Матричная минерализация уролитов

Teil. 1. S. 1377-1430. 9. Fisher M. J. The Triassic palynofloral succession in the Canadian Archipelago // American Association of Stratigraphic Palynologists. Contribution Series, 1979. 5B. P. 83—100. 10. HochuliP. A., Colin J. P., Vigran J. O. Triassic biostratigraphy ofthe Barents Sea area // J. D. Collinson (ed.). Correlation in Hydrocarbon Exploration. Norw. Pet. Soc. London: Graham and Trotman, 1989. P. 131—153. 11. Hounslow M. W, Hu M., Mork A. et al. Magneo-bio-stratigraphy of the Middle and Upper Triassic transition, central Spitsbergen, arctic Norway // Journal of the Geological Society, London, 2007. Vol. 164. P. 581—597. 12. Ilyina N. V., Egorov A. Yu. The Upper Triassic of northern Middle Siberia: stratigraphy and palynology //

Polar Research, 2008. Vol. 27. No 3. P. 372—392. 13. Morbey S. J. The palyno-stratigraphy of the Rhaetian Stage, Upper Triassic in the Kendelbachgraben, Austria // Palaeontographica, 1975. Abteilung B. Band. 152. Lief. 1-3. S. 1—75. 14. Roghi G. Palynological investigations in the Carnian of the Cave del Predil area (Julian Alps, NE Italy) // Review of Palaeo-botany and Palynology, 2004. Vol. 132. No 1-2. P. 1—35. 15. SchulzE. Sporen-palaontologische Untersuchungen rato-liassischer Schichten im Zentralteil des Germanischen Beckens. Palaontologische Abhandlungen, 1967. Abteilung B. Band. II. Heft 3. S. 427—633. 16. Schuurman W M. L. Aspects of Late Triassic palynology. 3. Paly-nology of latest Triassic and earliest Jurassic deposits of the northern Lime-

stone Alps in Austria and southern Germany, with special reference to a palynological characterization of the Rhaetian Stage in Europe // Review of Palaeo-botany and Palynology, 1979. Vol. 27. No 1. P. 53-76. 17. Van der Eem J. G. L. A. Aspects of Middle and Late Triassic palynology. 6. Palynological investigations in the Ladinian and Lower Karnian of the western Dolomites, Italy // Review of Palaeobotany and Palynology, 1983. Vol. 39. No 3-4. P. 189-300. 18. Vigran J. O, Mangerud G., Merk A. et al. Biostratigraphy and Sequence Stratigraphy of the Lower and Middle Triassic deposits from the Svalis Dome, Central Barents Sea, Norway // Palynology, 1998. Vol. 22. P. 89-141.

Рецензент д. г.-м. н. M. А. Шишкин

УДК 616:549

МАТРИЧНАЯ МИНЕРАЛИЗАЦИЯ УРНЛНТОВ

В. И. Каткова Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар каікош @geo.komisc.ru

Рассматривается один из возможных вариантов матричной минерализации, реализуемый в уролитах. Формирование минеральных агрегатов представляется как следствие защитной реакции иммунной системы организма в ответ на микробиальное и (или) химическое (С2042-, М5И4С403) воздействие на ткани мочевых органов.

Ключевые слова: уролиты, уролитиаз, матрица, ингибиторы.

MATRIX MINERALISATION OF RENAL STONES

V. I. Katkova

One of the possible variants of matrix mineralization, which occurs in renal stones, is presented. Formation of mineral aggregates is regarded as the consequence of an immune reaction of an organism in response to microbial and (or) chemical (C2042-, N5H4C4O3) influence on the tissues of the uric organs.

Keywords: renal stones, urolithiasis, Matrix, inhibitors.

Проблемой уролитиаза в последние десятилетия занимались исследователи самых различных областей наук. Однако до настоящего времени нет убедительной модели формирования уролитов в мочевыводящих путях. Считается, что на процесс минерало-образования влияет множество причин, но при этом воздействие конкретных факторов может способствовать камнеобразованию у одних людей, а у других — нет. Если главную роль в камнеобразовании играют не сами почки, а другие органы или организм в целом, то почему лишь изредка наблюдается двустороннее образование камней, а удаление камня не всегда приводит к рецидиву? Так, со-

гласно исследованиям С. А. Возиано-ва и его соавторов, повторное камне-образование наблюдается в 20—25 % случаев [2], а в работе М. С. Пармара (2004) отмечается, что если камень в почке сформировался, то вероятность образования второго конкремента в течение пяти-семи лет составляет около 50 % [10].

