CC BY
60
УДК 612:616:549
ПРОБЛЕМА ГЕНЕЗИСА УРОЛИТОВ
В. И. Каткова
Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар Katkova@geo.komisc.ru
Приведена динамика заболеваемости уролитиазом в течение 2007—2010 гг. по Республике Коми. Особое внимание уделено генетическим аспектам минералообразования в мочевыводящей системе человека. Показано, что в генезисе патогенных твердых биоминеральных образований (уролитов) микробиологическая роль принадлежит не конкретному представителю, а различным классам микрофлоры и любой орган или система могут быть вовлечены в процесс минералообразования. Делается вывод о том, что каждому человеку свойственна определенная совокупность факторов, способствующих уро-литиазу.
Ключевые слова: уролиты, уролитиаз, генезис, ингибиторы.
THE PROBLEM OF URINARY STONES GENESIS
V. I. Katkova
Institute of Geology of Komi SC UB RAS, Syktyvkar
Incident rates in the dynamics of urolithiasis in Komi Republic from 2007 throughout 2010 are presented. Genetic aspects of mineral formation in the human urinary system are considered. It is shown that the microbiological role in genesis of pathogenic solid biomineral formations (urinary stones) does not belong to a certain representative of microflora but to its different classes. Any organ or system can be involved in mineral formation taking place in the urinary tract. Hence, everyone possesses a set of factors contributing to urolithiasis.
Keywords: urinary stones, urolithiasis, genesis, inhibitors.
При исследовании 80 мочевых камней, полученных от лиц, проживающих в Республике Коми было установлено, что на долю оксалатных уролитов приходится 62 %, фосфатных —
21 % (апатит- и струвитсодержащие включительно) и уратных — 9 %. Среди смешанных камней оксалаты с фосфатами и оксалаты с мочевой кислотой составляют по 4 %. В исследованных образцах поляризационным, рентгеноструктурным и ИК-спектроско-пическими методами идентифицированы шесть минералов: уэвеллит [СаС204-Н20], уэдделлит [СаС204-2Н20], карбонатсодержащий апатит-(Са0Н)[Са5(Р04,С03)30Н], струвит [MgNH4P04-6H20], ньюбериит [MgHP04 3Н20], мочевая кислота [С5Н^403]. Все камни, состоящие из мочевой кислоты, были обнаружены у мужчин. Следует также заметить, что у них уролитиаз встречается чаще, чем у женщин. По данным анализа 50 анамнезов фактор наследственности имел место у 10 человек при отсутствии сведений в 8 случаях.
По статистике наибольшее число случаев мочекаменной болезни (уро-литиаза) на 1000 человек приходится на Вуктыльский, Усть-Цилемский районы Коми Республики и г. Сыктывкар. Для Сыктывдинского, Усть-
Вымского и Печорского районов характерны более низкие показатели заболеваемости. В динамике с 2007 по 2010 г. во многих районах отмечался рост мочекаменной болезни (рис. 1). Эти показатели заболеваемости, отражающие проблемы взаимоотношений в системе «человек — среда», оказались несколько выше общероссийских. Последние данные Госкомстата и Минздрава России свидетельствуют, что уролитиаз в период 2005—2009 гг. возрастал и в целом по Российской Федерации, составив в 2009 г. 5.2 случая на 1000 человек [4].
14
В монографиях 3. С. Вайнберга [1], О. Л. Тиктинского [12] и В. И. Вощулы [ 3 ] анализируются экзогенные ф акторы, способствующие к уролитиазу: 1) особенности питания (потребление большого количества белка, углеводов, алкоголя, уменьшение потребления жидкости, дефицит витаминов А и Вб, ги-первитаминоз Б, прием щелочных минеральных вод и т. д.); 2) характер жизнедеятельности (гиподинамия, род занятий, климатические, экологические условия и т. д.); 3) прием лекарственных препаратов (сульфаниламидов, аскорбиновой кислоты и др.).
