CC BY
23
МЕДИЦИНА
В. Ф. БОРБАТ О. А. ГОЛОВАНОВА П. А. КАЧЕСОВА А. И. НИЗОВСКИЙ* А. В. БУБНОВ* М. В. ТРЕНИХИН* А. Н. ВИЧКАНОВ"
Омский государственный университет "Омский филиал Институт катализа
СО РАН "Омская областная клиническая больница
УДК 616.36-003.7
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ, ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕЦИДИВОВ И ПРИНЦИПОВ ЛЕЧЕНИЯ МОЧЕКАМЕННОЙ БОЛЕЗНИ.
ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ У ЖИТЕЛЕЙ ОМСКОГО РЕГИОНА
МЕТОДАМИ РЕНТГЕНОФАЗОВОГО, ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКОГО И ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗОВ ИЗУЧЕНА КОЛЛЕКЦИЯ ИЗ 69 КАМНЕЙ МОЧЕВОЙ СИСТЕМЫ ЖИТЕЛЕЙ ОМСКОГО РЕГИОНА. ОПРЕДЕЛЕНЫ МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ КАМНЕЙ, ЧАСТОТА ВСТРЕЧАЕМОСТИ КАМНЕЙ ОПРЕДЕЛЕННОГО МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА, НАИБОЛЕЕ ХАРАКТЕРНЫЕ ГРУППИРОВКИ МИНЕРАЛОВ ПРИ ОБРАЗОВАНИИ КОНКРЕМЕНТОВ. ПОЛУЧЕНЫ ОСНОВНЫЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАМНЕЙ.
Введение
Деятельность людей часто вызывает глобальные изменения окружающей среды с неблагоприятными последствиями для человеческого организма. В последнее время возрос интерес к изучению патологических биоминералообразований в организме человека. Нельзя назвать ни один орган в человеке, где не могли бы появиться патогенные органоминеральные агрегаты. В лечении этих заболеваний, в их профилактике и предупреждении рецидива вряд ли можно добиться настоящих успехов без детального изучения агрегатов, их состава, строения, онтогенетических особенностей. Среди патогенных биоминеральных образований наиболее известны камни мочевой системы.
Мочекаменная болезнь известна сдревнейших времен и сейчас распространена очень широко. Приводятся разные данные о частоте встречаемости этого заболевания, но в
среднем в развитых странах каждый сотый житель имеет в мочевой системе камни, часто не тревожащие и обнаруживаемые только при вскрытии после смерти, и примерно каждый десятитысячный житель попадает в больницу с этим диагнозом [2].
Частота встречаемости патогенных органо-минеральных агрегатов распределена неравномерно по разным территориям на планете [3]. Здесь играют роль и специфика местных условий (жесткость воды, климат и др.), и род занятий человека, тип питания, наконец экологическая обстановка в данном регионе.
Неблагоприятным в этом отношении регионом является Омская область, в которой за последнее время наблюдается рост числа заболеваний мочекаменной болезнью. Тенденцию роста можно проследить изданных, приведенных в таблице!
Таблица 1.
Год
1995 1996 1997 1998
Число больных мочекаменной болезнью (МКБ) 2060 2273 2313 2581
Заболеваемость МКБ на 100 тыс. населения 310 335 338 371
Впервые выявленные случаи МКБ на 100 тыс. населения III 98 122 124
На основании данных, полученных при обработке информации о пациентах, проходивших курс дистанционной литотрипсии в Омской областной клинической больнице, были выделены районы с наибольшими показателями заболеваемости мочекаменной болезнью. Выявленные районы расположены преимущественно в южной части Омской области: Калачинский, Марьяновский, Омский, Любин-ский и Исилькульский.
