Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Минералогическая эволюция мочевых камней

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Минералогическая эволюция мочевых камней"

Российская Академия наук Уральское отделение

Р Г Б О научный центр Институт геологии

' Л ЯНВ 1995

На правах рукописи

КАТКОВА ВАЛЕНТИНА ИВАНОВНА

МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ

Специальность 04.00.20 - минералогия, кристаллография

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Сыктывкар - 1995

Работа выполнена в Институте геологии Коми научного/ центра Уральского отделения Российской Академии наук

Научный руководителыдоетор геолого-минералогических наук, академик Н.П.Юшкик

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук Я.Э.Юдович

доктор геолого-минералогических наук Л.К.Яхонтова

Ведущая организация Санкт-Петербургский госуниверситет (г.Санкг-Петербург) ,

Защита состоится 14 февраля 1995г. в 10°° часов на заседании Диссертационного совета Д.200.21.01. по защите диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук в Институте геологии Коми научного центра Уральского отделения Российской Академии наук по адресу : 167000, г.Сыктывкар.ул.Первомайская,54, ауд.218.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра

Автореферат разослан 14 января1695 ,

Ученый секретарь ...

специализированного совета, ¿/¡Д

доктор геолого-минералогических наук ///¡// А.Б.Махс&в

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность,. Мочекаменная болезнь известна тысячелетия. Много сведений об этой болезни получено еще учеными древнего Востока, которые пытались разгадать причину возникновения и объяснить механизм образования камней. К сожалению, и в современном лечении доминируют хирургические методы, которые не дают гарантии против рецидивов, чбо не устраняют причину болезни.

Полиэтиологическая природа камнеобразования не вызывает сомнения у медиков, но поскольку достоверно не установлены причины и механизм камнеобразования, то нет и общих и надежных рецептов для профилактики и метафилактики заболевания.

Кроме того, установлено, что не только почки, но и почти все ткани и органы человека могут содержать конкременты - минеральные новообразования. Поэтому исследование таких органо-минеральных агрегатов, как мочевые камни, важно не только для профилактики и метафилактики мочекаменной болезни, но и для обнаружения и лечения многих других заболеваний.

Цель паботы заключалась в раскрытии механизмов образования мочевых камней и выяснении возможной роли микробиологических процессов при их формировании.

1. Изучение состава, текстуры, структуры мочевых камней.

2. Экспериментальное моделирование образования биоминералов в гелевой среде.

3. Выявление эндогенных и экзогенных факторов, способствующих камнеобразованию.

Научная новизна. Изучена микроструетура мочевых камней. Впервые обнаружены бактерии в оксалатсодержащих и мочекис-лых камнях. Предложены модели формированиягконкрементов в зависимости от их анатомического типа и состава Экспериментально получены сферокристаплы и агрегаты монокристаллов кальцита (СаСОз) из углеводной и белковой сред при участии кишечной палочки, а также смешанной культуры Е. Coli и St. aureus. Исследовано влияние бактериальной деятельности на синтез кристаллов брушита (СэНРОд • НгО), апатита (Са5(Р04)з(0Н)), струвита (MgNH4P04-6H20) в среде силикагеля.

Практическая значимость. Проведенные исследования раскрывают особенности микроструктуры мочевых камней, выявляют зажную роль Бактерий при их формировании, в частности

при образовании биоминералов из органических сред (углеводы, белки).

Эти исследования значительно проясняют механизм камнеоб-разования, и поэтому позволяют дать практические рекомендации, которые помогут в профилактике и метафилактике мочекаменной болезни - уротилиаза.

Основные защищаемые положения заключаются в следующем:

1. В фосфатных мочевых камнях наряду с апатитом, струвитом обнаружен аморфный фосфат кальция. В структуре мочевых камней установлены тела различной морфологии, которые интерпретируются как бактерии.

2. Минеральное вещество мочевых камней включает промежуточные и конечные продукты жизнедеятельности бактерий.

3. Онтогенетическая эволюция мочевых камней в значительной степени определяется составом и строением органического вещества, выделяемого почками в результате воздействия патогенного фактора.

ГДетопь! исследования. В качестве основных методов исследований использованы п^ляризационно-оптический, ИК-спек-троскопический, рентгеноструктурный методы. Для изучения микроструктуры мочевых камней использован метод растровой электронной микроскопии. Химический, спектральный полуколичественный, лазерный, рентгено-структурный анализы, ИК-спек-троскопические анализы выполнены в лабораториях ИГ Коми НЦ УрО РАН.