ц
■J
о
о
о
СЗ
X
о
е:
о
-
2007
12010
Рис. 1. Заболеваемость уролитиазом в Республике Коми
Эндогенными факторами риска являются инфекция мочевых путей, эндокринопатии (гиперпаратиреоз, гипертиреоз, синдром Кушинга), нарушения метаболизма (подагра, окса-лоз и др.). Врожденные и приобретенные анатомические аномалии мочевыводящих путей, вызывающие нарушения оттока мочи (нефроптоз, стеноз лоханочно-мочеточникового соустья, стриктура уретры и т. д.), заболевания внутренних органов (неопластические процессы, хроническая почечная недостаточность и т. д.).
Генетические факторы (цистину-рия, синдром Леша-Найхана и др.) создают предпосылки патогенной минерализации. В работе В. И. Вощу-лы [3] отмечается, что определение генетического вклада в уролитиаз затруднено его многофакторной природой. Высокая концентрация оксалат-ионов и промоторов кристаллизации (ураты) и низкая концентрация ингибиторов кристаллизации (цитрат, уро-модулин, остеопонтин и нефрокаль-цин) в урине вносят вклад в кристаллизацию оксалата кальция в мочевыделительной системе. К примеру, ги-пероксалурия тип 1 (ПГ1) на клиническом уровне — заболевание почек, а на молекулярном — патология, вызванная недостаточным синтезом в печени промежуточного метаболического фермента аланин-глиоксилат аминотрансферазы. Аутосомно-ре-цессивные болезни чаще всего обусловлены дефектами ферментов, реже — недостатками структурных белков [3]. Следует отметить, что кристаллизация цистиновых, ксантиновых соединений и аминопуринов (аденина) сопровождающая уролитиаз, встречаются крайне редко и их совокупная доля составляет около 1—2 %.
Теории камнеобразования. Одна из ранних теорий (кристаллизационная) связывала возникновение камней с нарушением коллоидного состояния мочи и последующей кристаллизацией солей из пересыщенного раствора. Согласно этой теории, для развития уролита необходимым условием является наличие ядра, в качестве которого могли служить поврежденные клетки и микробиальные тела. Отложение органических веществ в ходе формирования камня рассматривалось как вторичный процесс. Однако дальнейшие исследования показали, что в уролитах всегда присутствует органическое вещество. Вопрос о том, откуда появляется матрица, и каким образом она участвует
в создании минеральных агрегатов, оставался открытым.
Роль белка в генезисе конкрементов. При изучении органической составляющей уролитов было установлено, что в составе матрицы нет различий между фосфатными и оксалат-ными камнями [1]. Проведенные нами исследования аминокислотного состава разных генетических типов биоминералов (уролитов, холелитов, ринолита) показали, что различные минералы формируются в условиях повышенного содержания одного и того же набора аминокислот, выполняющих в генезисе твердых образований роль структурообразующих компонентов. Преобладание моноамино-дикарбоновых кислот и лейцина или глицина является типичным для патогенных уролитов, свидетельствуя о том, что в минералообразующей среде активно протекали процессы биосинтеза минералов [7].
В последние десятилетия пристальное внимание уделялось изучению активности различных протеоли-тических ферментов у больных уроли-тиазом, а также их активаторов и ингибиторов в моче. Биохимические исследования показали, что основой матрицы уролитов, как правило, являются ингибиторы минерализации (уропонтин, уромодулин, бикунин, альбумин и др.) вырабатываемые почечным уротелием [10, 13, 14].
Микробиологический фактор в генезисе уролитов. Струвитсодержащие и апатитсодержащие мочевые камни медицина давно связывает с проникновением бактериальной инфекции в мочевые пути. При фосфатном типе уролитиаза инфекционный агент вызывает воспалительные изменения в мочевой системе. Из различной микробной флоры как наиболее патогенные выделяют вульгарный протей, синегнойную палочку, некоторые штаммы стафилококка и кишечной палочки [1].
