Н М Богдан - Дослідження розчинення нативних та штучних ниркових фосфатних конкрементів - страница 1

Страницы:
1 

ПРОБЛЕМИ СТВОРЕННЯ ЛІКАРСЬКИХ ЗАСОБІВ

УДК 541.1:577.12 Н.М. Богдан

Інститут фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М. Литвиненка НАН України

ДОСЛІДЖЕННЯ РОЗЧИНЕННЯ НАТИВНИХ ТА ШТУЧНИХ НИРКОВИХ ФОСФАТНИХ КОНКРЕМЕНТІВ

© Богдан Н.М., 2008

Досліджено фазові переходи неорганічних компонентів ниркових фосфатних конк­рементів. Встановлено, що періодична зміна стаціонарних станів є принциповою особ­ливістю сечі, яку необхідно враховувати як під час теоретичного моделювання біомі-нералізації, так і під час розробки практичних рекомендацій.

Fase transitions of of inorganic components for kidney phosphatic concrements was explored. It is set that periodic change stationary states is the principle feature of urine, which it follows to take into account both at the theoretical design of biomineralization processes and at the development of practical recommendations.

Актуальність роботи. Важливість проблеми сечокам'яної хвороби (СКХ) величезна - це одне з найпоширеніших урологічних захворювань. Показник щорічної захворюваності нефролітіазом у світі становить від 0,5 до 5,3 відсотків і поступово зростає. Перше місце за поширеністю займають камені нирки і різні їх варіації, друге - камені сечоводу внаслідок відходження каменів з нирок. Невтішна і статистика щодо ризику рецидиву: протягом року вірогідність рецидиву коралоподібдного каменя досягає 10%, а протягом 5 років - 50% за відсутності адекватного лікування. СКХ виявляють в будь-якому віці, але найчастіше - в працездатному (у 30-55 років). Методи лікування пацієнтів з СКХ різноманітні, але їх можна розділити на дві основні групи: консервативні і оперативні. Вибір методу лікування залежить від багатьох чинників, але всеж-таки СКХ - це насамперед хірургічне захво­рювання, тому консервативна терапія не розглядається як альтернатива видаленню каменя [1].

В останні десятиліття в лікуванні СКХ був досягнутий істотний прогрес. Передусім, це пов'язано з впровадженням в клінічну практику методу дистанційної літотрипсії (ДЛТ): сьогодні для 80% пацієнтів з СКХ використовується метод ДЛТ. Цей метод успішно застосовується практично при всіх каменях нирок і сечоводів розміром до 25 мм. ДЛТ - перспективний і високоефективний метод лікування, але потрібно пам'ятати, що роздрібнити камінь - це тільки перша частина завдання. Найвідповідальнішим моментом в лікуванні нефролітіазу за допомогою методу ДЛТ є забезпечення виходу фрагментів.

Часто під час дроблення крупних каменів на УЗІ спостерігаються доріжки від ниркової балії до сечового міхура, що складаються з величезної кількості піску. Наслідком одномоментного виходу такої кількості дрібних фрагментів може стати обструкція сечоводу, частота якої сьогодні становить 24 %, а результатом цього може стати обструктивний пієлонефрит. У зв'язку з цим використання ДЛТ як ізольованого методу лікування є неприпустимим.

Тому в сучасній урології значна увага приділяється комбінованим методам лікування сечокам'яної хвороби. Одним з перспективних є поєднання методу ESWL з висхідним літолізом [2], що здатне істотно полегшити швидкість та безпечність виходу уламків після ДЛТ та значно зменшити процент рецидивів. Природно, що основа розробки ефективних літолітичних розчинів та прийомів їх клінічного застосування має грунтуватися на розумінні процесів утворення та роз­чинення ниркових конкрементів. У роботі узагальнені результати дослідження впливу концент­раційних чинників на розчинення фосфатних ниркових конкрементів.

