Аминокислотный состав камней мочевой системы человека

УДК 577.1:546.3:549.02

Вестник СПбГУ. Сер. 4, 2006, вып. 2

О. А. Голованова, Е. В. Россеева, О. В. Франк-Каменецкая

АМИНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ КАМНЕЙ МОЧЕВОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА *)

Мочекаменная болезнь занимает одно из значимых мест среди урологических заболеваний [1, 2]. Однако причины появления и механизмы формирования мочевых камней (уролитов) до сих пор до конца не понятны. Во многом это связано с недостаточной изученностью уролитов, в первую очередь их органической компоненты. При этом ряд исследователей отмечают, что именно ее специфичность контролирует в значительной степени процесс патологического фазообразования в организме человека [3-8].

По содержанию основного минерального компонента среди мочевых камней выделяют следующие основные группы: 1) оксалатные (из солей щавелевой кислоты); 2) фосфатные (из солей ортофосфорной кислоты); 3) уратные (из мочевой кислоты и ее солей). Наиболее распространены уролиты смешанного типа: оксалатно-фосфатные, оксалатно-уратные и др. [1, 2, 4. 9-12] . Проведенные ранее исследования показали, что мочевые камни оксалатного, уратного и фосфатного типов достоверно раапичаются по качественному и количественному содержанию макро- и микроэлементов [5, 13].

Задачи данной работы - детальное определение аминокислотного состава органической компоненты уролитов и установление связей между аминокислотным, минеральным и элементным составами мочевых камней.

Материал и методика исследования. Была изучена коллекция из 40 мочевых камней жителей Омского региона, полученных как путем открытого оперативного вмешательства, так и с помощью дистанционной литотрипсии. Проведенное предварительное ее исследование показало, что доля оксалатных камней составляет 25,5%, фосфатных - 9,7%, уратных - 6,7%, смешанных фосфатно-оксалатных - 47,3% и уратно-оксалатных - 10,8% [5, 10].

Аминокислотный состав почечных камней определяли методом ионообменной колоночной хроматографии на автоматическом анализаторе аминокислот Т-339 (лаборатория биохимии СО РАСХН СибНИПТИЖ, г. Новосибирск; аналитик Б. А. Скуковский). Для анализа готовили порошкообразную среднюю пробу образца массой 1,5 г, которую подвергали кислотному гидролизу (6 н. соляная кислота) при температуре 105 °С в течение 24 ч [14]. Для последовательного вымывания аминокислот из ионообменной колонки анализатора применяли три буферных раствора с рН = 3,50, 4,25 и 9,45. В качестве ионообменной смолы использовали сульфированный полистирол. Для обнаружения и количественного определения аминокислот элюат смешивали с раствором нингидрина, полученный продукт анализировали спектрофо-тометрическим методом при Л = 570 нм (для пролина при Л = 440 нм). По полученным хро-матограммам проводили качественный и количественный анализы аминокислот, входящих в состав исследуемых образцов. Концентрацию аминокислот устанавливали методом эталона.

Для определения содержания триптофана пробы подвергали щелочному гидролизу (3 н. КОН) в течение 24 ч на песчаной бане, после чего проводили нейтрализацию и окисление. Полученный раствор после взаимодействия с пара-диметиламинобензальдегидом (СНз)2^тСбН4СНО анализировали спектрофотометрически на приборе СФ-46 (А = 610 нм). Концентрацию триптофана рассчитывали, используя метод градуировочного графика. Пороговая чувствительность метода - Ю-4 масс.%, относительное стандартное отклонение = 0,04.

Для выявления связей между аминокислотным и минеральным составами мочевых камней был применен метод кластерного анализа, позволяющий выделять группы однотипных

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант Л*« 06-05-65165).

© О. А. Голованова, Е. В. Россеева, О. В. Франк-Каменецкая, 2006

А % 100 •

80

60

40

20

Кластер 3 —

[Ло 5 №3] Кластер 2 —

«2 № Кластер 1

1

Типы мочевых камней

Рис. 1. Дендрограмма кластеризации методом Уорда различных типов мочевых камней, полз'ченная на основании данных об их аминокислотном составе.

