Способ моделирования процесса образования фосфатного мочевого камня
METHOD FOR MODELING FORMATION OF PHOSPHATE URINARY STONE

Изобретение относится к области медицины, к методам экспериментального моделирования патологических процессов, протекающих в мочевой системе, в частности, процесса образования фосфатного мочевого камня.
Мочекаменная болезнь, которая приводит к образованию камней в почках, занимает третье место по распространенности среди всех урологических заболеваний. Около 5% мирового населения сегодня страдают мочекаменной болезнью, и по прогнозам специалистов, в будущем их количество будет только расти. В России насчитывается до 3 процентов людей, страдающих мочекаменной болезнью.
Проблема камнеобразования сегодня становится более ощутимой и реальной угрозой для современных жителей всех стран в особенности мегаполисов. По статистике на протяжении всего двадцатого века различные болезни, приводящие к образованию камней в органах человека лишь увеличивали свою скорость распространения по всей планете. Камни, увы, образуются в любом возрасте - даже у самых маленьких детей с рождения. В семи процентах всех случаев мочекаменной болезни заболевание наблюдается у детей в возрасте до 16 лет. Но, по статистике, большинство заболевших находится в самом трудоспособном возрасте - от 20 до 49 лет, а пик заболеваемости приходится на людей в возрасте 35-45 лет. Причем мужчины подвергаются этому недугу в три раза чаще, чем женщины.
В составе камней присутствуют: оксалаты (уэвеллит, уэдделлит), фосфаты (апатит, струвит, витлокит), а также мочевая кислота, которая в геологических условиях не образуется. Процент (32%) камней однородного состава представлен кристаллами апатита (фосфатные камни). При этом частота встречаемости полиминеральных камней в 4 раза больше чем мономинеральных. Характерные для мочевых камней минеральные ассоциации, образование которых обусловлено составом минералообразующей среды, значением ее рН и другими факторами.
2
2
4
2
2
2
4
2
На фиг. 1 представлен лиаграмма частоты встречаемости минеральных фаз в почечных камнях. Наиболее часто встречающейся в составе камней минеральной фазы, является оксалат кальция. Данное соединение найдено в камнях мочевой системы, в слюнных камнях, в камнях в хрусталике глаза и в других патогенных минералообразованиях. Оксалаты кальция в организме представлены в виде двух минералов уэвеллита CaCO ⋅ НО и уэдделлита СаСО ⋅ 2НО, при этом уэвеллит является преобладающей фазой.
Получается, что камнеобразование это сегодня уже серьезная проблема глобального масштаба, к которой нельзя относиться без должного внимания.
2
4
2
2
4
2
-3
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является описанный в статье авторов А.А. Рабинович, О.А. Голованова и др. «Моделирование образования моногидрата оксалата кальция в живых организмах. Влияние условий эксперимента на фазовый состав осадка», Вестник Омского университета, 2006. №3. С. 48-50. В данной работе предлагают изучать «…кристаллизация оксалата кальция, при этом осадок получали из хорошо растворимых солей - хлорида кальция CaCl и оксалата аммония (NH)CO ⋅ НО (реактивы марки х.ч.) путем сливания равных объемов исходных 7,06⋅10 М растворов».
В данной работе предложенный способ не связанный с протекание различных процессов в биологической жидкости человека, а именно, мочи человека, а также не рассматривает моделирование биологической системы при параметрах и их отклонениях состава биологической жидкости от нормы.
Технической задачей заявляемого решения является разработка способа экспериментального моделирования процесса образования фосфатного мочевого камня, выявление условий, способствующих камнеобразованию в мочевой системе
Техническим результатом заявляемого решения является моделирование кристаллизации фосфатов кальция in vitro в среде, по электролитному составу приближенной к мочевой жидкости человека.
2
2
4
2
4
2
4
4
2
2
4
2
4
3
4
2
3
Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ моделирования процесса образования фосфатного мочевого камня, основанный на выращивании камня в искусственно созданной модельной среде мочи человека, при этом готовят раствор, где в качестве исходных компонентов выступают дистиллированная вода и соли: CaCl⋅2HO - 7 ммоль/л, MgSO⋅7HO - 4 ммоль/л, NHCl - 8 ммоль/л, KSO - 6 ммоль/л, (NH)СО⋅НО - 1 ммоль/л, (NH)PO - 10 ммоль/л, KCO - 7 ммоль/л, KCl - 24 ммоль/л, NaCl - 140 ммоль/л, синтез проводят при значениях pH 6,45÷7,45 в течение 24 часов при температуре 37,0 °С.
