Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ научной проблемы 16
1.1. Обзор литературы 16
1.2. Методологические аспекты области, объекта и предмета изучения 28
1.3. История научной проблемы 29
1.4. Биоминерализация в организме человека 37
1.5. Живое и косное вещество в трудах В.И. Вернадского 38
1.6. Биоэкологическая среда и здоровье 42
ГЛАВА 2. Строение уролитов 50
2.1. Комплексная методика исследования уролитов 51
2.2. Строение уролитов 69
2.2.1. Минеральная компонента уролитов 69
2.2.2.Органическая компонента уролитов 81
2.2.3.Микроэлементный состав уролитов 83
2.3. Морфология уролитов 88
2.4. Структура и текстура уролитов 97
2.5. Минеральные парагенетические ассоциации и типы структур 110
2.6. Микрорельеф граней кристаллов оксалатов кальция 114
ГЛАВА 3. Ритмическая зональность уролитов 133
3.1. Ритмическая зональность в агрегатах 133
3.2. Ритмическая зональность в сферолитах 146
3.3. Ритмическая зональность в кристаллах оксалатов кальция 164
ГЛАВА 4. Распространение элементов в уролитах 170
4.1. Особенности распространения элементов в уролитах 170
4.2. Распространение химических элементов в уролите Ch-1-2 171
4.3. Распространение химических элементов в уролите G-4-2 178
ГЛАВА 5. Связь состава уролитов с историями болезни пациентов с мочекаменной болезнью
5.1. Особенности строения уролитов группы пациентов 190
5.1.1. Сведения о пациентах (заболевания, результаты анализов) 194
5.2. Основные причины возникновения мочекаменной болезни 200
5.3. Эпидемиологические аспекты мочекаменной болезни 219
Заключение 263
Литература
- История научной проблемы
- Минеральная компонента уролитов
- Ритмическая зональность в кристаллах оксалатов кальция
- Распространение химических элементов в уролите G-4-2
Введение к работе
Актуальность проблемы. Представляемая к защите работа посвящена биоминералогии уролитов – патогенных органо-минеральных агрегатов (ОМА), образующихся в мочевыводящих путях человека. Научные результаты, полученные при выполнении исследований, вносят определённый значительный вклад в дальнейшее развитие научного направления «Биоминералогия».
Большой вклад в изучение ОМА в мочевой системе человека внесли российские ученые: Н.П. Юшкин, А.А. Кораго, В.И. Ракин, В.И. Каткова, Ф.В. Зузук, О.А. Голованова, Н.А. Пальчик, Т.Н. Мороз, В.Н. Столповская, С.С. Потапов, Э.В. Сокол, В.М. Би-лобров и другие. Среди зарубежных учёных, изучавших минералообразование в организме человека, следует отметить: Мак-Коннелла Д. (1977), Г.А. Лоуэнштама (1989), Д.А. Андерсена (1973), Бекермана (2001) и др.
Особую актуальность данные исследования приобретают в связи со значительной распространённостью мочекаменной болезни (МКБ) во всём мире, в том числе и в Томской области.
В настоящее время уролитиаз остается важной проблемой современной медицины и занимает одно из ведущих мест среди хирургических болезней органов мочевой системы. Важность проблемы МКБ огромна: уролитиаз является одним из самых распространенных урологических заболеваний. Ежегодная заболеваемость МКБ в мире составляет от 0,5 до 5,3%, частота её возникновения составляет 0.1–0.4%, то есть у 100–400 человек из 100000 ежегодно образуются уролиты. Важность и актуальность проблемы определяются ее эпидемиологией, т.к. имеет широкое распространение, и во многих странах мира отмечена тенденция к росту заболеваемости.
Распространенность МКБ в России носит эндемический характер (данные ФГУ «НИИурологии» Минздравсоцразвития России, 2011 год), но в среднем варьирует до 0,4%–0,5% от общего числа урологических больных. Отмечен прогрессивный рост заболеваемости МКБ у взрослых за период 2002 – 2009 гг. на 17,3% в абсолютных значениях и на 18,1% по показателю на 100000 населения. Ежегодный прирост заболеваемости взрослых достигает 3,5%. В ряде регионов России наблюдается высокая заболеваемость взрослого населения МКБ: Алтайский край, Ненецкий АО, Республика Ингушетия, Амурская, Магаданская области и др.