объектов, которые принято называть кластерами [15, 16]. При кластеризации изучаемой совокупности использовали иерархический анализ и метод ¿-средних. Результаты кластерного анализа представляли в виде дендрограмм, рассчитанных по методу Уорда, и графиков распределения средних значений определяемых признаков в каждой группе, сформированной с помощью метода /с-средних. При проведении кластеризации в качестве характеристик объектов использовали содержания 14 аминокислот. На дендрограмме по оси абсцисс располагают объекты, а по оси ординат - значения относительных евклидовых расстояний, служащих мерой различия между объектами и позволяющих объединять их в новые кластеры. Евклидово расстояние является геометрическим расстоянием в многомерном пространстве и вычисляется следующим образом:

<3г] —

Хтк)

где Xih> значения /¿-го признака для г-го и ^'-го объектов, а т - число характеристик. По отношению полученных величин

100%.

Результаты и их обсуждение. В ходе исследования в органической компоненте ок-салатных, фосфатных, уратных, уратно-оксалатных и фосфатно-оксалатных камней было выявлено наличие и определено количественное содержание 14 аминокислот. Суммарное их содержание в исследуемых образцах составляет 0,701-2,228 масс.%. В зависимости от ми-

Содержание, % 0,8 Г

0,7

0,6

0,1

0,5

0,4

0,3

0,2

Тгр Не ТЬг 5ег в1у А1а Уа1 Ме1 Ьеи С1п Рго РЬе Ьуэ Аг§

Аминокислоты

Рис. 2. Средние значения содержания аминокислот в мочевых камнях, принадлежащих к кластерам 1 (1), 2 (2) и 3(5).

нерального состава камня их количество меняется следующим образом (в масс.%): уратные камни (2.228) > уратно-оксалатные (2.024-2.109) > фосфатные (1.755-2.187) > фосфатно-оксалатные (0,918-0,996) > оксалатные (0,610-0,701). Качественный состав аминокислот (их число варьирует от 14 до 10) также зависит от фазового состава камней.

Результаты кластерного анализа подтвердили наличие значимых связей между аминокислотным и минеральным составами почечных камней. В качестве примера на рис. 1 представлена дендрограмма, построенная для 6 образцов, составы которых наиболее типичны для мочевых камней. На основании данных об аминокислотном составе мочевых камней хорошо выделяются три группы: первая (кластер 1) представлена оксалатными (№ 1 - 100% СаС204 Н20, следы Са5(Р04)зОН; № 2 - 60% СаС204 Н20, 10% - СаС204-2Н20, 30% -Са5(Р04)з0Н); вторая (кластер 2) - фосфатными (№ 3 - 100% Са5(Р04)30Н; № 5 - 100% 1ЧН^Р04-6Н20) и третья (кластер 3) - уратными (X» 4 - 85% С5Н41Ч403, 15% СаС204 Н20; № 6 - 100% СбН4]Ч4С)з) камнями. Средние значения содержания аминокислот в камнях, принадлежащих к различным кластерам, приведены на рис. 2.

Анализ полученных результатов позволяет отметить, что соотношение средних концентраций аминокислот в почечных камнях (глутамин > лизин > пролин > аланин > треонин > валин > глицин > серин > фенилаланин > аргинин > лейцин > триптофан > метионин > изо-лейцин) не соответствует данным по содержанию аминокислот в моче человека [17]: глицин > глутамин > лизин > пролин, серин, аланин, треонин > аргинин, триптофан > фенилаланин, лейцин > валин > изолейцин > метионин). Глутамина и лизина в почечных камнях больше, чем других аминокислот, и их количество выше, чем в моче. Это позволяет предположить наиболее активное участие в процессе образования почечных камней как самих аминокислот, так и белков с их высоким содержанием, вследствие наличия в их составе дополнительных боковых аминогрупп и карбоксильных остатков.

