CC BY
48
Кузьмичева Г.М.1, Глыбочко П.В.2, Аляев Ю.Г.2, Руденко В.И.2, Ларцова Е.В.2, Антонова
М.О.1, Натыкан А.А.3, Рязанов В.В.4 Современные физико-химические методы и информационные технологии изучения активности камнеобразования
1 Московская государственная академия тонкой химической технологии им.
М. В. Ломоносова
2 НИИ уронефрологии и репродуктивного здоровья человека, кафедра урологии Первого
МГМУим. И.М.Сеченова 3 МГУ им. М.В.Ломоносова 4 Вычислительный центр им. А.А.Дородницына РАН
Московская государственная академия тонкой этнической технологии нм. МЛ. Ломоносова (МИТХТ нм. М.В Ломоносова)
Профессор, доктор химических наук Кузьмичева Галина Михайловна
СОВРЕМЕННЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗУЧЕНИЯ АКТИВНОСТИ
КАМНЕОБРАЗОВАНИЯ.___________________
П.В. Гпыбочко, Ю.Г. Аляев, В.И.Руденко, Е.В.Ларцоеа (НИИ уронефрологии и репродуктивного здоровья человека, кафедра урологии Первого МГМУ им. И.М.Сеченова
М.О.Антонова(МИТХТ им. М.В.Ломоносова)
Д.Л. Натыкан (МГУ им. М.В.Ломоносова,)
В.В.Рязаное (Вычислительный центр им. А.А.Дородницына РАН)
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Оптимизировать известные и применить новые физико-химические методы, информационные технологии для определения составов мочевых камней in vitro и in vivo, а также состава мочи, и установить между ними качественные и количественные связи.
ТИПЫ МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ
Ураты:
^^N^.3х 2Н2О (дигидрат мочевой кислоты); C5H4N4Oз (безводная мочевая кислота);
С^^^ ^^) (кислый урат аммония)
Фосфаты: MgNH4PO4 •6H2O (струвит),
MgКPO4•6H2O
Саю(Р04)6(0Н)2
(гидроксилапатит)
Са^(Р04, СО3, 0Н)6(0Н)2 (карбонатгидроксилапатит CaHPO4 • 2H2O (брушит)
Мочевые
камни
СаС204 СаС204 <
Оксалаты:
Н20 (вевеллит) пН20 (ведделлит)
Другие:
1) Органические:
С6H12N ^^2 (цистин), C5H4N4O2 (ксантин), ^7° 4^ (холестерин) и другие;
2) Неорганические: CaCO3 (кальцит, арагонит, ватерит)
^2°3’
CaSO,|
SЮ^
2H2O,
2H2O
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ:
1)Определение элементного состава:
-количественный рентгеноспектральный микроанализ;
2) Определение фазового состава:
-качественный и количественный анализ с использованием рентгеновского и синхротронного излучений,
-качественная ИК-спектроскопия,
-спектрофотометрия (количественное определение содержания белка),
-термогравиметрия и рентгенография (количественное определение кристаллизационной воды);
3) Изучение микроструктуры:
-сканирующая электронная микроскопия.
Представлены доступные, информативные и дополняющие друг
друга методы
РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ (2011г)
Смешанные камни: оксалаты + ураты; оксалаты + фосфаты
Изученные камни (460-100%)
Смешанные камни: оксалаты + фосфаты; оксалаты + ураты
Камни размером >> 1 cм (~15%)
Пациенты НИИ уронефрологии и репродуктивного здоровья человека кафедры урологии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова
СВЯЗЬ ТВЕРДОСТИ КАМНЕЙ IN VITRO (Pуел. ед) И СТРУКТУРНОЙ ПЛОТНОСТИ КАМНЕЙ IN VIVO (H, отн. ед).
íim *
¿ IMÉ я
Б
X
-m
i u P.JVIIU. ]
i m-
Uf*- Я
№
1ДН.
í ut*. i
■
T*- ■-
ыИ
«! i.* 1 P1,
И- расчет
Н- эксперимент
р(±0.07)= 1.539+0.000485 Н - СВЯЗЬ мвжру структурной ПЛОТНОСТЬЮ (Н: Ш vivo) н удельной плотностью (р: расчет) иочевого камня
СОСТАВ МОЧИ (95% воды)
Суточный объем, л 0.5+2
Плотность, кг/л 1.015+1.022
рН 4.8+7.5 (6.6-6.8)
Органические компоненты: •Мочевина •Кетоновые тела •Аминокислоты •Креатинин
•Мочевая кислота и ее соли
•Глюкоза
•Белок
•Гиппуровая кислота •Креатинин •Цитрат - ионы •Оксалат - ионы •Изоцитрат - ионы
Неорганические компоненты:
•К+, Ма+, Са2+, Мд2+, МН4+
•С1-, Б042-, НРО42-, М03-, М02-, Р043-•Другие ионы (в малых количествах)
Бактерии:
Рвеи^топав аегидіпова ві руодепев Е. Ооііі
вр. аоіпеїоЬаоїег
Выделены показатели, оказывающие существенное влияние на камнеобразование
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА МОЧИ:
1) Клинические методы:
-общий анализ мочи; суточная экскреция (ионы: Ма, Са, К, Мд, Р04, С1; С5Н4М403, С0(МН2)2, креатинин и др.)