Фактический материал, Автором собрано и изучено более 40 конкрементов (моно- и полиминерального состава) у лиц,! проживающих на территории Республики Коми с документированным анамнезом заболевания. Кроме того , исследовано около 30 мочевых камней, полученных из Киевского НИИ. урологии и нефрологии С целью моделирования естественных процессов биоминералообразования синтезированы в гелевой среде каль-: цит, апатит, брушит, струвит, вевеллит.

Апробация работы, Основные положения диссертационной работы обсуждались на различных научных совещаниях, конференциях и семинарах: XII региональной минералогической школе "Топоминералогические аспекты медицинской минералогии" (.Сыктывкар, 1991); II Всесоюзном совещании "Теория минералогии" (.Сыктывкар, 1991); I Межгосударственной конференции "Биоминералогия-92" (Луцк.1992); годичной научной сессии Ин-

ститута геологии Коми НЦУрО РАН (Сыктывкар, 1992); Межгосударственном минералогическом семинаре "Минералогия и жизнь" (Сыктывкар, 1993); 16 съезде Международной минералогической ассоциации (Пиза, 1994), Минералогических семинарах Сыктывкарской секции Всероссийского минералогического общества (Сыктывкар, 1988-1993).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 100 страниц, включая 25 рисунков, 10 таблиц и список литературы (85 названий).

Работа выполнена в Лаборатории экспериментальной минералогии Института геологии Коми НЦ УрО РАН в рамках планозой темы: "Механизмы, факторы и эволюция микерапообразования" под руководством академика РАН, профессора Н.П. Юшкина, которому автор выражает глубокую благодарность.

Автор искренне признателен В.И.Ракину, как постоянному соавтору многих работ за неоценимую помощь на всех этапах исследования.

Автор также благодарен В.Н.Филиппову за выполнение растровой электронной микроскопии, Л.А.Януловой, Л.Л.Ширяевой. З.И.Сухановой а также всем коллегам в Отделе минералогии Института геологии, помощь и поддержка которых ощущались на протяжении всего периода выполнения работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывется актуальность работы, ставятся цель и задачи исследования, приводятся тезисы защищаемых положений и другая нормативная информация.

В первой главе (Минералогия человека) приведен обзор литературных данных, в котором рассмотрены минералы, идентифицированные в организме человека. Список идентифицированных кристаллических образований в организме человека насчитывает более 35 биоминералов (Кораго, 1991). В это число входят фосфаты (гидроксилапатит, карбонатапатит, струвит, брушит, окта-капьцийфосфат и др.), карбонаты, (кальцит, фатерит), минералы органического состава ( оксапаты, ураты, пальмитат кальция, билирубин, холестерин ) и др.

Для целей этой работы в человеческом организме можно различать две группы биоминералов: 1 - биоминералы, физиологи-

чески необходимые организму человека (физиогенные); 2 - патологические биоминералы (патогенные).

Первые входят в состав тех или иных органов и выполняют различные функции в организме, из которых важнейшими являются опорная, защитная, резервная (кости, зубы), абразивная (зубы), ориентационная (отолиты и отоконии). Образование фи-зиогенкых биоминералов является нормальным, их локализация в организме строго определена.

Считается, что патологические биоминералы возникают в результате нарушений функционирования всего организма или его отдельных органов. К ним относятся биоминералы, которые входят в состав мочевых, слюнных, зубных и других камней. В настоящее время доказано, что почти все *кани и органы человеческого организма могут содержать минеральные отложения. Приводится список биоминералов и их возможных парагенезов, формирующихся в различных органах человека. Б общем, среди биоминералов доминируют апатит и холестерин. Апатит, кристаллический и аморфный, может быть как патогенным минералом, так и физиогенным. Холестерин является структурным компонентом клетки и основным компонентом желчных камней. Отметим также брушит, который формируется не только как патологический биоминерал, но и входит в состав костей и зубов совместно с заведомо физиогенными биоминералами.

Во втопой главе (Минералогия мочевых камней) дана характеристика минералов, идентифицированных в коллекции. В процессе роста происходят закономерные изменения как химического состава минерала, так и его формы. Кроме того, I :еняется и фазовый состав растущего конкремента, отражая изменение химического состава минералообразующей среды.

