]。胡翔龙等应用红外辐射示踪仪成功显示了人体体表的红外辐射轨迹与十四条经脉路线基本一致[7]。胡翔龙等还发现，穴位与非穴位区的红外辐射光谱差别较大，穴位区的红外辐射光谱主峰很明显，且辐射峰的波长在7~9μm区间[8]。
笔者委托核工业北京地质研究院依据KBr压片法，测定星陨砭石样品的红外光谱，结果如图3。从图中可以看出星陨砭石的红外线峰主要区域为6~10m，与穴位区红外辐射波长范围吻合。
基于经络内远红外线的波长在9~20μm区间、穴位区的红外辐射光谱主峰很明显，且辐射峰的波长在7~9μm区间，穴位与非穴位区的唯一差别在于：在穴位处的Ca、Fe、Zn、Mn、Cr、P、K等元素含量比非穴位处（生物液晶态的物质）高出40~200倍[5]。这说明，Fe等元素的含量是决定红外辐射波长的关键原因，是体内不同波长红外辐射光子能量调节的转换器。可见，这与星陨砭石晶体内部的Ca、Fe、Zn、Cr等微量元素的作用十分类似，如表2所示。反而言之，也正是由于星陨砭石内部晶体结构和微量元素的共同作用，才使其具备良好的理疗功能。通过人体体表的红外辐射轨迹与十四条经脉路线基本一致这一事实，我们可以推断，人体内脏腹的组织通过其经络与体表的经络及穴位相连，借助星陨砭石红外线的理疗作用，可以实现“内病外治”。
3 星陨砭石的压电效应
当对物体进行挤压或拉伸时，物体的两端会产生不同的电荷，这种效应被称为压电效应。根据晶体物理学，能产生压电效应的晶体就叫压电晶体，纳米级的微晶颗粒具有更高效的压电效应。纳米级的微晶Ba，Ti，Zn，Pb，Sn，Zr，Li等都是高效的压电材料，因此，根据表2可知，星陨砭石是一类有压电效应的晶体。压电性与晶体结构有关系。砭石中，绝大部分的方解石是粒径在15~30m的微晶结构，因此，砭石是一类高效的压电效应的晶体。
如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。在使用砭石刮痧时，尤其是砭石内部产生的超声波信号、高频震动，直接促进机械能与电能之间的转换功能，使砭石表面产生的就是高频电流，这种压电效应增强了砭石的调理效果。压电效应公式为：
Q为电荷量（C/cm2），D为压电常数（C/N），F为压力（N/cm2）。把压电效应公式运用在砭石上，得出压电常数D的大小与方解石的微晶结构的尺寸成反比，纳米级的微晶颗粒数量的比重成正比。
值得注意的是，黄铁矿（FeS2）和微晶石墨不是压电材料。但是，星陨砭石中石墨基本上是以纳米级微细颗粒产出（见图4），这将对方解石的导电性和热学性能起明显的增强作用。
根据现代生物物理学研究表明，神经、内分泌、免疫系统三者之间存在密切关系，形成了一个相互调节的网络[9]。其中，分子生物学已经对神经、内分泌、免疫系统三者之间的细胞信号传导通路进行了详细讨论和验证。
人体的生物电包括脑组织的思维活动、脏腑的自主神经调节活动以及肌肉骨骼的机械运动等，如果生物电系统功能紊乱可能会导致组织病变、情绪失常、甚至影响人的寿命。从生物电的角度，肿瘤或癌症部位均伴随着较高的负电位，就是由于细胞和病变组织异常增生产生的负电位，因此，调整和恢复人体及组织器官生物电系统功能，是治病或理疗的重点之一。另外，人体上负电位除了由体内细胞和病变组织异常增生产生的以外，由于日常体外穿着化纤等材料衣服、接触手机、电脑等电器，都会给人体附加而外的负电位。
在使用砭石过程中，通过压电效用产生的内部电流，会使砭石温度升高。温度升高的砭石将以释放远红外线的方式作用到人体，提升理疗效果。由于方解石微晶结构的特点，其压电效果是双向作用的、即可以对人体输出电流也可以吸收人体多余的生物电。当砭石在静止状态时，比如人体佩戴砭石饰物，由于纳米材料的属性，砭石可以吸收人体多余的生物电，调节微循环。因此，砭石是天然的神经系统调理工具。
4 星陨砭石的生物效应
4.1 超声波生物效应
根据生物物理学可知，适量的超声波作用于人体内可以起到诸多有益的效果。首先是按摩作用，超声波可对人体的细胞产生一定的压力，使细胞出现微小的运动，从而改变病变细胞的状态，达到治病的目的。其次是温热作用，人体吸收超声波的能量后，皮肤的血液循环加快，可以改善组织微循环状态。再次是生物学作用，超声波可影响人体内某些化学或生物学的变化过程，如改变酶的活性等。最后是对神经系统作用，神经系统具有对超声波敏感的特性，小剂量的超声波可使神经的传导速度减慢，从而具有明显的镇痛作用。另外超声波还可使胃肠道蠕动增加，胃肠分泌增加；可使心脏的冠状动脉扩张，改善心肌的血液供应；可使肾脏的血管扩张，增加肾脏血流量。 综上可知，砭石良好的超声波特性使它成为优良的天然医疗保健用品。
4.2 红外线生物效应
适当的远红外线对于人体具体有诸多益处。首先令水份子活性化，提高身体的含氧量。远红外线能使水分子产生共振，提高身体的含氧量，细胞因此恢复活力，进而能提高抗病能力，延缓衰老。其次改善微循环系统，令皮下深层的温度微升，血流速度加快，微血管扩张；同时将新陈代谢产生的废物排出体外。再次可以促进新陈代谢，微循环系统若得到改善，新陈代谢产生的废物便可迅速排出体外，减轻肝脏及肾脏的负胆。最后能够净化血液，平衡身体的酸碱度，预防因尿酸过高而引致骨络关节疼痛。
4.3 压电效应的生物效应
人体内有生物电循环系统，包含人体内生物电的产生、流动和流动轨迹，而经络可以看做是人体内的生物电通路。压电效应会产生电位差，电位差是生物体组织新陈代谢的必要条件之一。压电效应作用于穴位会影响穴位处钙离子等离子的聚集和排列，作用于经络则直接影响人体生物电的传递。另外压电效果是双向作用的，即可以对人体输出电流也可以吸收人体多余的生物电。从而调整和恢复人体及组织器官生物电循环系统，起到治病和理疗作用。
5 结论与展望
星陨砭石的主要矿物组成为微晶和部分纳米级方解石组成的晶体方解石，次要矿物组成为黄铁矿和石墨及Ba,Ti,Zn,Pb,Sn,Zr,Li等纳米级微晶材料。与西医的药物调理相比，砭石疗法秉承了中医“调理为上”的宗旨，砭术调理就是医者通过操纵砭具充分发挥砭石的场效应和“无形针”的作用，内病外治在人的体表施以各种手法，以疏通经络、气血，调节脏腑阴阳，达到治病的目的。
砭术是一门既古老又年轻的中医理疗课题，在现代科学实验基础上，岩石物理学家、生物物理学家和中医专家来自不同领域、应加强科研合作、进一步深入探讨砭石及其与人体相互作用机理，为以新砭石疗法为代表的中医科学化共同努力。
参考文献
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