В первой половине 19-го века происхождение уролитиаза связывали с веществом, отделяющимся в почках из крови вследствие болезни всего организма, а не только почек. До начала 20-го столетия были введены понятия о защитных коллоидах и атипической кристаллизации солей мочи. В настоящее время существует множе-

ство теорий, объясняющих механизм формирования уролитов. Сторонники одной из таких теорий утверждают, что в основе образования камней лежит нарушение коллоидного состояния урины, приводящее к патологической кристаллизации солей. Из другой теории следует, что основой камня служит белоксодержащее скелетное вещество — матрица, в которой формируются кристаллы [1]. Была также предпринята попытка создания теоретической модели формирования уролитов в зависимости от их минерального состава. Определяющая роль в генезисе мочевых камней приписывается жизнедеятельности грибковой микрофлоры [3].

Целью данной работы является детализация одного из звеньев в цепи патогенного минералообразования при уролитиазе, основанная на анализе литературных данных и результатах экспериментальных работ.

Изучение пространственного распределения элементов и микропримесей было проведено на лазерном микроанализаторе ЬМА-1 [3]. Чувствительность лазерного микроанализа на различные элементы составляла 10-1—10-4 %. Сканирование аншлифов показало, что Са и Mg в объеме оксалатсодержащих и мочекислых камней зонального строения имеют относительно равномерное распределение. Фосфатные камни, состоящие из карбонатсодержащего апатита-(СаОН), напротив, характеризуются выраженной неоднородностью в распределении этих элементов. Например, в апатитсодержащих образцах проанализировано около 30 точек по профилю от периферии до центра. Расстояние между точками, где фиксируется лазерный луч, составляло от 0.1 до 0.6 мм (рис. 1, а, б; 2 а, б). По данным лазерного микроанализа было также выявлено, что кривая распределения магния в струвит-

содержащем камне мономинерально-го состава не имеет максимумов. Спектр концентрационной характеристики фосфора данного уролита сильно отличается по интенсивности спектральной линии от кривых распределения этого элемента в апатитсодержащих уролитах.

Проведенные нами исследования выявили тонкие различия в составе и распределении элементов по профилям камней, которые способствовали интерпретации данных с точки зрения генезиса уролитов и условий их образования. Эти различия наводят на мысль о том, что в секретируемых протеинах будущей матрицы оксалат-ных и мочекислых камней Са-содер-жащие сайты уже изначально могли быть укомплектованы кальцием, а органическая составляющая карбонатсодержащего апатита-(СаОН) содержит фосфорилированные остатки аминокислот.

В последние десятилетия пристальное внимание уделялось биохи-

мическим аспектам уролитиаза, а именно изучению активности в моче различных протеолитических ферментов, а также их активаторов и ингибиторов [5—9]. Исследования органической составляющей показали, что основой матрицы уролитов являются, как правило, ингибиторы минерализации, вырабатываемые почечным уротелием. В работе Ф. Этмани с соавторами отмечается, что состав белка матрицы камнеобразователей и кристаллов, полученных экспериментальным путем из урины, имеют одинаковый набор ингибиторов. Альбумин, уропонтин (остеопонтин) и родственные протромбину белки содержатся во всех типах уролитов, но в кальциофосфатных образованиях преобладает гликопротеин Тамм-Хорсфалла (уромодулин) [8]. Перечисленные соединения являются кальцийсвязывающими белками.

Эпителиальные клетки почек (уротелий) синтезируют уропонтин — фосфорилированный и нефосфорили-

Рис. 1. Апатитсодержащий уролит с включениями уэвеллита (а); кривые распределения Са, Mg и Р от периферии до его центра (б) [3]

ч

о

ч

о

«

К

я

ей

а

н

X

а

Я

X

•3.

10000

9000

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

о

—Са -СЬМё

Ь=10 мм

II 13 15 17 19 21 23 25 27 29

Рис. 2. Апатитсодержащий уролит с включениями струвита и уэвеллита (а); кривые распределения Са, М и Р по профилю (б) [3]

рованньш сиалопротеин, один из адгезивных кальцийсвязывающих белков. Богатый аспарагиновой и глутаминовой кислотами гликопротеин (молекулярная масса 44 кДа) включает аминокислотный остаток фосфосе-рина и 12 остатков фосфотреонина.