В образцах мочевых камней, которые собраны у лиц, проживающих в Республике Коми, нами идентифицированы 6 минералов: вевеллит (СаСрОд-НгО), ведделлит (СаСгО^НгО), апатит (Са5(Р04)з(ОН,СОз,Р,С1)), струвит (МдМЩРО^бНгО). аморфный фосфат кальция, мочевая кислота (С5Н4Ы4Оз). Аморфный фосфат кальция, по-видимому, входит в состав агрегатов глобулярной формы.

При исследовании более 40 мочевых камней, собранных по нашему региону, оказалось, что оксалаты составляют 67%. фосфаты - 23%. и ураты - 10%. Из 29 щавелевокислых камней мономинеральный состав (более 85% одного минерала) имели 18 (62%). Из 10 фосфорнокислых камней мономинеральными оказа-

лись 3 струвитсодержащие - (30%). Остальные 7 камней состояли из апатита и органического вещества.

Исследованные нами образцы позволяют выделить три основных анатомических типа оксалатных камней: сферолито-зонапь-ный, кристаллический и смешанный. Большое количество сколов было исследовано методом растровой электронной микроскопии. Оказалось, что вевеллит и ведделлит в них присутствуют совместно, независимо от анатомического ти"1а (сферолито-зо-нального или кристаллического) камня. На микрофотографиях ведделлит наблюдается в виде сферолитов - поликристаллических агрегатов с приблизительно радиальной симметрией,- Кроме того, ведделлит образует также дипирамидальные кристаллы. Острые вершины и ребра, ориентированные радиально, придают этим кристаллам игольчатый облик. Наиболее распространены дэа типа гебитусных форм {101}, {100}. и более редкие {111}, {110}.

Как наши исследования, так и анализ литературных данных, позволяют утверждать, что вевеллит присутствует в камнях со сферолито-зональным типом структуры. Однако эти агрегаты неодинаковы по строению: они могут быть построены из игольчатых, пластинчатых и призматических индивидов. Интересно, что при исследовании камнзй методом РЭМ нами был обнаружен единичный монокристалл везеллита размером 12 мкм в веддел-литсодержащэм образце. На данном кристалле выделены формы

{100}, {021}, {121}, {121}.

Полученные данные дают основания допускать стадийность образования оксалатсодержащих мочевых камней: первоначальное выделение ведделлита и последующее образование везеллита путем трансформации ведделлита.

При изучении оксалатных камней методом РЭМ нами впервые были зафиксированы образования, которые можно интерпретировать как бактериальную микрофлору. Бактерии имеют палочковидные и кокковидныэ формы и локализуются в темных прослойках органического вещества между минеральными зонами. На микрофотографиях среди кристаллов ведделлита видны также нитевидное образования, которые можно интерпретировать как гифы грибной микрофлоры.

Исследование методом РЭМ мочекислых камней показало, что морфология кристаллов мочевой кислоты разнообразна. Отчетливо выделяются хорошо окристаллизованные индивиды и сложные образования, представляющие собой гелеподобные во-

щества размытой формы. Все же и здесь в одном из сколов камней среди кристаллов игольчатой формы обнаружено скопление кокковидных образований.

Исследование фосфатсодержглцих мочевых камней методом РЭМ позволяет выделить в них ряд структурных элементов: зародыш, их микроагрегаты, зерна отдельных минералов, различные включения и поры.

При исследовании апатитсодержащих и струвитсодержащих камней методом РЭМ нами зафиксированы включения различной морфологии, которые можно интерпретировать как кокки, палочки, микоплазмы, грибы.

Отдельные зерна струвита и апатита представлены монокристаллами. Кристаллы апатита таблитчатые и пластинчатые, а струвита - ксеноморфные. Часть из них покрыта пористой органической пленкой, а на других наблюдаются многочисленные аморфные фосфатные частицы.

В целом микроструктуру фосфатных камней, исходя из их морфометрических особенностей, структуры и текстуры можно типизировать следующим образом:: глобулярная, зернистая, слоистая, матричная, кристаллическая.