Согласно В. И. Вощуле [3] важная роль в развитии уролитиаза принадлежит нанобактериям (НБ). В монографии автор приводит фактический материал, свидетельствующий о том, что НБ, покрытые оболочкой из карбонатсодержащего апатита-(СаОН), содержатся в сыворотке крови, моче, мочевых камнях, дентолитах, а также и в мягких тканях. Они хорошо размножаются в искусственной моче.
Исследователи из г. Томска подтвердили данные зарубежных медиков о присутствии нанобактерий в
различных патологически измененных органах (щитовидная железа, атероматозные бляшки аорты, аденома простаты, почечные, желчные, легочные, зубные камни человека и животных). Они также рассматривали НБ в качестве живых микроорганизмов, вызывающих самые массовые и опасные заболевания человека [2].
В статье «Предполагаемые нанобактерии в крови как наночастицы карбоната кальция», опубликованной в Докладах АН США [15], была поставлена точка в спорах о природе НБ. Эксперименты показали, что наночастицы, образующиеся в результате спонтанной кристаллизации частиц карбоната кальция в присутствии сыворотки человеческой крови или питательной среды БМЕМ, морфологически и размерами не отличаются от нанобактерий. Однако авторы указали, что такой минерально-органический комплекс может служить причиной избыточной кальцификации в тканях и органах.
Согласно исследованиям А. В. Книгавко [8] наиболее часто высевается вид Ureaplasma игеа1уШсит (67 %). Клетки бактерий диаметром 330 нм и округлой формы, не имеют клеточной стенки, образуя колонии размером 15—60 мкм (рис. 2). Уреап-лазма является одной из разновидностей микрофлоры, которая способствует образованию псевдомуцина (составляющей будущей матрицы) на поверхности слизистой почки. Влияние бактерий на процесс камнеобразования состоит в расщеплении моче -вины до аммиака, что ведет к повышению щелочности, осмотичности и литогенности урины. Установлено, что медикаментозная терапия против уреаплазменной и другой патогенной инфекции позволяет останавливать камнеобразование у подавляющего большинства (96.8 %) пациентов с рецидивирующим уролитиазом.
Грибковая микрофлора. При исследовании уролитов методом СЭМ было выявлено, что независимо от минерального состава в них встречаются такие структурные элементы грибковой микрофлоры как гифы и споры (рис. 3). Кроме того, в оксалат-ных камнях кристаллического строения были обнаружены и другие редкие образования, которые можно интерпретировать как грибковые друзы и конидии [5].
Источники щавелевой кислоты. Гипероксалурия (повышенное содержание ионов оксалата в урине)
Рис. 2. Колония уреаплазмы имеет вид «глазуньи» в апатитсодержащем уролите
определяется примерно у 20 % пациентов с почечными камнями, состоящими из оксалата кальция. Щавелевая кислота в составе крови подразделяется на экзогенную, которая поступает в результате абсорбции из желудочно-кишечного тракта (30 %) и эндогенную, как продукт метаболизма (70 %) [1, 3]. Считается, что эндогенный оксалат-ион образуется при употреблении очень высоких доз аскорбиновой кислоты (30 %) и в результате метаболизма глиоксало-вой кислоты (40 %).
Источники фосфорной кислоты. Гиперфосфатурия может возникнуть в результате употребления продуктов питания с большим содержанием солей фосфорной кислоты (см. таблицу) [9, 11]. Кроме того, гиперпаратиреоз сопровождается с гиперфосфатурией и гиперкальциурией.
