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2024结石的成石过程

成石的过程是复杂的物理化学过程,是液相向固相转变的动力学运动。其过

程大致经过以下几个步骤：晶核形成→结晶生长→结晶聚集→结晶滞留→

结石形成。

1．晶核形成

成核就是旧相(亚稳相)不断转变成新相(稳定相)的动力学过程，或者说就是

晶核不断形成，形成的晶核不断长大的过程，晶体是在物相转变的情况下

形成的。物相有三种，即气相、液相和固相。只有晶体才是真正的固体。

由气相、液相转变成固相时形成晶体，固相之间也可以直接产生转变。晶

体生成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大。一般认为晶体从液相

或气相中的生长有三个阶段：①介质达到过饱和阶段②成核阶段③生长阶

段(图3-4)。

结晶过程中的成核有均相和非均相两种可能。均相和非均相成核又称为同

质和异质成核。均相成核是在过冷或过饱和状态下，由于结晶分子的热运

动使得局部分子的密度出现随机波动，这时多个分子可能簇集成团而转为

固态。若体系能克服由于晶簇的产生而带来的自由能增加，则晶簇就可以

继续长大成为晶粒，当溶液中已有粒子存在时，非均相成核往往成为主导

机制。非均相成核是由于固体杂质微粒的存在以及有机基质表面的粗糙部

位提供了结晶分子簇集的中心点。此时，晶核继续生长的过程中，在己成

长完全的表面上仍有一个二维晶核生长的过程。由于亚稳相中各种杂质、

或有机基质，比如细胞膜﹑细胞碎片﹑其它晶体﹑红细胞和尿管型的存在，

使非均相成核所需克服的表面能垒要远远低于均相成核。生物矿化的过程

是晶体异相成核的过程，有机基质对成核的诱导作用是通过降低成核活化

能来完成的。

所有晶体都有晶格结构，可以通过X线衍射测定。如果一个晶体的晶格结

构与另外一种相似，第二个晶体可以在第一个上面成核和生长，这个过程

叫取向附生。在某种成分的过饱和尿中存在与其不同的另一种结晶时，如

果这两种晶体的晶格相似，那么，过饱和溶液中的成石成分就会在后者现

有的晶面上定向生长，即取向附生，这一现象也可视为成石过程中一种特

殊的异质成核，同时，也可根据这种取向附生机制来解释为何尿路结石多

为混合成分所组成。取向附生在晶体生长中的作用仍然存在争议，但如果

尿液中引起沉淀的盐仍然过饱和，核就会形成更大的晶体。晶体核出现在

水溶液中，化学和电的作用导致的晶体间的相互碰撞会引起晶体聚集。成

核过程有一个势垒：能越过这个势垒的就可以进行晶体生长了，否则不行。

2．结晶生长：

一旦晶核形成后，就形成了晶－液界面，在界面上就要进行生长，即组成

晶体的原子、离子要按照晶体结构的排列方式堆积起来形成晶体。1927

年Kossel首先提出，后经Stranski加以发展的晶体的层生长理论亦称为

科塞尔—斯特兰斯基理论。它是论述在晶核的光滑表面上生长一层原子面

时，质点在界面上进入晶格座位的最佳位置是具有三面凹入角的位置，

质点在此位置上与晶核结合成键放出的能量最大。因为每一个来自环境相

的新质点在环境相与新相界面的晶格上就位时，最可能结合的位置是能量

上最有利的位置，即结合成键时应该是成键数目最多，释放出能量最大的

位置。

早在1855年，法国结晶学家布拉维(A．Bravis)从晶体具有空间格子构造

的几何概念出发，论述了实际晶面与空间格子构造中面网之间的关系，即

实际晶体的晶面常常平行网面结点密度最大的面网，这就是布拉维法则。

布拉维法则阐明了晶面发育的基本规律。但由于当时晶体中质点的具体排

列尚属未知，布拉维所依据的仅是由抽象的结点所组成的空间格子，而非

真实的晶体结构。因此，在某些情况下可能会与实际情况产生一些偏离。

1937年美国结晶学家唐内—哈克(Donnay－Harker)进一步考虑了晶体

构造中周期性平移(体现为空间格子)以外的其他对称要素(如螺旋轴、滑移

面)对某些方向面网上结点密度的影响，从而扩大了布拉维法则的适用范围。

布拉维法则的另一不足之处是，只考虑了晶体的本身，而忽略了生长晶体

的介质条件。晶体核出现在水溶液中，化学和电的作用导致的晶体间的相

互碰撞会引起晶体聚集。晶体生长和晶体聚集可以形成足够大的晶体堵塞

集合管的内腔，这已经是结石病发病机理的主要假说。饱和尿液中的离子

不断沉积到晶核的表面，结合到晶格中，使晶体逐渐长大，但是依靠晶体

生长而致结石形成的效率太低。

从生理学角度来看，原尿从肾集合管流至膀胱约需10分钟，然而尿石形

成的部位多在肾乳头管或肾集合管，其管径约50～200μm。据推算，自

晶格生长至直径200μm的结晶，随尿饱和度不同，约需90分钟