Элементы микроструктуры фосфатных камней претерпевают определенные трансформации в процессе их роста. Камни с глобулярной микроструктурой сложены микрсагрегатами сферической формы, связанными цементирующей массой, возникающей в результате распада органических веществ в щелочной среде. Под воздействием бактериальных ферментов и ряда других биохимических процессов в почках глобулярные микроагрегаты дезинтегрируются в более мелкие гранулы, формируя зернистую структуру, которая, в свою очередь, переходит в слоистую структуру. 'Для струвитсодержащих камней характерна кристаллическая структура. Матричная микроструктура представляет собой сплошную массу фосфатных частиц, образовавшихся в результате диагенетического видоизменения микроструктур. Эволюционное преобразование структурных элементов в фосг фатных мочевых камнях можно показать следующей схемой:

слои;

аморфный зародыш —^ аморфные мнкрогаобулы

кристаллы

В третьей главе (Экспериментальное моделирование биоминералогических процессов в гелевой среде) представлены результаты экспериментальных исследований.

В качестве среды кристаллизации был выбран силикагель, как вещество нейтральное, обеспечивающее возможность свободной встречной диффузии ионов, исходных для биоминералов (Асхабов и др., 1984). Гель готовился на основе 5% раствора силиката натрия с добавлением соляной, фосфорной, азотной кислот, pH геля варьировал от 4 до 9. Использовались культуры: Е. coli. St. aureus, Proteus, Klebsiella. Питательной средой служили полиуглеводная и белковая среда - мясо-пептонный агар. Полиуглеводная среда Олькеницкого состоит из агара, лактозы, сахарозы, глюкозы, сульфата аммония и железа (И), тиосульфата натрия, мочевины. В состав белковой среды входят агар, мясной гидролизат и дрожжи.

В силикагеле с HCl был синтезирован одноводный оксалат кальция в широком диапазоне pH среды: от 1 до 9. После получения геля, его кислотность доводилась до нужного значения промывкий водным раствором щелочи или кислоты заданного pH под небольшим гидростатическим давлением. Для получения кристаллов использовался метод встречной диффузии реагентов - 0,2 М раствора щавелевой кислоты и 0,2 М раствора хлористого кальция. Растворы реагентов готовились с таким же значением кислотности, что и гель. Оказалось, что во всем диапазоне кислотности среды при комнатной температуре кристаллизуется только одноводный оксалат кальция - вевеллит. Форма его кристаллов, а также облик агрегатов определенно связаны с кислотностью среды. Полногранные кристаллы формируются только в кислых средах при pH < 2. В нейтральных и щелочных средах все кристаллы сдвойникованы.

В первой серии экспериментов с целью получить кристаллы кальцита мы использовали культуру кишечной палочки Е. coli, высеянной в полиуглеводной среде. В процессе жизнедеятельности бактерии продуцировали углекислоту. Известно, что в кислой среде доминирует форма СОг, в щелочной - H2CO3. Источником ионов Са2+ служил раствор хлористого кальция с концентрацией 0.1 моль/л. Бактериальная культура помещалась вверху, а раствор СаС1г - внизу гелевого столбика. В гелях с начальным рН=4, кристаллы не формировались; наблюдалось только выделение пузырьков газа (очевидно - СОг) При pH = 5, 7, 8, 9 формировались кристаллы кальцита, образующие сферические агрегаты.

Агрегаты представляли собой сростки полусфер без явных кристаллических граней независимо от их расположения в геле и от pH геля.

Процесс зарождения и роста кристаллов протекал при температуре выше 30°С. По мере роста кристаллы меняли окраску от бесцветной до желтоватой. Поскольку культура Е. coli является пигментообразующей, вероятно, окраска связана именно с этим. Кристаллический осадок в гелевой колонке распределялся в виде 2-3 слоев, отстоящих друг от друга на расстоянии от 2 до 7 мм.

Во второй серии экспериментов использовалась культура Е. coli совместно со стафилококком St. aureus в той же питательной среде. Опыты проводили в двух вариантах, с начальными значениями рН=7 и рН=5. Выделения кальцита, сформировавшиеся в верхнем слое колонки геля при рН=7, имели сферическую форму. Поверхность этих агрегатов сложена из разориентированных блоков различных размеров, покрытых биоорганической пленкой. При рН=5 наблюдались сростки монокристаллов и отдельные монокристаллы с закругленными ребрами и вогнутыми гранями.