Статистический анализ результатов определения аминокислотного состава уролитов позволил выявить существование достоверной линейной зависимости между суммарным содержанием аминокислот и концентрацией йода в исследуемых образцах (коэффициент корреляции г — 0,96; Гкритич = 0,66 при Р = 0,99), что указывает на вероятное вхождение йода в белковую компоненту камня. Можно предположить, что выявленная зависимость является следствием того, что почечнокаменная болезнь часто протекает на фоне нарушений обмена веществ, связанных с заболеваниями щитовидной железы, которые возникают из-за дефицита йода [2]. Основным же путем выведения йода из организма человека служат почки [17].

Необходимо также отметить достаточно высокое значение г, равное 0,75, между содержаниями аминокислот и селена в почечных камнях. Возможно, это вызвано тем, что часть неорганического селена, находящегося в крови, восстанавливается до H2Se, образующего с гемоглобином крови селенгемоглобин [17]. Укажем также на значительно высокие г для таких элементов как I, Se, Sr, Ni с некоторыми аминокислотами, например Ni с глицином (г = 0,70); Sr с триптофаном, изолейцином, треонином и лейцином (г = 0,80). Это может указывать на их сродство как с отдельными аминокислотами, так и с белками, характеризующимися большим содержанием данных аминокислот.

Заключение. Проведенное исследование выявило значимые связи между аминокислотным, минеральным и элементным составами мочевых камней, показало различие аминокислотных составов мочи и образующихся з ней органомикеральных агрегатов. Это позволяет сделать вывод о существенном влиянии белковой компоненты на процессы кристаллизации патогенных фаз в организме человека. Последнее подтверждается и результатами модельных экспериментов по кристаллизации основных фаз мочевых камней в присутствии аминокислот и белков в условиях, близких к физиологическим [18, 19].

Единой теории, объясняющей природу исследуемого биокосного взаимодействия, в настоящее время не существует. Однако можно предположить, что специфическая роль белковых соединений в процессах образования почечных камней обусловлена способностью фаз уролитов избирательно взаимодействовать с аминокислотами, находящимися в физиологическом растворе, за счет протекания адсорбционных процессов химической и физической природы. При этом могут образовываться комплексы веществ белковой природы с тяжелыми металлами. Не исключено также встраивание некоторых аминокислот в кристаллическую структуру минеральных фаз, например в структуру апатита [20-22].

Summary

Golovanova О. A., Rosseyeva Е. V., Frank-Kamenetskaya О. V. Amino acids composition of stones of human uric system.

The quantitative content of 14 amino acids in the organic component of urinary stones of Omsk region residents is determined. Using the correlation and cluster analyses the reliable relationships between the contcnt of tracc metals and amino acids in urinary stones distinguished by the mineral composition are specified. It is established that amino acids composition of urine and renal stones are different. The conclusion about protein components influence on processes of crystallization of pathogenic phases in a human organism is made.

Литература

1. Кораго А. А. Введение в биоминералогию. СПб., 1992. 2. Тиктинский О.Л., Александров В.П. Мочекаменная болезнь. СПб., 2000. 3. Зузук Ф. В. // Химия в интересах устойчивого развития. 2002. № 10. С. 281-295. 4. Каткова В. И., Симаков А. Ф. // Сыктывкар. минер, сб. 1998. JV 27. С. 58-66. 5. Пятакова П. А. Физико-химическое исследование почечных камней, формальный генезис: Автореф. канд. дис. Омск, 2004. 6. Fiabance А. М., Williams D. Я. The principles of bioinorganic chemistry. London, 1977. 7. LeGeros R. Z., Blei-was С. В., Retino M. et al. // Amer. J. Dent. 1999. Vol. 12(2). P. 65-71. 8. Shad Muhammad Aslam, Ansari Tariq Mahmood, Afzal Uzma et al. // OnLine J. of Biol. Sci. 2001. Vol. 1.

