CC BY
55
Минералогия
УДК 549.11+611.466.1
НЕОДНОРОДНОСТЬ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА УРОЛИТОВ
А.К. Полиенко, А.А. Поцелуев, С.С. Ильенок
Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Изучено распределение химических элементов в структуре уролитов. Получены данные по распределению отдельных элементов и их соотношению в точках на профиле и в плоскости среза (шлифа). Установлено, что неоднородность в распределении элементов в структуре связана с особенностями зон роста уролитов. Это зафиксировано на границах, разделяющих минеральную и органическую компоненты уролитов. Установлено, что отдельные химические элементы встречаются во многих точках наблюдения, в то же время другие элементы наблюдаются довольно редко.
Ключевые слова:
Структура уролитов, элементный состав, распространение элементов.
Key words:
Structure of urolithes, element structure, distribution of elements.
Введение
В последние два десятилетия повысился интерес исследователей к изучению патогенных биомине-ральных образований в организме человека. Одними из таких образований являются уролиты, формирующиеся в мочевыделительной системе. Заслуживает пристального внимания характер распределения химических элементов в структуре уролитов. Изучение химического и биохимического состава уролитов, а также структурных особенностей их ритмической зональности отмечено в ряде работ [1-5]. Полученная информация имеет большое значение для понимания онтогении уролитов.
Материалы и методы исследования
Задачей исследования является изучение распределения отдельных химических элементов в структуре уролита, которая представлена чётко выраженным ядром и несколькими зонами. Каждая зона отделена от соседней тончайшим слоем, состоящим из органического вещества и имеющим тёмную окраску.
Актуальность данной проблемы диктуется необходимостью детального исследования химического состава уролитов с целью получения новых данных, которые могут более глубже понять механизм зарождения, развития и изменений, происходящих в уролитах.
Для выполнения поставленной задачи в качестве объекта исследований использован уролит, полученный в результате удаления камня из почки в урологическом отделении городской больницы № 3 (пациент 70 лет). Изучение уролита проведено по комплексной методике, которая предполагает несколько этапов исследования. Вначале на бинокулярном микроскопе изучена морфология поверхности, определён минеральный состав, текстурно-структурные особенности уролита, а затем был изготовлен шлиф. В шлифе исследован минеральный состав уролита и характер взаимоотношений между зёрнами. Следующий этап исследований заключался в изучении распределения химических элементов в структуре уролита. Эта работа была выполнена с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) НйасЫ S-3400N с энерго-дисперсионной приставкой (ЭДС) Бгикег ХБЫИ 4010 для проведения рентгеноспектрального анализа. Микроскоп располагается в учебно-научной лаборатории электронно-оптической диагностики МИНОЦ кафедры геоэкологии и геохимии (ГЭГХ) Института природных ресурсов ТПУ (оператор С.С. Ильенок). Съёмка (исследование) шлифа производилась в режиме обратно рассеянных электронов при давлении порядка 30...40 Па.
При исследовании шлифа уролита были использованы следующие возможности сканирую-
щего электронного микроскопа И1ТЛСИ1 8-3400№
• определение наличия и содержания химических элементов в точках по профилю (линии);
• изучение распределения химических элементов по площади (в плоскости среза исследуемого объекта);
• представление информации в виде графического материала (содержание элементов) и фотографий (карты распределения элементов). Исследования с использованием названного
выше оборудования выполнены впервые с получением научных данных, позволяющих сделать важные выводы о распределении отдельных химических элементов в структуре уролитов.
Основные результаты исследований и их обсуждение
Изучен шлиф уролита СИ-1-2 с известным минеральным составом (оксалатно-фосфатным). Ядро уролита представлено сгустком органики, в которую погружены кристаллы одноводного ок-салата кальция СаС204.И20 (минерал - уэвеллит).
В шлифе исследовано 20 точек, в каждой из которых в массовых процентах определено содержание химических элементов (табл. 1). Получена информация о распределении отдельных элементов и их соотношении как в точках на профиле, так и в плоскости среза (шлифа).
Изучено содержание элементов в отдельных точках шлифа, по каждому элементу выявлены минимальные и максимальные величины их содержания.
Таблица 1. Содержание химических элементов (мас. %) в шлифе уролита (наблюдения по 20 точкам)
Элемент/частота встречаемости Мт/Мах
С/15 16,3/59,2
№/15 */10,8
Са/15 */32,8
С/14 2,5/18,4
Б1/14 */28,6
Б/13 */40,2
К/13 */2,2
Р/12 */12,3
N/10 8,7/30,9
Мд/8 */9,9
3 Ф 1_1_ */59,8
Ва/2 */23,0
1г\/2 */40,4
As/2 */69,1
БЬ/1 */70,8
РЬ/1 */75,2
N1/1 */49,3
*Ниже предела обнаружения.