Мета роботи. Дослідження впливу рН середовища літолітичних розчинів на швидкість і ступінь розчинення гідрофосфату CaHPO4 та фосфату кальцію Ca3(PO4)2 - як у зразках реагентів, так і у складі штучних і нативних фосфатних конкрементів.

Наукова новизна одержаних результатів. Доведено, що періодична зміна стаціонарних станів є принциповою особливістю сечі, яку варто враховувати під час теоретичного моделювання процесів, що відбуваються в ній, і під час розроблення клінічних методик.

Матеріали та методи. У дослідженні використані нативні та штучні фосфатні конкременти вагою 0,1 - 0,5г. Зразки гідро- та ортофосфату кальцію отримували переосадженням з водних розчинів, використовуючи зернини розміром 0,2 - 0,25мм.

Штучні конкременти отримували з гомогенних розчинів водорозчинних полімерів (полівінілацетат, полівініловий спирт, желатин тощо) і препаративного Са3(РО4)2 з розміром зерен ~ 0,01 мм. Нативні, свіжовидалені оперативним способом, конкременти використовувалися лише у тому випадку, коли вони мали виразне чергування (0,01 - 0,1 мм) шарів мінеральної та органічної складових. Шаруватість каменів візуалізувалася фарбуванням барвником Кумассі R-250.

Відомо, що шаруваті фосфатні камені є винятково твердими і утворюються в нирках за мінімальних для фосфатних каменів відхилень від "норми" добових значень рН, частотно-амплітудних характеристик їх коливань і низьких концентраціях білку в сечі. У міру подальшого руху до "норми" вказаних характеристик сечі, у фосфатних каменях послідовно зростає вміст оксалата кальцію. Навпаки, із зростанням патології, що супроводжується зростанням рН сечі, "лужною нерухомістю" та високою протеїнурією, в каменях зростає вміст струвіту - магній-аммонійной солі ортофосфорної кислоти (MgNH4PO4). Тому хімічний склад та структурна однорідність використаних у дослідженні фосфатних конкрементів контролювалися за допомогою ІК-спектроскопії. Розчинність препаративного Са3(Р04)2, а також штучних і нативних каменів вивчалася в ацетатних буферних розчинах і літолітичних композиціях, що містять дінатрієву сіль етілендіамінтетрауксусной кислоти (трілон Б). Літолітичні розчини готували на сольовому розчині, що моделює сечу [3], задані значення їх рН в інтервалі 4,0 - 6,0 досягалися додаванням піперазину гексагідрату. Швидкість розчинення зразків (V) розраховували за формулою: V = (mo - mt)/mo 100%, де mo, mt - маси зразка в початковий та поточний час розчинення. Розрахунки рівноважних характеристик фосфатно- ацетатних систем виконували розв'язанням відпо­відних рівнянь [4] для системи: Са3(Р04)2 + 2 HAc о Са(Ас)2 + 2 СаНРО4. Отримані експериментальні дані оброблялися методами математичної статистики [5].

Експериментальна частина. Залежність рівноважної розчинності Са3(Р04)2 (S) від рН в інтервалі 4,0 - 5,0 показано на рис. 1. Ця залежність описується прямою з г = 0,999 і S = 0,967. До того ж з'ясувалось, що деякі експериментальні значення, які відповідають SCa3 (PO^в цій області

рН, згідно з статистичним критерієм 3о [6], достовірно відхиляються від лінії регресії.

Рис. 1. Залежність розчинення препаративного Са3(РО4)2 в ацетатному буфері від рН середовища