По данным Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Томской области, МКБ в ряде районов Томской области распространена крайне неравномерно. Примерно около 1% всего населения постоянно страдает мочекаменной болезнью. Заболеваемость МКБ в Томской области за период 1996-2010 гг. составила в среднем 475 случаев на 100000 населения.
Тема работы определяет тот раздел науки биоминералогии, который относится к взаимодействию минерального и органического вещества при формировании уролитов. Научная проблема находится в области биоминералогии, занимающейся изучением формирования косной материи в живом веществе. Проблемы биоминералогии активно обсуждаются на конференциях и семинарах самого высокого научного уровня. Примером могут служить конференции, совещании, научные школы, организуемые в Институте геологии Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар), в Институте минералогии УрО РАН (г. Миасс), в Институте экспериментальной минералогии (г. Черноголовка). Начало научному направлению в области биоминералогии было заложено академиком Н.П. Юшки-ным, и в настоящее время продолжается при поддержке академика РАН А.М. Асхабова.
Определение минерального состава и структуры уролитов необходимо урологам для обоснованного назначения лечебных и профилактических действий пациенту. Су-
ществующие мировые стандарты диагностики и лечения больных уролитиазом предусматривают обязательное исследование уролита для каждого больного МКБ.
Диссертационная работа выполнена на кафедре общей геологии и землеустройства Института природных ресурсов (ИПР) ТПУ. В выполнении исследований принимали также участие сотрудники кафедры урологии Сибирского государственного медицинского университета (г. Томск).
Цель исследований – на примере уролитов жителей Томской области выполнить комплексное изучение минерального и микроэлементного состава, строения, структурных особенностей уролитов и выявить закономерности их формирования.
Задачи исследований:
-
Определить методологию и разработать методику комплексного изучения уролитов.
-
Изучить морфологию, минеральный и микроэлементный состав уролитов, выделить морфологические разновидности и структурно-текстурные особенности их строения.
-
Рассмотреть распространение химических элементов в структуре уролитов.
-
Установить связь между строением уролитов и причинами болезни пациентов с мочекаменной болезнью.
Базовой основой работы явилось изучение морфологии, текстуры, структуры, минерального состава уролитов с учётом методических рекомендаций, а также авторских разработок.
Объекты исследований. Главными объектами исследований являются уролиты, вышедшие у больных МКБ самопроизвольно, либо извлеченные в результате хирургического вмешательства, не влияющего на целостность камня.
Изучено 952 уролита различного минерального состава. Для исследования применялись методы анализа: кристалломорфологический (952 пробы), спектральный (120 проб по 48 элементам определения, т.е. 5760 элементов определения), рентгенострук-турный (24 пробы), инструментальный нейтронно-активационный (25 проб по 23 элементам определения, т.е. 575 элементов определения), электронно-микроскопический (20 проб). Все аналитические исследования проведены в аттестованных и аккредитованных лабораториях Томского политехнического университета, Института геологии Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар), ООО «Комита» (г. Санкт-Петербург), ОАО «ТомскНИ-ПИнефть» (г. Томск).
Научная новизна выполненных исследований заключается в следующем:
-
Разработана и применена комплексная методика исследования уролитов. Методологический подход к изучению уролитов включает в себя набор современных методов: световую и электронную сканирующую микроскопию, рентгеноспектральный, рент-геноструктурный, нейтронно-активационный, энергодисперсионный рентгено-флуоресцентный метод, лазерное микрозондирование, методы химических исследований и другие виды анализов.
-
Впервые изучены распространённость и соотношение основных типов минералов в уролитах жителей Томской области и некоторых соседних областей.
-
Детально рассмотрена ритмическая зональность в структуре агрегатов (уролитов) и индивидов (кристаллов и сферолитов). Элементами внутренней структуры уролитов являются: ядро, слой, зона, ритм. Отмеченные перерывы в росте уролитов сопровождаются их частичным растворением, что моделируется в экспериментах по растворению уролитов. Рассчитаны циклические ритмы зональности, соответствующие суточным, полумесячным, сезонным периодам формирования уролитов.
-
Изучено распространение химических элементов в структуре уролитов. Установлено, что неоднородность химического состава уролитов является следствием изменения условий их формирования.
-
Исследована связь состава и строения уролитов с историями болезни пациентов урологических отделений г. Томска и районных поликлиник.
-
Установлена зависимость эффективности растворения уролита от повышения температуры омывающего раствора этилендиметилтетрауксусной кислоты (ЭДТА) и времени воздействия раствора на уролит.