Источники мочевой кислоты. Она образуется в организме вследствие окисления пуринов. Частота встречаемости мочекислого уролитиаза у людей, имеющих нарушение пуриново-
го обмена (подагру), составляет 20 — 40 %. Однако замечено, что уровень мочевой кислоты в крови при не-фролитиазе не повышается [1]. Диета, богатая протеинами и пуринами (мясо, сардины) с частым употреблением алкогольных напитков приводит к повышению экскреции мочевой кислоты и снижению значений рН мочи. К продуктам, содержащим большое количество пуринов и нукле-опротеидов, относятся телятина, молодое свиное мясо, печень, почки, мозги, чай, кофе, шоколад, сельдь [1].
Ранее нами была предпринята попытка создания теоретической модели формирования уролитов в зависимости от их минерального состава [5]. Одним из недостатков работы являлось то, что определяющая роль в генезисе оксалатсодержащих и мочекислых уролитов, приписывалась жизнедеятельности грибковой микрофлоры.
Полагаем, что при наличии в кишечнике большого количества факультативных аэробных микроорганизмов и жизнедеятельности грибков, создаются условия, при которых увеличивается синтез щавелевой кислоты, и возрастание концентрации С2О42-ионов в кровеносном русле, а затем в почечных канальцах. Образование щавелевой кислоты возможно из самых разнообразных исходных веществ: углеводов, пептона, глицерина и органических кислот. Это свидетельствует о том, что вряд ли существует единственный путь ее образования.
Не только почки, но и любой орган или система могут быть задействованы в процесс минералообразо-вания в мочевыделительной системе. Например, оксалат-ионы, синтезированные грибковой микрофлорой в полости зуба [6] или в каком-либо другом органе, попадая гематогенным путем в почечные ткани, создают благоприятные условия для уролитиаза. Аналогично этому, высокая концентрация мочевой кислоты может быть обусловлена частым употреблением продуктов питания, содержащих нук-леопротеиды, и жизнедеятельностью микробиоты в различных органах.
Таким образом, из выше изложенного следует, что микробиота, ионы С2О42- и М5Н4С403 в мочевыводящей системе преобразуют ингибиторы минерализации в биоминераль-ные образования (рис. 4). Воздействие бактериальных ферментов на каль-цийсвязывающие фосфорилирован-ные сиалопротеины, в частности, уро-понтин или уромодулин при отсутствии оксалат-ионов и мочевой кислоты способствует образованию стру-вита и реже карбонатсодержащего апатита-(СаОН).
Результаты проведенных нами исследований и анализ литературных данных приводят к выводу о том, что каждый человек располагает определенной совокупностью факторов, способствующих уролитиазу.
Анализ заболеваемости уролити-азом в городах и районах Республики Коми указывает на то, что природноэкономические условия в среде обитания человека являются одним из факторов, провоцирующих формирование уролитов.
Установлено, что микробиологическую роль в генезисе патоген-
Рис. 3. Структурные элементы грибковой микрофлоры: гифы между кристаллами уэдделлита (а), спорангия (б) 16---------------------------------------------------------------------------------------------------------
Содержание фосфора и кальция (мг/100 г) в обычной пище [9, 11]
Виды пиши Примеры Са Р Са/Р
Мясо Говядина, вырезка жареная Сосиски 12 25 250 139 0.05 0.18
Колбаса п/копченная 29 226 0.12
Свинина, ветчина жареная 10 236 0.04
Домашняя птица Курица жареная 33 244 0.14
Рыба Палтус жареный Треска жареная Горбуша мороженная 16 31 20 248 274 200 0.06 0.11 0.1
Овсяные блюда 9 57 0.16
Продукты из злаков Рис вареный Хлеб из муки в/с Хлеб из муки I сорта 10 20 23 28 65 84 0.36 0.3 0.3
Яйца Яйцо куриное 54 205 0.26
Молоко цельное 120 90 1.33
Молочные Сыр Российский 1000 540 1.85
продукты Масло крестьянское н/с Творог полужирный 24 94 30 152 0.8 0.62
Корнеплоды Картофель Свскла 12 37 54 43 0.22 0.9
Зелень Салат 20 22 0.9
Бобовые Горох вареный Бобы вареные 20 47 62 121 0.32 0.39
Фасоль вареная 50 37 1.35
Яблоки 16 11 1.45
Фрукты Виноград Персики 30 9 22 19 1.36 0.47
Шоколад Молочный Без добавления молока 199 5 241 178 0.83 0.03
уролит
Рис. 4. Схема трансформации органической составляющей в биоминеральное
образование (уролит)
ных твердых биоминеральных образований играют представители различных классов микрофлоры. Каждый такой представитель бактерий и грибов в процессе своей жизнедеятельности может вносить свой вклад в образование патогенных биоминералов в организме человека. При этом любой орган или система могут быть вовлечены в процесс мине-ралообразования в мочевыделительной системе.