Известно, что основными параметрами любой минералообразующей среды являются концентрация, температура, давление, рН среды. Именно они определяют возможность существования той или иной кристаллической фазы в растворе. Ряд из этих параметров, в первую очередь температуру и давление, применительно к почке человека можно принять за постоянную величину. Таким образом, основными параметрами минералообразующей среды в мочевой системе человека могут являться концентрации веществ, формирующих кристаллические фазы, и рН среды.
При проведении эксперимента использовались значения диапазона концентраций основных неорганических компонентов мочи здорового взрослого среднестатистического человека. Концентрация добавок в различных сериях экспериментов отвечало их, среднему значениям биологического диапазона данного показателя.
Поведение систем изучалось при значениях рН 7,45±0,05. Время опыта составило 24 часа, температура эксперимента 37.0±0.5°С.
В качестве исходных реагентов использовались соли марки ч.д.а. и х.ч. и дистиллированная вода. Выбор исходных реагентов и их соотношение в растворе определялись таким образом, чтобы пересыщения раствора и концентрации добавок были максимально приближены к параметрам данной моделируемой системы, а так же достигалась необходимая масса твердой фазы. Условия экспериментов по кристаллизации одноводного оксалата кальция были выбраны исходя из свойств естественной кристаллобразующей среды (мочи).
Для каждой серии экспериментов были приготовлены растворы, содержащие катионы и анионы, при совместном присутствии которых в данных условиях не образуются малорастворимые соединения. Затем растворы смешивались в эквивалентных объемах, в ячейке для синтеза и в ней создавалось соответствующее значение рН.
Химический состав модельного раствора и изменяемые концентрации приведены в таблице 1.
2
2
4
2
4
2
4
4
2
2
4
2
4
3
4
2
3
Способ моделирования процесса образования мочевого камня, основанный на выращивании камня в искусственно созданной модельной среде мочи человека, при этом готовят раствор состава: CaCl ⋅ 2НО - 7 ммоль/л, MgSO ⋅ 7HO - 4 ммоль/л, NHCl - 8 ммоль/л, KSO - 6 ммоль/л л, (NH)CO ⋅ HO - 1 ммоль/л, (NH)PO - 10 ммоль/л, KCO - 7 ммоль/л, KCl - 24 ммоль/л NaCl - 140 ммоль/л, синтез проводят при значениях рН 7,45±0,05. Время эксперимента 24 часа, температура опыта 37.0±0.5°С.
Одним из перспективных направлений использования моделирования является прогнозирование поведения биологической системы при изменении тех или иных ее параметров, что особенно актуально при изучении процессов, обусловленных аномальным функционированием организма. Для установления закономерностей формирования фосфатного мочевого камня из растворов изучалось влияние рН раствора.
24 часа
В ходе проведенных нами исследований кристаллизации малорастворимых соединений из модельных растворов было установлено, что в зависимости от условий эксперимента фосфаты кальция присутствуют в твердых фазах в форме брушита, аморфного фосфата кальция и нестехиометрического гидроксилапатита. При этом следует отметить, что по данным рентгенофазового анализа было установлено, что твердые фазы, выделенные из растворов с рН=6,45±0,05, содержат брушит (2Θ: 11,7; 21,2; 29,5 и 30,6) и гидроксилапатит. На фиг. 2 представлен образец гидроксилапатита, синтезированный из раствора при рН=7,5±0,1 и температуре 37,0±0,5°С. Видно что образцы, полученные из растворов при рН24 часа=7,45±0,05 - гидроксилапатит (20: 25.9, 31.8, 32.9 и 39.8) и аморфный фосфат кальция (наличие широкого фона свидетельствует о присутствии аморфной фазы).
Результатов фазообразования от условий эксперимента приведены в таблице 2.
Таким образом, при проведении модельных экспериментов были получены аналоги фосфатного (гидроксилапатит) минерал мочевых камней, а также выявлены различия в условиях их образования. Анализ полученных данных показал, что величина рН раствора оказывает наиболее существенное влияние на состав образующейся твердой фазы. При этом варьирование начальных концентраций компонентов раствора, в диапазоне значений, характерных для биологической жидкости, приводит в основном к количественным, а не качественным изменениям состава осадка.
Показано, что заявляемый способ позволяет выявить параметры, которые вызывают образование фосфатного мочевого камня, и создать модельную систему, с помощью которой можно изучать эффективность воздействия лекарственных препаратов для профилактики возникновения и роста фосфатных мочевых камней.