Выделения кальцита в среднем слое геля при рН=7 представляют собой сферокристаллы и сфероагрегаты, поаерхность которых имеет вид булыжной мостовой. Грани отсутствуют, тогда как при рН=5 в среднем слое геля наблюдаются монокристаллы с вогнутыми гранями и со штриховкой, что может свидетельствовать о явлениях роста и растворения. В нижнем слое геля при рН=7 обнаружены наиболее мелкие бесцветные кристаллы в виде сферических сростков с отдельными плоскими участками -гранями. По внешнему виду кристаллические агрегаты из этого слоя напоминали кристаллы, выросшие в геле при начальном значении рН=5. Мельчайшие образования кальцита в нижнем слое геля при рН=5, были определены только визуально.

В третьей серии экспериментов мы использовали Proteus, Klebsiella, Е. coli и S. aureus на мясо-пептонком агаре. Слабо ограненные кристаллы кальцита сформировались в присутствии Proteus и Klebsiella. Смешанная культура Е. coli и S. aureus приводит к формированию полностью ограненных кристаллов кальцита при рН=5 и рН=7.

Между кристаллами, выращенными на фоне белковой и углеводной сред, наблюдались только небольшие различия. В частности, зарождение и скорость роста кристаллов кальцита в белковой среде были ниже, а сами кристаллики более мелкими (нз

более 0.3 мм). При этом монокристаллы, выросшие в присутствие St. aureus, имели одинаковый габитус независимо от питательной среды для бактерий.

При получении кристаллов брушита в качестве среды кристаллизации был использован силикагель с добавлением фосфорной кислоты. Кислотность геля равнялась 7, эксперимент проводился при t=37°C. В первом опыте сверху гелевого столбика помешалась полиуглеводная среда с добавлением 0.1 М р-ра ЫагНРОд и St. aureus, с противоположной стороны - 0,1 М раствор СаОг- Во втором опыте использовали Proteus на мясо-пептонном агаре. В контрольном опыте поверх гелевого столбика помещали полиуг-леводнуга среду без бактерий. В первые же часы в нижней части гелевых столбиков наблюдалось образование характерных колец Лизеганга, число которых достигало 7, причем над кольцами можно было заметить мельчайшие прозрачные игольчатоподоб-ные кристаллы. В контрольном опыте тоже образовался кристаллический осадок, но только на третий день с момента постановки опыта. Очевидно, это тоже было обусловлено бактериями, поскольку не были обеспечены условия стерильности. Со временем гель, содержащий St. aureus, окрасился в желтый цвет, тогда как присутствие Proteus не изменило окраски гэля. Через трое суток кристаллы были извлечены из всех трех колонок. В нижней части колонок геля было зафиксировано значение рН=4. Агрегаты кристаллов в опыте на фоне полиуглеводной среды отличались более крупными размерами(> 0.5 мм). Методом рентгеновской дифрактометрии они были диагностированы как брушит (табл.1). ИК-спеетр брушита оказался идентичным спектрам брушита, синтезированного и обнаруженного в организме человека (Le Geros,Le Geros, 1983). Исследования методом РЭМ показали, что в гелях образовались агрегаты таблитчатых и пластинчатых кристаллов.

Для синтеза кристаллов струвита был выбран силикагель с добззлением HCl. Кислотность геля равнялась 7, эксперимент проводился при t = 34-35°С. Были заложены два опыта. В первом с качестве верхнего реагента мы использовали полиуглеводную среду со стафилококком, а в качестве нижнего - 0.1 М р-р Na2HP04 с pH = 7 с добавлением капель 0.5 М р-ра MgC^. В первом опыте рначала наблюдалось образование двух колец Лизеганга, и долго не происходило образования кристаллического оседха. По истечении двух недель поясились мелкие едва различимые прозрачные кристаллы. Замена реагентов не сткмулиро-

вала ни зарождение кристаллов второй генерации, ни роста уже сформированных. Ввиду малых размеров кристаллы не удалось извлечь из геля для исследования. Во втором (контрольном) опыте верхним реагентом служила смесь полиуглеводной среды и мясо-пептонного агара, но без бактерий. Толщина питательной смеси на гелевом столбике составляла 2-3 мм. Уже через сутки в контрольном опыте на питательной среде появилась белая плесень (система была открытой), а в силикагеле под нею наблюдались мелкие прозрачные кристаллы. Очевидно, что как и в опытах с брушитом, это было следствием нестерильности среды. Через двое суток с момента постановки опьгга кристаллы были извлечены для исследования. Исходный рН геля не изменился, размер кристаллов достигал 0.7 мм. Они отличались по своей морфологии: одни имели моноклинно-призматический габитус, а у других были более сложные формы. Рентгеноструктурный анализ выявил линии, характерные для струвита (табл.1).