Омская область является регионом с критической экологической ситуацией. По итогам 1997-1990 годов, по данным Госкомэкологии, пород Омск входит в список 33 городов с самым высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха. Омск занимает 7 место среди городов по сумме выбросов от стационарных источников и автотранспорта. Загрязнение питьевой воды также является проблемой для Омской области. Наихудшая ситуация в сельских районах области, где на коммунальных водопроводах 24.1 % проб воды не отвечали требованиям ГОСТ 2874-82 по бактериологическим показателям и 42.7% - по химическим, на вневедомственных водопроводах - 25% по бактериологическим и 46.7% -по химическим показателям. Химическое загрязнение поверхностных вод на территории Омской области обуславливается содержанием соединений цинка, железа, меди, марганца, а также нефтепродуктов и фенолов, которое превышает предельно-допустимые концентрации (ПДК) по этим соединениям. Так, в воде реки Иртыша в 1998 году в районе села Татарка максимальные концентрации достигали: цйнка-38 ПДК, меди-31 ПДК, фенолов-16 ПДК, соединений железа -14 ПДК, нефтепродуктов -13 ПДК.
Для выяснения причин заболевания, профилактики рецидивов возникает необходимость в детальном изучении состава и строения камней мочевой системы, выяснении причин заболевания с учетом местных факторов, природных и техногенных. Ранее нами была сделана попытка использования физико-химических методов для анализа состава мочевых камней и конкрементов [5].
На данном этапе исследований основное внимание уделялось следующим вопросам: каков состав мочевых камней и как часто встречаются камни того или иного состава; какие компоненты преимущественно группируются в одном и том же конкременте, морфологические характеристики камней.
Объекты и методы исследования
Была исследована коллекция из 69 камней мочевой системы больных Омского региона. Для решения поставленных задач использовались методы рентгеновского фазового, химического и электронно-микроскопического анализов. С помощью рентгенофазового анализа проводилась характеристика кристаллохимического состава объектов; методом электронно-растровой микроскопии выявлялись особенности их морфологии. В Данных исследованиях применялся растровый электронный микроскоп "ВБ-ЗбО" фирмы "Тез1а", позволяющий получать качественное микрофото-фафическое изображение данных образцов камней с разрешением 0.1 мкм. Дифрактограммы были получены с использованием рентгеновского дифракгометра ДРОН-3 с использованием излучения СоКб. Исследование
поверхности образцов методом рентгеноэлектронной спектроскопии проводилось на спектрометре "\ЛЗ ЕБСА ЬАВ5НР".
Результаты и обсуждение
Согласно установившемуся представлению, выделяются три основные группы мочевых камней: уратные, состоящие главным образом из мочевой кислоты и ее солей; фосфатные, в строении которых принимают участие преимущественно соли ортофосфорной кислоты, и оксалатные, образованные солями щавелевой кислоты. Гораздо реже встречаются цистиновые камни и др..
Анализ литературных и собственных данных показывает, что наиболее распространенными минералами являются оксалаты: уэвеллит и уэдделлит; затем фосфатные минералы, за которыми следуют ураты.
Для Омского региона были получены следующие результаты. В образцах мочевых камней пациентов Омского региона были идентифицированы 5 минералов: уэвеллит, уэдделлит, гидроксилапатит, струвит, мочевая кислота и ортофосфат кальция. По данным рентгенофазового и химического анализа большая часть исспедован-ных камней сложена оксалатами (60%), фосфаты встречаются в 30 % камней, мочевая кислота еще реже (10 %). Оксалаты встречаются в виде уэвеллита (СаС204ЧН20) и уэдделлита (СаС204Ч2Н20). Уэвеллит является преобладающей фазой. Оксалаты образуют чаще всего полиминеральные камни.
В литературе приводится несколько возможных механизмов образования мочевых камней. Наиболее вероятным механизмом является отложение минерального вещества на центре, состоящего из сгустка органического вещества, причем вместе с минеральной составляющей одновременно происходит скручивание и отложение органической фазы.
Наиболее типичный состав мочевых камней: уэвеллит-уэдделлит, уэвеллит-мочевая кислота, уэвеллит-уэдделпит-гидроксилапатит кальция. Камни такого состава составляют 50 % от числа всех типов исследованных мочевых камней.
26У<1еагее
Рис.1. Рентгеновская дифрактограмма смеси уэвеллита и уэдделлита.