Из анализа табл. 1 следует, что 9 химических элементов выявлены в достаточно большом количестве точек (от 10 до 15 из 20 точек наблюдения). К
таким элементам относятся: 0, Ка, Са, С, 81, 8, К, Р, N. Остальные элементы встречены в меньшем количестве точек. Так, М§ и Л1 отмечены в 8 точках; С1 - в 7 точках; Бе - в 3 точках; Ва, 2п, Л - в 2 точках; РЬ и N1 - по одной точке.
В отдельных точках шлифа определены соединения: Ва804, Бе82, 2п8.
Рис. 1. Расположение точек исследования на профиле в шлифе уролита (от периферии - т. 4 к ядру уролита - т 1)
В шлифе (рис. 1) отчётливо видна линия границы ядра (в т. 1 по профилю) и две границы между зонами (тт. 2 и 3). В этих точках, а также в т. 4 отмечено повышенное содержание органического материала.
В изученном уролите отмечено чередование комплексных по химическому составу и значительных по мощности зон роста (мощностью от 20 до 40 мкм) с маломощными (от 5 до 10 мкм) зонами, преимущественно кальциевого состава. Содержание этого основного образующего элемента в маломощных зонах возрастает до 20...30 %. При этом значительно снижается содержание углерода (до 2,5...5,3 %) и азота (до 9.11 %).
В строении уролитов отчётливо выделяются зоны. В пределах одной зоны рост уролита обусловлен, главным образом, формированием оксалат-ных соединений. На сформировавшемся агрегате оксалатного состава в дальнейшем может происходить отложение карбоната кальция. Формирование следующей зоны вновь начинается с активного отложения оксалатов.
По выбранному профилю (рис. 2) показаны 5 элементов, составляющих основу химического и минерального состава уролита: углерод, кислород, кальций, фосфор, азот.
При изучении распределения химических элементов по профилю шлифа установлено наличие четырёх чётко выраженных пиков, соответствующих точкам наибольшей концентрации ионов кальция. Эти точки (1-4 на профиле) расположены на границах, разделяющих структурные зоны уролита. Границы между зонами представлены органическим веществом, которое расположено на поверхности слоя, сложенного минеральным веществом. В органической массе содержится
кальций, который вместе с фосфором образует сложные фосфаты (карбонат-апатит и др.). Наличие границ между слоями и зонами в структуре уролита свидетельствует о различных параметрах (химизме) среды минералообразования.
Как следует из работы О.А. Головановой [4], основными параметрами минералообразующей среды в почке человека являются концентрации веществ, формирующих кристаллические фазы, и рН среды. Основными ионами, вступающими во взаимодействие и формирующими кристаллические фазы уролитов, являются: Са2+, Mg2+, NH4+, С2О42-, РО43-, Соз2-, C5H3N403-. На основании термодинамического и экспериментального моделирования О.А. Головановой установлено, что при повышении концентрации ионов первыми появляются в твердой фазе фосфаты магния и фосфаты кальция. Далее могут образовываться оксалаты магния и кальция. В кислых средах возможно образование уратов.
В медицинской литературе обсуждаются вопросы о возможности выведения уролитов из мочевой системы без хирургического вмешательства. М.Я. Жолондз в газете «Лечебные письма» [6] приводит информацию, касающуюся ионообменных процессов в организме человека. Эти процессы могут способствовать изменению химического состава и структуры уролита, уменьшению его прочности и разрушению до состояния «песка». Объясняется это тем, что ионы калия могут вытеснять ионы
других металлов из их солей. В качестве источника ионов калия используется распространенное лекарство от сердечной аритмии - аспаркам (панангин). Также рекомендованы любые богатые калием и широко доступные травы и овощи в виде отваров. К ним относятся петрушка, кресс-салат, картофель, капуста зеленая, свекла, морковь.
Рис. 3. Расположение точек наблюдения (4-10) в плоскости шлифа
На рис. 3 приведено положение наиболее характерных точек наблюдения в плоскости шлифа. Точки наблюдения выбраны с таким расчётом, чтобы можно было получить полное представление о характере распределения элементов в структуре уролита. Выбраны точки: в центре ядра (т. 4), бли-
же к периферии (тт. 5 и 6), на границе ядра (тт. 7 и 8) и за пределами ядра (тт. 9 и 10).
Таблица 2. Содержание химических элементов в шлифе (наблюдения по 7 точкам)
Эл- емен- ты Точки наблюдения
4 5 6 7 8 9 10
Содержание, мас. %
0 47,7 42,83 55,79 59,22 51,17 48,43 51,38
N 30,8 9,88 8,72 9,07 11,58 30,88 27,18
Са * 26,44 20,07 23,64 32,83 * *
С 15,4 5,34 2,46 4,51 2,53 15,45 18,79
Р * 11,91 * * * * *
№ * * * * * * *
Мд * * 9,87 * * * *
А1 * * * * * * *
Б1 * * * * * * *
Б * * * * * * *
С1 * * * * * * *
К 2,23 * * * * 2,06 *
*Ниже предела обнаружения.