Среда кристаллизации, состоящая из кальцийсвязывающих сиалопроте-инов, вырабатываемых уротелием почек и обеспечивающих их защитную реакцию, в процессе биохимических трансформаций становится источником минеральной и органической (матрицы) составляющих уролитов.
Исследования проводились при поддержке грантов по программе Президиума фундаментальных исследований РАН № 09-П-5-1013, 09-П-5-1026 и НШ-7198.2010.5.
Литература
1. Вайнберг 3. C. Камни почек. М.: Медицина, 1971. 198 с. 2. Волков Т. В., Рихванов Л. П., Сухих Ю. И., Волкова Н. Н. Нанобактерия как минеральнобиологический фактор и ее роль в формировании новообразований в питьевой воде // Минералогия и жизнь: Материалы IV Международного минералогического семинара. Сыктывкар: Геопринт, 2007. С. 39—40. 3. Вощула В. И. Мочекаменная болезнь. Этиотропное и патогенетическое лечение, профилактика. Мн.: ВЭ-ВЭР, 2006. 268 с. 4. Заболеваемость населения России в 2009 году [Электронный ресурс]: Минздравразвития России. М., 2010. Режим доступа: www.minzdravsoc.ru. 5. Каткова В. И. Мочевые камни. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 1996. 87 с. 6. Каткова В. И. Биоминералогия стоматолитов. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 111 с. 7. Каткова В. И., Шанина С. Н, Боров-кова Е. В. Аминокислоты: структурообразующие компоненты биоминералов и маркеры процессов биосинтеза // ЗРМО, 2008. № 5. С. 80—85. 8. Кни-гавко А. В. Значение инфекционного фактора в рецедировании мочекаменной болезни // В1СНИК Украпнськоп медичноп стоматологпноп академпп, 2009. Т. 8. Вып. 4. Ч. 2. С. 62—63. 9. МечлинЛ. Фосфор в питании человека // Фосфор в окружающей среде. М.: Мир, 1977. С. 451—461. 10. Прахин Е. И., Реушев М. Ю, Бороздун С. В., Эверт Л. С. Оксалатно-кальциевый не-фролитиаз в детском возрасте // Педиатрия, 2004. № 2. С. 67—70. 11. Скури-хин И. М., Нечаев А. П. Все о пище с точки зрения химика. М.: Высшая школа, 1991. 288 с. 12. Тиктинский О. Л. Уролитиаз. Л.: Медицина, 1980. 192 с. 13. Fouad Atmani, Patricia A, Glenton, Saeed R. Khan. Identification of proteins extracted from calcium oxalate and calcium phosphate crystals induced in the urine of healthy and stone forming subjects // Urol. Res., 1998. 26. P. 201— 207. 14. Fouad Atmani. Characterization ofurinary bikunin and its role in urolithiasis // Reviews in Biology and Biotechnology, 2001. Vol. 1. № 2. Р. 17—20. 15. Martel J, Young J.D. Purported nanobacteria in human blood as calcium carbonate nanoparticles. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2008. 105. P. 5549—5554.
Рецензенты д. г.-м. н. В. И. Силаев, к. г.-м. н. А. К. Полиенко