Таблица1

Сравнительные характеристики рентгеновских параметров

биом.инералов

Б рушит Стр /вит

Синтез табл. данные синтез табл. данные

1 с) I с! ! с) I с!

100 7.62 100 7.57 5 5.50 60 5.60

30 4.23 100 4.24 10 4.14 40 4.13

25 3.8 7 3.8 5 3.22 2 3.19

35 3.05 75 3.05 9 2.89 55 2.919

20 2.62 50 2.623 4 2.33 12 2.33

5 2.17 20 2.172 4 2.04 12 2.046

5 2.00 9 2.084 4 1.937 2 1.932

Гидроксилапатит Кальцит

синтез табл. данные синтез табл. данные

I с1 I с) I с) 1 с1

8 3.44 35 3.45 2 3.82 2 3.85

3 3.17 6 3.16 10 3.09 10 3.036

10 2.84 100 2.827 5 2.48 4 2.49

5 2.64 16 2.632 6 2.28 6 2.287

4 2.31 - - 6 2.09 5 2.095

8 2.14 - ■ 7 1.912 8 1.913

4 2.05 2. 2.062 7 1.86 8 1.877

5 1.722 8 1.718 5 1.600 6 1.604

Синтез апатита был проведен при pH = 7 в силикагеле с добавлением HCl. В качестве реагентов для встречной диффузии использовали 0.1 М растворы СаС!2 (снизу) и Na2HP04. (вверху). Дополнительно, на верхнюю часть гелевого столбика поместили Proteus на мясо-пептонном агаре. Выращенные кристалл представляли собой сферические агрегаты размером более 0,2 мм, состоящие из игольчатых кристаллов, похожих на сферокри-сталлы в апатитсодержащих мочевых камнях. Рентгеноструктур-ный анализ выявил линии, характерные для гидроксилапатита (табл.1).

В четвертой главе (Генезис мочевых камней) изложены модели формирования мочевых камней. С учетом разнообразия возможных факгорор риска, способствующих уролитиазу, и результатов наших исследований, формирование оксалатсодер-жащего камня сферолито-зонапьного строения можно представить следующим образом. Человек непосредственно не усваивает пищевые волокна (крахмал, целлюлозу, гемицеллюлозу). Частичное расщепление этих веществ происходит под действием ферментов, которые выделяют населяющие кищечник микроорганизмы. Микрофлора кишечника (анаэробные бактерии - 96%-99%, аэробные - 1%-4%) способствует расщеплению полисахаридов с образованием гексоз. На образовании пировиноградной кислоты заканчивается общий путь аэробного и анаэробного дыхания.

СбН^Об-^1— 2СН3СОСООН

В дальнейшем может образоваться щавелевая кислота.

СНзСОСООН +4Q Н2С204 + С02 + н2о

В действительности эти уравнения являются итогом нескопь-ких десятков промежуточных химических реакций, каждая из которых катализируется определенным ферментом.

Образование щавелевой кислоты возможно из самых разнообразных веществ: углеводов, пептона, глицерина. Известно, что решающую роль в образовании щавелевой кислоты из сахара играет уксуснал кислота, например:

глюкоза -у уксусная кислота -* глиоксалевая кислота -»щавелевая кислота;

Можно предположить, что при увеличении в кишечнике доли аэробных микроорганизмов, в частности грибов, возникает вероятность интенсификации образования щавелевой кислоты, что приведет к увеличению концентрации оксалат-ионов и в почках. В свою очередь, оксапурия (повышенная экскреция щавелевой кислоты с мочой) хотя и способствует образованию зародышей оксалата кальция, но они легко вымываются уриной из мочевыво-дящйх путей. Однако любые нарушения оттока урины могут позволить кристаллическому зародышу (микролиту) прикрепиться к уротелию почечной лоханки или чашечки. Это повлечет за собой защитную реакцию макроорганизма, направленную на предохранение тканей от появившегося раздражителя. В этом случае увеличивается содержание мукополисахаридов в урине, которые обволакивают микролит. Присутствие бактерий в межуточном веществе и в петле Генле также послужит накоплению мукополисахаридов в почках, что может служить предпосылкой для образования камней даже в отсутствии ионов С2О42* в почечных канальцах. В организме человека и животных мукополисахарид - гиалу-роновая кислоте играет роль защитного коллоида, однако при воздействии бактериальных ферментов происходит ее деполимеризация с образованием гексоз, а последние подвергаются окислению с образованием щавелевой кислоты. Щавелевая кислота с ионами кальция дает нерастворимый осадок в виде оксалата кальция.