Отдельные химические элементы, такие как алюминий, кремний, сера и хлор в точках 4.10 встречаются в количествах, находящихся ниже предела определения. Фосфор и магний установлены каждый в одной точке, калий - в 2-х точках, кальций - в 4-х точках.
Наибольшее содержание (мас. %) в исследованных точках отмечено для следующих элементов: кислорода (59,2 в точке 7), азота (30,9 в точке 9), кальция (32,8 в точке 8), углерода (18,8 в точке 10), фосфора (11,9 в точке 5).
В точке 13 наибольшее содержание отмечено для кислорода и бария. Соединение этих элементов с серой способствовало образованию сульфата бария Ба804 (минерал барит).
В точке 14 зафиксировано два элемента - Бе и 8, соединение которых способствовало образованию сульфида железа Бе82 (минерал пирит).
В точке 15 отмечено повышенное содержание 2п и 8 (минерал сфалерит 2пБ). Остальные элементы содержатся в меньших количествах, и их точное определение находится ниже предела
Элементы в т. 13 мас.%
Углерод 9,3
Кислород 53.3
Натрий *
Кремний *
Фосфор *
Хлор *
Калий *
Кальций *
Азот 8,9
Сера 4,7
Барий 23,0
*Ниже предела обнаружения
Рис. 4. Точка 13 в шлифе СЬ-1~2. Барит (ВаБ04)
Элементы в т. 14 мас. %
Сера 40,2
Железо 59,8
Рис. 5. Точка 14 в шлифе СЬ-1~2. Пирит (ЕвБ2)
»15
- f* -
. _ 4
г ■■*■*«. iSLr "' ■ * •
• , • . . «■. ■ V
. • 't. - . 2
І 20 мкм ^
Элементы в т. 15 мае. %
Углерод 11,8
Кремний *
Фосфор *
Кислород 16,3
Сера 19,7
Кальций 2,6
Калий *
Железо 4,9
Цинк 40,4
*Ниже предела обнаружения
Рис. 6. Точка 15 в шлифе Ch-1~2. Сфалерит (ZnS)
обнаружения. В т. 16 установлено неожиданно высокое содержание Аз - 69,1 мас. %, также 8 -30,8 мас. %; а в т. 18 также отмечены высокие содержания 8Ь - 70,8 мас. % и 8 - 29,1 мас. %.
Выводы
1. Получены данные, свидетельствующие о неоднородном распределении химических элементов в структуре уролита. Преобладают элементы следующих групп Периодической системы Д.И. Менделеева: I - Ка, Са, К; IV - С, 81; VI -0, 8. Причина неоднородности в распределении элементов в структуре уролита заключается в периодическом изменении параметров среды минералообразования.
2. В структуре уролита выделяются зоны, границы между которыми подчёркнуты отчётливо выраженным преобладанием органического
вещества по отношению к минеральному. Отмечено чередование зон, сложных по химическому составу и имеющих большие мощности по сравнению с относительно менее мощными зонами (преимущественно кальциевого состава). Содержание кальция в таких зонах возрастает при заметном снижении содержания углерода.
3. Отмечены существенные различия в содержании элементов как на границах между зонами, так и в плоскости среза (шлифа) уролита. Наибольшее содержание характерно для элементов: С, О, К, Са, Р.
4. Результаты исследований, полученные при изучении конкретного шлифа уролита, с определённой степенью осторожности могут быть экстраполированы на другие уролиты, не подвергнутые наблюдению.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. О химическом составе мочевых камней / Полиенко А.К., Грибанова А.А.; Томск. политехн. ин-т. - Томск, 1997. - 5 с. -Рус. - Деп. в ВИНИТИ 24.12.1997, № 3742 - 97.
2. Особенности биохимического состава мочевых камней / Полиенко А.К., Грибанова А.А.; Томск. политехн. ин-т. - Томск, 1997. - 6 с. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 31.12.1997, № 3859 - 97.
3. Голованова О.А., Борбат В.Ф. Почечные камни. - М.: Медицинская книга, 2005. - 171 с.
4. Голованова О.А. Биоминералогия мочевых, желчных, зубных и слюнных камней из организма человека: дис. ... д-ра геол.-минерал. наук. - Томск, 2007. - 333 с.
5. Севостьянова О.А., Полиенко А.К. Структурные особенности ритмической зональности уролитов (мочевых камней) // Записки Российского минералогического общества. - 2010. -Т. 4. - № 5. - С. 93-100.
6. Жолондз М. Я. И камни растворятся! // Лечебные письма (СПб.). - 2006. - № 16. - С. 20-24.
Поступила 15.12.2011 г.