N 11. P. 1063-1065. 9. Борбагп В. Ф., Голованова О. А., Качесова П. А. // Химия и хим. технология. 2002. Т. 45, вып. 1. С. 64-67. 10. Голованова О. А. Минералы почечных камней жителей Омского региона и некоторые химические условия их образования // Зап. Минерал, о-ва. 2004. № 5. С. 94-104. 11. Кадурин С. В. Парагенетические ассоциации минералов и онтогения ОМА в почках людей: Автореф. канд. дис. Львов, 2001. 12. Потапов С. С., Пальчик Н. А., Мороз Т. Н. // Минералогия и жизнь: биоминеральные гомологи / Под ред. Н. П. Юшкина. Сыктывкар, 2000. С. 113-114. 13. Ozgurtas Т., Yakut G., Gulec М. et al. // Urol Intern. 2004. Vol. 72(3). P. 233-236. 14. Оценка мясной продуктивности крупного рогатого скота: Рекомендации. 2-е изд. Новосибирск, 2001. 15. Боровиков В. Программа STATISTICA для студентов и инженеров. М., 1998. 16. Соыпикова Л. А., Тамашевич В. Н., Махнач Л. А. Многомерный статистический анализ. Минск, 2004. 17. Москалев Ю. И. Минеральный обмен. М., 1985. 18. Grases F., March J. G., Bibiloni F., Amat E. // J. of Crystal Growth. 1988. Vol. 87. P. 299-304. 19. Koutsopoulos S., Dalas E. //Longmuir. 2000. Vol. 16, N 16. P. 6739-6744. 20. Родичева Г. В., Орловский В. П., Романова Н. М. // Журн. неорг. химии. 2000. Т. 45, № 4. С. 648-651. 21. Родичева Г. В., Орловский В. П., Романова Н. М. // Журн. неорг. химии. 2000. Т. 45, № 12. С. 1970-1972. 22. Dorozhkin S. V., Epple М. // Angew. Chem. Int. Ed. 2002. Vol. 41. P. 3130-3146.

Статья поступила в редакцию 8 сентября 2005 г.

РЕФЕРАТЫ

УДК 537.877

Бисярин М.А. Мощные импульсы с сильной линейной частотной модуляцией в градиентных волноводах // Вести. С.-Петерб. ун-та. Сер. 4. 2006. Вып. 2. С. 3-9.

Рассмотрен нелинейный процесс распространения короткого импульса в волноводе с сильной зависимостью показателя преломления среды от радиальной координаты и со слабой зависимостью от продольной. Предполагается наличие линейной частотной модуляции высокочастотного заполнения, причем глубина модуляции соизмерима с шириной спектра (сильно чирпированный импульс). Процесс распространения такого импульса модулируется с помощью нелинейного волнового уравнения, которое решено асимптотически по малому параметру, задающему порядок величины амплитуды импульса. Показано, что процесс распространения импульса в такой среде характеризуется тремя масштабами. Фаза высокочастотного заполнения, фаза огибающей и коэффициент модуляции получены из решения системы уравнений, образуемой задачей Штурма-Лиувилля и условиями разрешимости задачи для поправки первого порядка к комплексной амплитуде импульса. Выведено уравнение для огибающей импульса с коэффициентами, зависящими от продольной координаты. Установлено, что чирп не является независимой характеристикой процесса распространения, но эволюционирует в определенном соответствии с параметрами поперечной и продольной неоднородностей волновода. Библиогр. 14 казв.

УДК 539.196+541.124

Бурейко С. Ф., Кучеров С. Ю. Ангармонические эффекты в квантово-механических расчетах молекул 3,5-диметилпиразола, дифенилформамидина и их комплексов с водородными связями // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 4. 2006. Вып. 2. С. 10-19.

Методом БРТ/ВЗЬУР/б-ЗШ** с использованием трех различных приближений для учета ангармоничности колебаний выполнены квантово-хи.мические расчеты колебательных частот свободных молекул и комплексов с Н-связью, образованных 3,5-диметилпиразолом и дифенилформамидином как акцепторами протона и карбоновыми кислотами и НВг как донорами протона. Показано, что учет ангармоничности методом многомерного вариационного расчета колебательных электрооптических параметров в пространстве нормальных координат дает наиболее близкие к экспериментальным величины для высокочастотных ХН валентных колебаний в системах с Н-связями, у которых соответствующая нормальная мода менее характеристична и включает движение многих атомов. Библиогр. 26 назв. Ил. 2.