Це можна пояснити тим, що у вказаній області рН присутні сполуки СаРь що помітно відрізняються за рівноважною розчинністю. Аналогічне явище вже відзначалося в літературі під час експериментального визначення та теоретичних розрахунків рівноважної розчинності фосфатів кальцію і пояснювалося фазовими переходами. Так, під час розрахунків простоювання потрійної системи Са(ОН)2 - Н3РО4 - Н2О в межах рН 4 - 8 в роботі [6] було знайдено 3 сингулярних точки, відповідні до переходу в двозаміщений фосфат кальцію (СаНРО4*2Н2О) більш основних солей: октакальцій-фосфату, ортокальцій-фосфату та гидроксилапатіту. При цьому дві з трьох зареєст­рованих сингулярних точок визначалися авторами при рН 4,3 і 4,8. З порівняння результатів робіт [7, 8], в яких розглядалися взаємні перетворення різних форм фосфату кальцію (брушит -октакальцій-фосфат, брушит - трикальцій-фосфат) очевидно, що положення сингулярних точок в шкалі рН дуже залежить від різних фізико-хімічних параметрів розчину і, насамперед, - від концентрації і співвідношення концентрацій у ньому різних сполук. Вказані фазові переходи в роботі [9] спостерігалися при значеннях рН 5,9 і 6,4, в роботі [10] - при рН 6,7 і 7,0, а в роботі [11] перший фазовий перехід знайдено при рН 5,2. Така висока чутливість положення сингулярних точок до складу розчину пояснювалася можливістю утворення в ньому нових речовин, асоциатів, кластерів і інших молекулярних утворень СаРъ що відрізняються за розчинністю. Було виконано аналогічні розрахунки взаємних перетворень фосфатів кальцію в ацетатних буферних системах при різних початкових і кінцевих значеннях рН з урахуванням утворення у розчинах комплексів CaH2P04+ та CaAc+. Результати розрахунків свідчать, що залежність S = f(pH) не є лінійною (рис. 2).

Це пов' язано з утворенням твердої фази з різним співвідношенням CaHPO4 та Ca3(PO4)2. Виявилось, що співвідношення цих форм фосфатів як у твердій фазі, так і в розчинах справді залежить від численних параметрів системи: початкової концентрації фосфату кальцію в розчині, його буферної ємності, йонної сили тощо. Внаслідок цього розрахунок дає сімейство кривих, положення перегину на яких візуально визначається у широкому діапазоні значень рН. До того ж виявилось, що знайдені положення точок фазового переходу в шкалі рН диференціюванням відповідних кривих мало залежать від складу розчину. Це ілюструється даними рис. 3, де зображено залежності зміни експериментально знайдених швидкостей розчинення штучних (а) і нативних (б) конкрементів від рН ацетатного буферного розчину, що містить в своєму складі 0,05 М трилону Б.

Рис. 2. Залежність теоретично розрахованої рівноважної розчинності Са3(РО4)2 (Sj) від рН ацетатного буфера. Стрілками 1-3 позначені області переважного існування СаНРО4, СаНРО4 + Са3(РО4)2 и Са3(РО4)2 відповідно

I-1-1-1-^

4.0 4.5 5.0 pH

Рис. 3. Залежність швидкості розчинення штучних (а) та нативних (б) фосфатних конкрементів від рН розчину

Справді, незважаючи на склад літолітичних розчинів, що істотно розрізняється, положення точок у шкалі рН, що відповідають екстремальній швидкості розчинення штучних і нативних конкрементів на рис.3, повністю збігається з точками перегину рівноважної розчинності Са3(РО4)2 на рис. 1 (рН = 4,30, 4,55 і 4,95). При цьому, якщо відмінності рівноважної розчинності Са3(РО4)2 на рис. 1 при таких значеннях рН розчину досягають лише ~ 2%, то відмінності швидкостей розчинення конкрементів з CaPj (рис. 3) сягають сотень відсотків. Свою чергою, з рис. 3 також зрозуміло, що співвідношення екстремальних значень швидкостей розчинення конкрементів залежить від часу їх літолізу. Якщо при півгодинному розчиненні це відношення становить 2, то за 3 години безперервного літоліза воно зменшується до 1,2. Подальше збільшення часу безперервного розчинення каменів приводить до подальшого стирання екстремумів на залежностях V = f (рН) і, в межі, виходить залежність рівноважної розчинності конкременту від рН розчину, аналогічна до показаної на рис. 1. Порівнюючи залежності З (а) і 3 (6), легко бачити, що для штучних конкрементів зміна рН розчину на 0,5 одиниці приводить до 5,5- кратної зміни швидкості їх розчинення. Для нативних каменів ці відмінності також істотні, хоч і не перевищують 1,5. Одержані швидкості розчинення штучних та нативних каменів, ймовірно, обумовлені особли­востями структурних неоднорідностей цих конкрементів.

