Опыт использования сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа для изучения состава мочевых камней

Руднева Анастасия Алексеевна; Лятун Иван Игоревич; Гойхман Александр Юрьевич; Козлов Антон Владимирович

117

УДК 616.604

А. А. Руднева, А. Ю. Гойхман, И. И. Лятун, А. В. Козлов

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СКАНИРУЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ И ЭНЕРГОДИСПЕРСИОННОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СОСТАВА МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ

Приводятся результаты изучения химического состава мочевых конкрементов с помощью энергодисперсионного анализа. Показано, что данная методика позволяет анализировать элементный состав уролитов.

This article presents the results of a study of the chemical composition of uroliths using energy dispersing analysis. It is shown that this methodology makes it possible to analyse the elemental composition of uroliths.

Ключевые слова: уролитиаз, камнеобразование, химический состав, энергодисперсионный анализ.

Key words: urolithiasis, stone formation, chemical composition, energy dispersive analysis.

Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. 2015. Вып. 1. С. 117—122.

Введение

Мочекаменная болезнь (МКБ) — одно из наиболее распространенных хронических заболеваний, поражающих не менее 3 % населения земного шара [1; 9]. Изучение минерального состава и строения мочевых камней (уролитов) представляет значительный интерес не только для врачей, напрямую занимающихся диагностикой и лечением МКБ, но и специалистов в других областях науки — биоминералогии, химии, кристаллографии [2; 3]. Для изучения состава мочевых камней используют рентгенографический метод, ИК-спектроскопию, рентгенофлуо-ресцентный анализ, сканирующую электронную микроскопию и ряд других методов [4].

В то же время даже при использовании инфракрасной спектроскопии и рентгеноструктурного анализа при изучении сложных по составу камней ошибки могут превышать 10 % [13]. С этой точки зрения использование новых методологий при изучении состава мочевых камней может оказаться полезным для устранения ряда противоречий в результатах, получаемых различными методами.

Целью нашей работы была оценка возможности изучение состава мочевых камней методом сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного микроанализа.

Материалы и методы

Работа проводилась в научно-образовательном центре «Функциональные наноматериалы» Инновационного парка БФУ им. И. Канта. Был изучен химический состав 90 уролитов, полученных у пациентов с диагнозом мочекаменная болезнь, проходивших лечение в различных медицинских учреждениях Калининграда и Калининградской области. Образцы существенно различались по массе, форме, поверхности и цвету (камни были предоставлены хирургами-урологами и самими пациентами). Химический состав конкрементов исследовался с помощью энергодисперсионного анализатора Oxford Instruments X-Act на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6390LV.

Пробоподготовка. Камни подвергали механическому дроблению с целью отделения ядра от оболочки конкремента. Образец камня с размером от 15 до 1 мм закрепляли на специальный держатель, помещали в электронный микроскоп. Для определения концентраций химических элементов, входящих в изучаемый образец, производился анализ рентгеновского спектра в специализированном программном обеспечении Oxford Instruments INCA.

Углерод и кислород исключались из спектров для снижения погрешности определения концентраций других химических элементов.

Результаты и обсуждение

Поскольку на практике в мочевых камнях анализируют, как правило, ограниченный набор элементов, вклад которых в развитие уроли-тиаза установлен, мы ограничили количество определяемых элементов и сосредоточили свое внимание на встречающихся чаще, чем другие: Ca, P, K, Si, Na, Cl, Al, Mg.

Опыт работы по анализу состава мочевых камней с помощью энергодисперсионного анализатора Oxford Instruments X-Act на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6390LV дает возможность сформулировать ряд предварительных выводов.

Вывод 1. Процедура пробоподготовки и анализа благодаря использованию анализатора с соответствующего программного обеспечения занимает несколько минут и результаты исследования представляются в удобной для анализа графической форме. В связи с этим данный метод может претендовать на роль количественного экспресс-метода для анализа камней, содержащих различные количества отдельных составляющих и выявить ведущий компонент.

Вывод 2. Результаты определения элементного состава уролитов с 119 помощью сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа позволяют оценить гетерогенность состава уролита (рис. 1 — 6).

Несмотря на то что нами не были обнаружены статистические различия между содержанием в уролитах Ca, K, S, Si, Na, Cl, Al, P, Mg — в коре и оболочке уролита (рис. 5 — 9), характер распределения концентрации отдельных составляющих в коре и оболочке камня указывает на то, что достоверные различия можно получить, если будут сгруппированы относительно однородные по составу камни [5; 7; 8]. Другим возможным объяснением отсутствия различий может стать то, что процесс образования камня не является линейным во времени, поскольку скорость нуклеации, роста кристаллов, их агрегация с последующим образованием конкремента зависят от сочетания множества факторов — чередования периодов ремиссии и рецидивов, эффективности медикаментозной терапии и др. [6; 10; 11]. В связи с этим эксперты Европейской ассоциации урологов (European Association of Urology, 2011) рекомендуют во всех случаях диагностирования МКБ а также у пациентов с ранним рецидивам на фоне медикаментозной терапии или в случае рецидива после длительной ремиссии МКБ, в ходе которой состав камня может меняться, проводить анализ конкрементов с помощью аналитических процедур, достоверность которых доказана [12; 14].

Вывод 3. На наш взгляд, апробируемый нами метод анализа уроли-тов найдет применение при поиске интегральных показателей риска кристаллообразования у людей с повышенным риском МКБ. В связи с тем, что непосредственно для анализа камня с помощью энергодисперсионного анализатора Oxford Instruments X-Act на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6390LV требуются небольшие количества образца, изучение процесса кристаллизации в модельных системах будет способствовать исследованию не столько метаболических факторов риска или модификаторов кристаллообразования, сколько выяснению характера их взаимодействия между собой при развитии МКБ.

Вывод 4. По нашему мнению, изучение состава мочевых камней с использованием метода сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа представляется перспективным для изучения эпидемиологических аспектов мочекаменной болезни — влияние местных климатических факторов, состава воды, характера питания и ряда других на минеральный состав камней.

120

Рис. 1. Содержание Ca в ядре и оболочке уролитов (%):