Практическая значимость.
– Полученные результаты изучения минерального состава и строения уролитов применяются урологами медицинских учреждений г. Томска при назначении пациентам диеты, лечения и послеоперационного сопровождения.
– Разработана методология и методика комплексного исследования состава и строения уролитов, которая может быть использована при исследовании других биогенных объектов.
– Подготовлен курс лекций дисциплины «Основы биоминералогии» для студентов кафедры Геоэкологии и геохимии. Отдельные разделы дисциплины используются при чтении лекций по курсу «Общая геология» на кафедре Общей геологии и землеустройства Института природных ресурсов ТПУ.
– Результаты проведенного комплексного исследования вносят значительный вклад в изучение онтогении уролитов.
Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач была разработана методология комплексного исследования состава и строения уролитов, которая включает современные методы изучения: микроморфологические, поляризацион-но-оптические, химические, электронную микроскопию (растровый электронный микроскоп, сканирующий электронный микроскоп Hitachi S-3400N, локальный спектральный лазерный анализатор, рентгеновский дифрактометр Rigaku Ultima IV, инструментальный нейтронно-активационный на ядерном реакторе ТПУ).
Защищаемые положения:
-
Установлены закономерности видового, морфологического и текстурно-структурного разнообразия уролитов жителей Томской области. Преимущественно распространены уролиты оксалатного состава (79%), реже отмечены полиминеральные (11%), мочекислые (7%) и фосфатные (3%) уролиты. В единичных экземплярах встречаются белковые уролиты (цистиновые). По морфологии поверхности различаются уролиты: друзовидные, микросферолитовые, комбинированные, коралловидные, пористые. По текстурно-структурным характеристикам выделены: кристаллически-зернистые, дендритовидные, ритмически-зональные и комбинированные минеральные агрегаты.
-
Выделены элементы внутренней структуры уролитов: ядро, слой, зона, ритм (группа однородных биоминеральных зон). В структуре уролитов слои оксалатно-уратного, уратного, фосфатного состава чередуются со слоями, представленными органическим веществом (белками, гликопротеинами, мукополисахаридами), формируя различные биоминеральные ритмы. Отмеченные перерывы в росте уролитов сопровождаются их частичным растворением, что моделируется в экспериментах по растворению уролитов. Рассчитанные циклические ритмы зональности соответствуют суточным, полумесячным, сезонным периодам формирования уролитов.
-
В химическом составе минералов, слагающих уролиты, преобладают основные уролитообразующие элементы (в мас.%): (O–59; Ca–33; C–18; P–12; N–31); в от-
дельных микровключениях и микрозонах отмечаются повышенные концентрации Si, S, Fe, Zn, Ni, Pb. Распространение элементов имеет неравномерный характер, при этом максимальные их концентрации отмечаются в микрослоях (микрозонах), обогащённых органическим веществом на границах между структурными биоминеральными зонами. 4. Разработана комплексная методология изучения уролитов, которая применяется урологами при подготовке рекомендаций и корректировке методов лечения и послеоперационного сопровождения пациентов. Между составом изученных уроли-тов и историями болезни пациентов выявлена определённая зависимость, выражающаяся в приуроченности отдельных микроэлементов к конкретным минералам, и связанная с рядом заболеваний, перенесенных пациентами.