На рисунке 1 представлена типичная дифрактограмма, отнесение пиков которой указывает на то, что данный объект представляет собой смесь уэвеллита и уэдделлита.
На рисунках 2 и 3 дифрактограммы мочевых камней образованных мочевой кислотой и ортофосфатом кальция соответственно. Мочевая кислота образует либо моно-минерапьные камни, либо смешанные с уэвеллитом.
Фосфаты в мочевых камнях представлены ортофосфатом кальция (Са3(Р04)2пН20), гидроксил-апатитом (Са5(Р04)30Н) и струвитом (МН4МдР04-6Н20).
as
1fi 20 25 30 35 40 46 60
2 ©^degree
Рис.2. Рентгеновская дифракгограмма мочевой кислоты.
10 1« И 25 30 35
Рис.3. Рентгеновская дифрактограмма ортофосфата кальция.
Реже остальных можно встретить струвит (5%), который обычно образует смешанные камни с ортофосфатом кальция. На рисунке 4 приведен рентгеноэлектронный спектр поверхности фосфатного камня. Кроме линий кальция, кислорода и фосфора в спектре присутствует достаточно интенсивная линия углерода С1з, которая может указывать на наличие органики в составе исследуемого камня.
! 209 4 0 0 » > ) S О О 1000 ИБС
В Е ( с V )
Рис.4. Рентгеноэлектронный спектр поверхности фосфатного камня.
Состав мочевых камней больных Омского и Новосибирского регионов существенно отличается. В камнях пациентов Новосибирской области струвит встречается чаще (20 %) [4].
Абсолютное большинство мочевых камней имеет сложный полиминеральный состав. Мономинеральными бывают обычно только камни, состоящие из мочевой кислоты. Однако это бывает редко, чаще они имеют сложный состав.
Мочевые камни имеют богатый микроэлементный состав (до 17 микроэлементов) [2,4]. В большинстве мочевых камней больных Омского региона было найдено железо (менее 1.5 %).
Для мочевых камней характерно зонально-слоистое строение. Такие камни характеризуются чередованием слоев разного состава, так как разные вещества кристаллизуются при разной кислотности среды.
Мочевые камни разнообразны по форме, характеру поверхности, окраске и размерам. Они имеют шарообразную, часто слабо уплощенную, сплюснутую, иногда весьма сложную коралловидную форму. Особенно сложную форму имеют почечные камни, именно в почках встречаются коралловидные камни, состоящие из "основного" камня и отходящих от него многочисленных отростков. Окраска мочевых камней достаточно разнообразна от белого и светло-серого до буро-желтого и темно-коричнего. Окраску камней связывают с проникновением пигментов мочи (урохром, уроэритрин и др.) в органическое вещество камней. Мочевые камни имеют весьма разные размеры, от маленьких до крупных.
Для каждой структурной модификации почечных камней наблюдается своя характерная морфология частиц. Для оксалатных камней характерны дипирамидальные, преимущественно хорошо ограненные кристаллы (рис.5). Уэвеллит обычно встречается в виде дипирамидальных, реже стреловидных кристаллов размером до 20-100 мкм, а также в виде налегающих друг на друга тончайших пластинок, расположенных параллельно поверхности
Рис.5. Микрофотография поверхности оксалатного камня.
\7Ф
ШШй^ * \
Х.Ш П >» . „ . - ... V
' • * о
п * ш , \ 1 ; *
Рис.6. Микрофотография поверхности уэдделлита, имеющего сферолитовое внутреннее строение.
камня. Уэдделлит наблюдается в виде сферолитов (рис.6), а также хорошо ограненных уплощенных дипирамидальных конвертообразных кристаллов.
Для морфологии фосфатов характерна более рыхлая, по сравнению с оксалатами поверхность, состоящая из множества неплотно прилегающих друг к другу сфероподоб-ных частиц размером до 10-15 мкм (рис.7). Гидроксилапатит образует гелеобразные шарикоподобные агрегаты диаметром 1-2 мкм. В тех случаях, когда апатит представлен кристаллическими формами, он наблюдается в виде тончайших пластинок или иглоподобных кристалликов. Ортофосфат кальция образует тонкие дисковидные кристаллы, которые при разрастании дают бесформенные спутанно-волокнистые агрегаты.
l«kV ~lt»a Ott«
Рис.7. Микрофотография поверхности фосфатного камня.