На відміну від штучних конкрементів (максимальна гомогенність органічної матриці та заданими зернинністю препаратівного Са3(РО4)2), зразки нативних конкрементів характеризуються істотно вираженою зонально-радіальною структурою та різноманітними хімічними неоднорід-ностями. Виявлено, що швидкість розчинення нативних фосфатних конкрементів у шкалі рН проходить через ряд екстремумів, обумовлених фазовими переходами різних форм фосфату кальцію. Причому чим однорідніші конкременти, тим істотніше фазові переходи відбиваються на швидкості розчинення конкременту загалом. Очевидно, що ці обставини варто використовувати під час розробки технологій розчинення фосфатних каменів при висхідному і нисхідному літолізі.

Значення рН сечі здорових людей змінюються у доволі складному режимі [12]. Так, для них Фур'е-розкладанням зміни рН сечі вдається виділити коливання з періодами від декількох десятків хвилин до діб з амплітудою, що досягає кількох одиниць [13]. Крім того, для хворих на фосфатний нефролітіаз, разом з істотним зростанням рН сечі, є характерним бідніший коливальний спектр рН, а подальший розвиток захворювання приводить до так званої "лужної нерухомості". Тому важливим є розуміння процесів, що підтримують коливальний режим зміни рН сечі в нормі, а також процеси, що зменшують її коливання.

У літературі обговорювалися умови утворення в сечі мікрогетерогенної фази малорозчинних речовин [14]. Наголошувалося [15], що утворення в сечі частинок СаР! розміром 0,01 мкм можна розглядати як один з "захисних механізмів" зародження і подальшого зростання фосфатних конкрементів. Модельні експерименти і теоретичні розрахунки свідчать, що утворення (і подальше розчинення) мікрогетерогенної фази супроводжуються взаємними перетвореннями Сa3(Р04)2 <-> CaHPO4 та послідовними змінами рН розчину. Це підтверджується отриманими нами результатами, що показані на рис. 2.

Справді, розчинення CaHPO4 приводить до зростання рН розчину. Зростання рН, своєю чергою, обумовлює пересичення розчину різними формами фосфату кальція і приводить до утворення мікрогетерогенної фази з найменше розчинної речовини - Сa3(РО4)2. Видалення, отже, з розчину відповідних катіонів і аніонів, своєю чергою, підкислює розчин і сприяє розчиненню суспензії з Сa3(РО4)2. Цей ланцюг перетворень повертає розчин до початкового значення рН та початкових форм фосфатів кальцію. Циклічне перетворення різних форм фосфатів кальцію можна розглядати не тільки як захисний механізм від утворення конкрементів в нирці, але і як механізм, що підтримує коливання в ній рН сечі. Амплітуда зміни рН в такій системі залежить від початкових значень рН сечі, її буферних властивостей, іонної сили, природи і концентрації комплексонів та інших її фізико-хімічних характеристик, що було досліджено експериментально.

Рис. 4. Залежність зміни АрН (АрН = рНкіня -рНпоч) від початкового рН ацетатного буфера при розчиненні в ньому Са3(РО4)2

Залежність на рис.4 демонструє, наскільки збільшується рН модельного буферного розчину залежно від початкових значень рН при розчиненні в ньому Сa3(РО4)2. З рисунка зрозуміло також, що взаємне перетворення фосфатів кальцію за розглянутим вище циклічним механізмом здатне підтримувати істотні коливання рН модельного розчину. Ймовірно, що інші складові сечі також здатні впливати на її частотно-амплітудні параметри.

Висновки. Доведено, що періодична зміна стаціонарних станів є принциповою особливістю сечі, яку потрібно враховувати під час теоретичного моделювання процесів, що відбуваються в ній, і під час розробки клінічних методик.