Достоверность защищаемых положений подтверждается: использованием высокоточного современного оборудования в сертифицированных лабораториях и применением надёжных методов диагностики, а также достаточно большим количеством измерений и статистических данных.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на международных, всесоюзных и всероссийских конференциях, симпозиумах и семинарах: «Минералогический семинар» (г. Сыктывкар,1984); VII съезд ВМО (г. Ленинград,1987); I Республиканская конференция по биоминералогии (г. Луцк, 1988); Междисциплинарная научно-техническая школа-семинар (г. Томск, 1988); Семинар «Молекулярные основы метаболизма и биологического действия химических элементов» ВХО им. Д.И. Менделеева (г. Ленинград,1989); 15 Международный съезд минералогических ассоциаций (КНР, 1990); 2-я Всесоюзная междисциплинарная школа-семинар (г. Томск,1990); 12 региональная минералогическая школа «Топоминералогические проблемы медицинской минералогии» (г. Сыктывкар,1991); Всесоюзное совещание по вопросам биоминералогии (г. Сыктывкар,1991); «Проблемы уфобиоэнергоинформатики» (г. Ростов-на-Дону,1991); 1-я Межгосударственная конфер. «Биоминералогия-92» (выездная сессия Укр. минералогического об-ва (г. Луцк,1992); Межгосударственный минералогический семинар «Минералогия и жизнь» (г. Сыктывкар,1993); Межгосударственный минералогический семинар (гг. Сыктывкар, Санкт-Петербург,1995); «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды» (г. Томск,1995); 2-й Международный семинар «Минералогия и жизнь»: биоминеральные взаимодействия (г. Сыктыв-кар,1996); Научно-практич. конференция, посвящ. 100-летию ТПУ (г. Томск,1996); Научно-практ. конференция урологов Сибири «Актуальные вопросы урологии» (г. Томск,1998); 6 конфер. студентов, аспирантов, молодых ученых «Современная техника и технологии» (г. Томск,1999); Joint Annual Meeting of the Geological Association of Canada and The Mineralogical Association of Canada (Sudbury, Ontario, Canada, Laurentian Uni-versity,1999); 2 Международный минералогический семинар «История и философия минералогии» (г. Сыктывкар, 1999); 3 Международный семинар «Минералогия и жизнь: биоминеральные гомологии» (г. Сыктывкар,2000); научная конференция «Проблемы геологии и геохимии юга Сибири» (г. Томск,2000); 4-й Корейско-Российский симпозиум науки и технологии (Южная Корея, г. Ульсан,2000); Международная научно-практич. конференция «Горно-геологическое образование в Сибири» (г. Томск,2001); науч. кон-фер. «Природные ресурсы Забайкалья и проблемы природопользования» (г. Чита,2001); 1 международный симпозиум «Биокосное взаимодействие: Жизнь и камень» (г. Санкт-Петербург,2002); конференция «Современная техника и технологии» (г. Томск, 2004); конференция «Проблемы геологии и разведки месторождений полезных ископаемых» (г. Томск,2005); Всероссийская науч.-практич. конфер. студентов и молодых учёных им.
акад. М.А.Усова (г. Томск, 2004, 2005); научно-практич. конференция в рамках Международного форума, посвящ. 100-летию первого выпуска горных инженеров в Сибири и 90-летию Сибгеолкома (г. Томск,2008); научно-практич. конференция урологов Сибири, посвящ. 40-летию Томского урологического общества (г. Томск,2008); Междунар. ми-нералогич. семинар «Минералогич. перспективы» (г. Сыктывкар,2011); Минералогич. семинар с международным участием «Современные проблемы теоретической, экспериментальной и прикладной минералогии (Юшкинские чтения-2013)» (г. Сыктывкар,2013); Междунар. Науч.-исследоват. журнал (г. Екатеринбург,2013); Вестник Томского гос. университета (г.Томск,2013); «Фундаментальные исследования», раздел «Химия и химические технологии» (г. Томск,2013); IV Российское совещание по органической минералогии с международным участием (г. Черноголовка, ИПХФ РАН, 2013).
Материалы диссертационной работы в полном объёме доложены и одобрены на заседаниях минералогических семинаров ведущих Российских геологических институтов: Института геологии Коми Научного Центра УрО РАН, г. Сыктывкар (протокол № 2 от 28.10.2013 г.) и Института минералогии УрО РАН, г. Миасс (протокол № 2 от 31.10.2013 г.).
Личный вклад автора:
Проанализированы литературные источники по распространению мочекаменной
болезни в мире, в России, в г. Томске.
Сформулированы задачи, выполнены лабораторно-аналитические исследования.
Разработан методологический подход к изучению патогенных органо-минеральных образований, возникающих в мочевой системе человека.
Использован комплекс современных методов, позволяющих выполнить исследования биогенных образований на высоком научном уровне.
Впервые системно изучен минеральный состав, морфология и структура уролитов Томской области и выполнен их сравнительный анализ по районам, проведена обработка и интерпретация результатов.
Выявлены закономерности и особенности распределения химических элементов в структуре уролитов.
Выполнен анализ минерального состава уролитов.
Работа базируется на фактическом материале, собранном автором в период с 1980 по 2013 годы.