Мочевая кислота наблюдается в виде призматических или игольчатых кристаллов (рис.8).
.......... I
^^ИГ^« * Г . ШВЫ!-' ; ;
Ш? Im Шш. " ä %
'Si *
ш -ЛУС
I
Рис.8. Микрофотография поверхности уратного камня.
Все мочевые камни по характеру их внутреннего строения можно подразделить на зернистые и сферолитовые. Кроме того, встречаются камни, в которых одни зоны имеют зернистое строение, а другие сферолитовое Зернистое внутреннее строение имеют мочевые камни, состоящие из оксалатов и некоторых других минералов (струвит). Сферолитовое строение характерно для мочевых камней фосфатного и уратного состава. Камни такого строения часто бывают представлены одним крупным сферолитом, центром которого является чаще всего сгусток органического вещества.
В данном исследовании был определен минеральный состав мочевых камней. Выяснен вопрос о встречаемости камней того или иного состава, какие группировки минералов характерны при образовании этих камней. Также получены основные морфологические характеристики камней мочевой системы. Хотя мы понимаем, что объем охваченного материала (69 камней) недостаточен для окончательного вывода.
Для получения вышеперечисленных результатов были использованы взаимодополняющие друг друга методы рентгенофазового и химического анализов, метод растровой электронной микроскопии. В дальнейшем необходимо выяснить причины и механизмы образования мочевых камней, учитывая местные факторы, природные и техногенные. В частности, с нашей точки зрения, одним из основных факторов, влияющих на образование камней в организме человека, является состав питьевой воды в данном регионе.
Изучение возможного влияния состава воды на образование отложений в организме человека может явиться предметом дальнейшего детального изучения.
Литература
1. Каткова В.И. Мочевые камни: минералогия и генезис. Коми научный центр УрО РАН. 1996.88 с.
2. Кораго A.A. Введение в биоминералогию. СПб.: Недра, 1998.280 с.
3.Лонсдейл К., СьюторД. Кристаллографическое исследование почечных и желчных камней // Кристаллография. Т16. №6.. 1971. с. 1210-1219.
4. Пальчик H.A., Т.Н. Григорьева., Корнева ТА., Мороз Т.Н., Родин P.C. Кристаллохимический анализ биоминералов почечного камня // Химия в интересах устойчивого развития. 1999., № 7., с. 541-546.
5. Низовский А.И., Бубнов А.В.Дренихин М.В., Вичканов А Н. Использование физических методов исследования для диагностики, прогнозирования рецидивов и принципов лечения мочекаменной болезни. I. Рентгенофазовый и электронно-микроскопический анализ почечных камней и конкрементов. //Омский научный вестник, №3-4, 1998г. ОмГТУ, Омск.
БОРБАТ Владимир Федорович - докт. техн. наук, заведующий кафедрой неорганической химии Омского государственного университета.
ГОЛОВАНОВА Ольга Александровна - канд. хим. наук, доцент кафедры неорганической химии Омского государственного университета.
КАЧЕСОВА Полина Анатольевна - аспирант кафедры неорганической химии Омского государственного университета.
НИЗОВСКИЙ Александр Иванович - канд. хим. наук, ст. научн. сотрудник, руководитель группы рентгеновских методов исследования и электронной микроскопии Омского филиала Института катализа СО РАН, доцент кафедры TOB ОмГТУ.
БУБНОВ Александр Владимирович - инженер группы рентгеновских методов исследования и электронной микроскопии Омского филиала Института катализа СО РАН. ТРЕНИХИН Михаил Викторович-мл. научн сотрудник группы рентгеновских методов исследования и электронной микроскопии Омского филиала Института катализа СО РАН, ст. преподаватель кафедры TOB ОмГТУ.
ВИЧКАНОВ Александр Николаевич - зав. отделением дистанционной литотрипсии Омской областной клинической больницы, врач высшей категории.