На модельних системах та нативних фосфатних конкрементах хворих на СКХ встановлено, що в області, характерній для фазових переходів різних фосфатів кальцію, сумарний процес розчинення фосфатних конкрементів прискорюється розчинами, значення рН яких періодично змінюються.

Для прискорення розчинення фосфатних конкрементів у нирці людини доречним є використання літолітичних розчинів у коливальному режимі рН у межах фазових переходів фосфатів.

1. Дзеранов Н.К., Бешлиев Д.А. Лечение мочекаменной болезни — комплексная медицинская проблема // СотіИит-тесІісит: приложение . Урология. 2003. стр. 18-22. 2. Bilobrov V.M., Roy A., Bilobrov S.V. Estimating the effectiveness of various methods of evacuation of kidney stones, on the basis of data obtained on percentage of "stone free" and recurrent stone formation // International Urology and Nephrology. - 2001. - № 33. - Р. 335 - 340. 3. Растворение мочекислых камней. / В.М.Билобров, Л.М. Литвиненко, Ю.Г. Единый и др. // Урол. и нефрол. - 1986. -№ 2. С. 33 - 38. 4. Афифи А., Эйзен С. Статический анализ: Подход с использованием ЭВМ. -М., 1982, - 488 с. 5. А.Н. Цветков, В.А. Епанечников. Прикладные программы для ЭВМ. - М. : Финансы и статистика, 1984. - 175 с. 6. Фосфор в окружающей среде / Под. ред. Э. Гриффита. - М.: Мир, 1977. - 760 с. 7. Meyer J.L. Phase Transformations in the spontaneous precipitation of calcium phosphate. - Croat. Chem. Acta, 1983. - Vol. 56, № 4. - P. 753 - 767. 8. Proc. of the Int. Symp. Precipitation and Interfacial Phenomena in Mineralization in Biological and Biopolymer Matrices. // Croat. Chem. Acta, 1983. - Vol. 56, № 4. -P. 554 - 315. 9. Mineral phases of calcium phosphate / G.H. Tancollaa, M. Loke, L. Peres, C. Richardson et al. // AnaS. Record. 1989. - Vol. 224, № 2. - P. 234 - 241. 10. mncdlas G.H. The Mechanism of Precipitation of Biological Minerals. The Phosphates Oxalates and Carbonates of Calcinne. - Croat. Chean. Acta, 1983. - Vol. 56, № 4. - P. 741 - 752. 11. Furedi - Milhofer H., Marlcovic M., Cezelac M. Precipi tation and solibility of calcium phosphates and oxalates in the system Ca(OH)2- НзР04 -Н2С2Р4-NaCl- H20 // J. Crystal Growta. - 1987. - Vol. 80, № 1. - P. 60 - 68. 12. Билобров В.М., Чугай А.В. Химический состав почечных конкрементов и биохимические показатели мочи. // Рукопись деп. в ВИНИТИ 30.07.87, № 5449-В87. - Донецк, 1987. - 20 с. 13. Биохимические особенности среды: Химический состав и строение почечных конкрементов / В.М. Билобров, А.В. Чугай, Ю.Г. Едишй и др. // Структура органических соединений и механизмы реакций Сб. науч. тр. - Киев: Наукова думка, 1986. - С.126 - 157. 14. Smith L.H, Meyer J.L. Urinary inhibitors of calcium oxalate crystal gronth // Colloguium on Renal Lithiasis / Eds. B. Pinlaysen., W.C; Thomas. - Gcinsville: Florida University Press, 1976. - P. 112 - 118. 15. Физико-химические основы биоминерализации / В.М. Билобров, А.В. Чугай и др. //Минералогический сб. - Львов, 1991. - Т.41. С. 59 - 63.

Страницы:
1 


Похожие статьи

Н М Богдан - Дослідження розчинення нативних та штучних ниркових фосфатних конкрементів

Н М Богдан - Розбудова регіональної іпотечної системи як фактор підвищення інвестиційної привабливості регіону