Углеводно-белковые остатки мукополисахаридов образуют матрицу конкремента. Последовательное формирование зон, образованных кристаллической фазой, и повторное их обволакивание органической пленкой приводит к ритмичной зональности мочевых камней.

Описанный механизм подходит для многих, но не для всех типов оксалатсодержащих камней, в частности друзовидные камни должны формировться несколько иначе. В главе 2 было показано,* что зернистые друзовидные агрегаты представляют собой сплошную массу взаимопрорастающих кристаллов ведделлита, часто в сочетании с агрегагами сферической формы. Размеры их, как правило, не превышают 3-5 мм; для таких камней характерно самостоятельное отхождение из мочевых путей без медицинского вмешательства. Если предположить, что в составе слизи содержится гликопротеид муцин (он устойчив к воздействию ферментов), то образование кристаллической фазы могло бы происходить по типу кристаллизации в гелях. В данном случае

гелеобразный муцин мог бы явиться средой, в которой осуществляется диффузия камнеобразующих ионов Са2+ и С2О42" из урины. Кристаллы оксалата кальция в организме человека формируются при рН=5 -7. Агрегаты, быстро достигнув определенной величины, прекращают рост и при сокращениях мускулатуры почечной лоханки попадают через мочеточник в мочевой пузырь и выводятся из организма. Вероятно, что кристаллический тип оксапатных камней имеет именно такой генезис, но будучи в отличие от друзовидных более тяжелыми они погружаются в слизистую оболочку и самостоятельно не отходят.

Представим, что в составе секрета, выделяемого почками в ответ на то или иное раздражение, содержится большое количество нуклеиновой кислоты, нуклеоальбуминов. Например, выделение секрета такого состава возможно в связи с нарушением пуринового обмена в организме человека. При воздействии бактериальных ферментов на нуклеопротеиды образование кристаллов мочевой кислоты в мочевыводящих путях можно представить следующей схемой:

Нуклеопротеиды протеазы > нуклеиновые кислоты1Шлеаэн > нуклеотиды нуклеотидззы > нуклеозиды ьхкдйозжазы > пуриновые основания КСЭ.НТИНОКСИДазз >МОчевая кислота

Формирование мочекислого камня концентрически-зонального типа можно представить примерно так же, как и оксалатсодер-жащего камня аналогичного анатомического типа.

Медики полагают, что имеется множество патологических состояний организма, которые могут привести к возникновению фосфатного типа уролитиаза. На наш взгляд, главных фосфато-образующих факторов только два: (1) повышенное содержание а урине фосфопептидов и ионов Са2+ и (2) присутствие патогенной флоры.

Фосфатные зародыши начинают формироваться при пересыщении урины камнеобразующими компонентами, однако, фосфа-турия, т.е. повышенная экскреция фосфатов, сама по себе не всегда ведет к формированию конкремента. Своего рода "спусковым механизмом", ведущим к уролитиазу, является патогенная флора, продуцирующая ферменты. Мы полагаем, что в каждом конкретном случае только определенный вид микрофлоры (микоплазмы, грибы, стафилококки и др.) способен

вызвать катаральные явления в слизистых оболочка почечной лоханки или мочевого пузыря. При этом уреазопродуцирующая флора, повышая щелочность урины, способствует возникновению зародышей; таким образом формируется аморфный фосфат кальция.

Аморфный фосфат кальция, в свою очередь, является питательной средой для бактерий и поэтому способствует их размножению и росту. Обладая фосфатазной активностью, они усваивают фосфор в виде ионов Р043\ Этот фосфат и ионы Са2+ формируют кристаллическую фазу - апатит; аморфный фосфат кальция в этом случае выполняет роль кристаллизационной среды. Таким образом, бактериальная инфекция как бы запускает механизм автокаталитического самоподдерживающегося процесса:

—бакгерии->аморфный фосфат-*бактерии->аморфный фосфат—.