человека подвергались воздействию биогенной и абиогенной щавелевой кислоты. Средой кристаллизации для зарождения и роста новообразованных минералов послужили не коллагеновые белки матрицы дентина (рис. 3). Было установлено, что структурная и

Уропонтин в ситуациях, связанных с иммунной реакцией, исполняет роль цитокина и влияет на развитие местных защитных реакций в тканях с участием различных типов клеток крови, эндотелия, соединительной ткани и эпителиев. Он не вырабатывается постоянно, а синтезируется в ответ на повреждение тканей. Тамм-Хорсфалл-гли-копротеин (уромодулин) секретируется канальцевым эпителием и является ингибитором кристаллизации. Он по-лимеризуется при повышении концентрации электролитов и снижении рН урины. Нефрокалъцин (Ькипт) свободный вырабатывается в печени и синтезируется в почках. Белок ингибирует адгезию кристаллов. Тромбины, фрагменты и Е2 (родственные про-

тромбину белки) синтезируются в печени и клетками канальцевого эпителия. а1-Микроглобулин — сывороточный белок — в зоне воспаления способствует фибриллогенезу. 1а1 — ин-тер-а-ингибитор, бикунинсодержа-щий белок, включает в свою структуру две тяжелые цепочки Н1 (65 кОа), Н2 (70 кОа) и легкую, известную как би-кунин (30 кОа) [7]. Алъбумин является сывороточным белком. Маннансвязы-вающий лектин — кальцийсвязываю-щий белок — секретируют макрофаги.

Для выявления молекулярной природы взаимодействия органических и минеральных компонентов в биоминералах были проведены эксперименты: фрагменты дентина зубов

из кальцийсвязывающих сиалопроте-инов, вырабатываемых уротелием в результате защитной реакции, одновременно служит и матрицей уроли-тов. Следовательно, причиной кристаллизации биоминералов в мочевых путях является сбой в системе регуляции местных защитных реакций, обусловленный микробиальными и

(или) химическими (C2O4

2-

NH

5 4

Сферолиты уэвеллита

Рис. З. Cxемa трансформации фосфорилированных Ca-содержащих протеинов в матрице дентина

фазовая трансформации микроглобу-лярных агрегатов биоапатита сопровождались дефосфорилированием фи-зиогенного минерала и формированием уэвеллита или уэдделлита на его поверхности, которые морфологически не отличались от кристаллических образований оксалата кальция в структуре уролитов (рис. 4) [4].

Рис. 4. Cфеpолиты уэвеллита в уролите

По результатам экспериментов можно предположить, что микробиота, ионы С2О42- или мочевая кислота в мочевыводящей системе преобразуют ингибиторы минерализации в биоми-неральные образования. Воздействие бактериальных ферментов на кальций-связывающие фосфорилированные сиалопротеины (цитокины, ингибиторы минерализации), в частности уропонтин или уромодулин, способствует образованию карбонатсодержащего апатита-(СаОН) и струвита.

Таким образом, можно сказать, что среда кристаллизации, состоящая

С40З) воздействиями.

Исследования проводились при поддержке грантов по Программе фундаментальных исследований Президиума РАН № 09-П-5-1026 и РФФИ № 11-05-00620-а

Литература

1. Baйнбepг З. C. Камни почек. М.: Медицина, 1971. 198 c. 2. Bo3iams О. Ф, Пaвлoвa Л. П., Дзюpaк B. С. та ін. Епідеміологія сечокам’яної хвороби як базис до її профілактики та організація медичної допомоги// Праці VIII Пленуму асоціації урологів України. Киев, 1998. C. З—7. 3. Kamкoвa B. И. Мочевые камни. ^іктаївкар: Коми НЦ УpO РАН, 1996. 87 с. 4. Kam^a B. И. Биоминералогия стоматолитов. Екатеринбург УpO РАН, 2006. 111 с. 5. Kopomкoвa О. B. Тамм-Хорсфалл протеин как маркёр поражения почек у больных пожилого и старческого возраста с небольничными пневмониями: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. М., 2008. б. Ilpaxun Е. И., Peyrnes M. Ю, Бopoздyн С. B., Эвepm Л. С. O^ салатно-кальциевый нефролитиаз в детском возрасте // Педиатрия, 2004. № 2. C. 67—70. 7. Caroline j. Dawson, PhulwinderK. Grover, Jerry Kanellos et al. Inter-а-inhibitor in calcium stones // Clinical Science, 1998. V. 95. Р. 187—19З. S. 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. 9. Fouad Atmani. Characterization of urinary bikunin and its role in urolithiasis // Reviews in Biology and Biotechnology, 2001.Vol. 1. No 2. Р. 17-20. 10. Parmar M. S. Kidney stones. BMJ, 2004. З28: Р. 1420—1444.

Рецензенты к. г.-м. н. А. К. Полиенко, д. г.-м. н. В. И. Силаев