2) Химические методы:
-титриметрия (С2О42-, С5Н4М403),
-ферментативный (С2О42-, [(СН2)2С(0Н)(С00)3]3-),
-электрофорез (С2О42-, [(СН2)2С(0Н)(С00)3]3-);
3) Физико-химические методы:
-безреагентная ионная хроматография (ионы: Ыа, Са, К, Мд, ЫН4, Р04, С1, Э04, Ы03, Ы02; С5Н3М403- и урат-ионы, связанные с калием или натрием; С2О42- [(СН2)2С(0Н)(С00)3]3-, [(СН)2(ОН)СН2(СОО)]3-
Безреагентная ионная хроматография —одновременное определение 17
ионов
I iD'n fi|
Область 1 Элементный состав, масс.%: Са=22.94; С=23.Э5; 0=37.20
Гидроксилапэтит (36%) + карбонатапатит (50%}
■ еатерит (1 і %)
Ч*Ь»1Ц
Область 3
Область 2 Элементный состав, масс.%: Са=14.56; С=12.29; 0=50.24
Область 4
Eeseititum (St %) + гидроксилапатит (f 95í)
\ І^-V J JU J_ Л. AJu'-,-.
« « lb -1 II M lb p IF f* M 10 pg UHiiiliiriiii ¥нш*я.і*ад
Состав мочи до лечения, мг/суі : с(Р043)=2609 (1000-6500), с(Са)=224 (100-300),
с(цитрат-ион)=470 (460-1000)
<<амень
каліШіЬ
íwovetí j!T т/сяотг +
ñtиисрзго wo^eeoií
камень 1
камень 2
СКШ№И -ояечвнна мгJCÿi с(СпО-3 )=у (40-60); г 1-îSj гн Ш
501 сшітМПнЬ 237 (4o0-1QQw¡ СШаї иоКИЗ» {S00 2250 )
СВЯЗЬ ВИДА БАКТЕРИИ И ФАЗОВОГО СОСТАВА МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ (размер >>1см)
А А
И ■ 3 Э 2 >раг ьі-< X * •
оксаппткг ■ ~15*Иі
н*г бакісрі-ьі Е Сої 1 і 5р. асіґЧіІі-Ьасіе^
РЇК>Гі»5 йіьги^рпоха 91 р сшаиаммач фЛф* вид и;ікі#[нш
В большинстве случаев фосфатам сопутствуют бактерии в моче
ТЕОРИИ КАМНЕОБРАЗОВАНИЯ
- 18.75% 12.5% 12.5%
фосфаті" АЛЛ
к т и з в 18.75%
* 37.5%
оксапвт^г колпицпя
Фргїнччес» ЇЙ ин-фекц-исннія ■«ария онквоВрйнямии
Вид микроструктуры должен быть связан с механизмами роста
камней
ФОСФАТЫ
Капьцификаты артерии
ПРЕДПОЛАГАЕМЫЕ СТАДИИ РОСТА МОЧЕВЫХ
КАМНЕЙ
1. Все показатели мочи в норме:
с(1)=с(норма)
1. Увеличение концентрации иона А в моче:
с(А)>с(норма)
2. На зародыше начинается рост мочевого камня, что сопровождается уменьшением концентрации иона А в моче:
с(А)>с(норма) —> с(А)=с(норма)—► с(А)<с(норма).
3. Увеличение концентрации иона В в моче:
с(В)>с(норма)
4. Смена состава мочевого камня:
с(В)>с(норма) —> с(В)=с(норма) —> с(В)<с(норма).
Представленные стадии роста подтверждены экспериментально
МАТЕМАТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗОВ
1. Оценка состава мочевого камня in vivo
2. Оценка риска рецидива
3. Оценка возможности образования коралловидных камней
4. Оценка риска камнеобразования
5. Решение других задач
Нахождение показателей, оказывающих основное влияние на прогнозируемые результаты
Данные клинического обследования 75 ПРИЗНАКИ (60 параметров):'нтов РЕЗУЛЬТАТ: анализ мочи (клинический -общий) и крови - до лечения, длительность 1 класс-оксалаты (62) рецидива, сопутствующие 2 класс-фосфаты (6) заболевания, МСКТ (размер, Н), УЗИ и т.д. 3 класс-ураты (7)
_L_J_
ОБУЧЕНИЕ: Анализ с помощью 8-ми алгоритмов распознавания (Голосование по большинству) Правильно определен состав камней 70 пациентов (ошибка <10 %)
_rz=^
ПРОГНОЗ: определение состава мочевых камней 11 новых пациентов
Правильно определен состав камней ~ 91%
Данные клинического обследования 13 г.п.4оша.г.4 /,л пациентов ПРИЗНАКИ (70 параметров): РЕЗУПЬТАТ‘ анализ мочи (клинический-общий +СЭ, . . , 1 класс - есть риск БИХ, ТИТР) и крови - до лечения, , , рецидива МКБ (7) рентгеноскопия, длительность рецидива, сопутствующие 2 класс - нет риска заболевания, МСКТ (размер, рецидива МКБ (6) локализация, Н), УЗИ и т.д.
—L і—
ОБУЧЕНИЕ: Анализ с помощью 8-ми алгоритмов распознавания. Выбраны алгоритмы, адекватно разделяющие признаки по результатам (1-100%, 3-92,3%, 3-83,6%, 1-69,2%)
ПРОГНОЗ: определение возможности риска рецидива МКБ 6 новых пациентов
Правильно определен риск рецидива МКБ 100%