Ф V

I

кристаллический фосфат кристаллический фосфат

Естественная реакция макроорганизма на бактериальную инфекцию - это образование защитного эксудата, состоящего из ферментов, лейкоцитов, различных антител белковой природы (альбумины, глобулины). В альбуминах много аспаргиновой и глу-таминовой аминокислот, а в глобулинах - глицина. С течением времени активность антител снижается. При действии бактериальных ферментов глицин, фосфорилируясь, превращается в фосфопептид - фосфосерин. Аспаргиновая и глютаминовая кислоты, дезаминируясь, образуют аммиак. При наличии ионов Мд2+ в среде будут формироваться кристаллы струвита.

Основные выводч:

1. Впервые выявлены бактерии в оксалатсодержащих камнях сферолито-зонального и кристаллического типа камней. На основании этих данных предполагается существенный вклад бактерий в образование оксалатных конкрементов. В составе мочевых камней идентифицированы вевеллит, ведделлит, апатит, струвит, аморфный фосфат кальция, мочевая кислота.

2. Дана характеристика морфологии минерал93, выявленных в коллекции мочевых камней. Выявлено два типа габитусных форм ведделлита. Допускается два способа формирования оксалатсодержащих мочевых камней в организме человека: первоначальное формирование ведделлита и вторичное образование вевел-лита путем трансформации ведделлита. По видимому, ведделлит

является основным минералом, который образует оксалатсодер-жащие камни.

3. В фосфатных камнях установлено изменение структурных элементов; на этом основании предполагается схема эволюции структуры таких камней. Подчеркнута важная роль аморфной фосфатной фазы.

4. На основании выполненных экспериментальных исследований можно считать, что рост кристаллов кальцита in vitro в сили-кагеле происходит на фоне как углеводной, так и питательной белковой среды при участии кишечной палочки Е. Coli и смешанной культуры Е. Coli и S. aureus, при наличии ионов Ca2"1" в широком диапазоне pH от 5 до 9. Габитус и морфология полученных кристаллов кальцита в эксперименте зависят от кислотности геля и от вида бактерий.

5. При синтезе оксапата кальция в гелевой среде было установлено; форма кристаллов вевеллита, а также облик агрегатов связаны с кислотностью среды; при комнатной температуре в диффузионной среде и использовании равных концентраций реагирующих веществ кристаллизуется только одноводный оксалат кальция - вевеллит.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Микроструктура фосфатных камней //Медицинская минера-логия.-Сыктывкар, 1991. - С.28. (Соавтор В.Н.Филиппов).

2. Структурные особенности мочевых камней //Теория минералогии. - Сыктывкар, 1991. - Т.2. - С. 104-105. (Соавтор Л.А.Хорсшилова).

3. Роль микробиологического фактора в формировании и эволюции мочевых камней //Биоминералогия - 92. (выездная сессия Украинского минералогического общества): Тез.1 межгосударственной конференции. - Луцк. 1992. -С.26.

4. Микроструктура фосфатных мочевых камней // Минералогический журнал. -1993. - Т. 15. - №2. -С.80-82. (Соавтор В.Н.Филиппов).

5. Микроэлементиый состав мочевых камней //Минералогия и жизнь. - Сыктывкар, 1993. - C.5S-60. (Соавтор М.Ф.Самотолксва).

6. Кристаллизация одноводного оксалата кальция (вевеллита) в гелевой среде //Минералогия и жизнь. - Сыктывкар, 1993, -С. 54-55. (Соавтор В.И.Ракин).

7. Рост кальцита бактериального происхождения //Минера-ло-• гия и жизнь.- Сыктывкар, 1993. - С.55. (Соавтор В.И.Ракин).

6. Бактериальный генезис кальцита //ЗВМО. - 1994. - №2. -С.88-94. (Соавтор В.И.Ракин).

9. Growth of biogenetic calcite in the gels // Abstracts, XVI General Meeting of IMA. Pisa, Italy, 1994. -'• p. 197. (Соавтор В.И.Ракин).

10. Bacterial genesis of calcite // J. Crystal Growth. - 1994. - № 142: - P.271-274. (Соавтвр В.И.Ракин),