Исследования выполнялись в соответствии с проводимыми Томским политехническим институтом работами по целевой комплексной программе Минвуза РСФСР «Человек и окружающая среда» (проблема «Охрана и использование земных недр») по теме 7.1.3.2 «Микрополиэдрическое строение и исследование несовершенств структуры искусственных и естественных кристаллов»). Работа поддержана грантами РФФИ: проект № 96-05-64587 «Исследование минералого-кристаллографических и биохимических особенностей патогенных образований (мочевых камней)»; проект № 98-05-03189 «Изучение влияния состава питьевой воды на формирование патогенных минеральных образований (мочевых камней) в организме человека».
Внедрение результатов исследования
Результаты изучения уролитов используются в урологических отделениях медицинских учреждений г. Томска (заключение заведующего кафедрой урологии СибГМУ, доктора медицинских наук, профессора А.В. Гудкова, 2013 г.; заключение главного врача Областного государственного автономного учреждения здравоохранения «Том-
ская областная клиническая больница» (ОГАУЗ ТОКБ) М.А. Лукашова и заведующего отделением урологии ТОКБ, к.м.н. А.В. Мосеева, 2013 г.).
Материалы изучения уролитов явились основой для разработки курса лекций дисциплины «Основы биоминералогии» для студентов кафедры Геоэкологии и геохимии, а также используются при чтении лекций по курсу «Общая геология» на кафедре Общей геологии и землеустройства Института природных ресурсов ТПУ.
Публикации. Содержание исследований и положения диссертации опубликованы в 82 работах (в 3 монографиях и в 79 статьях и тезисах докладов). 14 статей опубликованы в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК. Материалы исследований представлялись и докладывались на конференциях в городах: Томск, Москва, Черноголовка, Ленинград, Чита, Сыктывкар, Миасс, Луцк, Львов; Китай, Канада, Ульсан (Южная Корея).
Структура работы и объем. Работа состоит из введения, 5 глав и заключения. Она изложена на 302 страницах текста, включая 87 таблиц, 180 иллюстраций и библиографический список, содержащий 375 наименований.
История научной проблемы
1. Уролиты жителей Томской области характеризуются широким видовым, морфологическим и текстурно-структурным разнообразием. По частоте встречаемости они распределены следующим образом: оксалатные –79%; сложного минерального состава – 11%; уратные –7%; фосфатные – 3%. В единичных экземплярах встречаются белковые уролиты: цистиновые, ксантиновые. По морфологии поверхности различаются уролиты: друзовидные, микросферолитовые, комбинированные, коралловидные, пористые. По текстурно структурным характеристикам выделены: кристаллически-зернистые, дендритовидные, ритмически-зональные и комбинированные минеральные агрегаты.
2. В структуре уролитов слои оксалатно-уратного, уратного, фосфатного состава чередуются со слоями, представленными органическим веществом (белками, гликопротеинами, мукополисахаридами), формируя различные ритмы. Элементами внутренней структуры уролитов являются: ядро (центральная часть уролита); слой (минимальная структурная единица однородного строения и состава), зона (группа слоёв однородного строения и состава); рит м (группа однородных зон). Отмеченные перерывы в росте уролитов сопровождаются их частичным растворением, что моделируется в экспериментах по растворению уролитов. Рассчитанные циклические ритмы зональности соответствуют суточным, полумесячным, сезонным периодам формирования уролитов.
3. В химическом составе минералов преобладают основные уролитообразующие элементы (в мас.%): (O–59; Ca–33; C–18; P–12; N–31); в отдельных микровключениях и микрозонах отмечаются повышенные концентрации Si, S, Fe, Zn, Ni, Pb. Распространение элементов имеет неоднородный характер, при этом максимальные их концентрации отмечаются в микрослоях (микрозонах), обогащённых органическим веществом на границах между структурными зонами.
4. Разработана комплексная методология изучения уролитов, которая применяется урологами при подготовке рекомендаций и корректировке методов лечения и послеоперационного сопровождения пациентов. Между составом изученных уролитов и анамнезом пациентов установлена определённая зависимость, выражающаяся в приуроченности отдельных микроэлементов к конкретным минералам, и связанная с рядом заболеваний, перенесенных пациентами.
Достоверность полученных результатов определяется использованием и высокоточного современного оборудования в сертифицированных лабораториях и применением надёжных методов диагностики, а также достаточно большим количеством измерений и статистических данных.
Апробация работы. Основные исследования и положения диссертации изложены в 82 работах (в 3 монографиях и в 79 статьях и тезисах докладов). 14 статей опубликованы в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК. Материалы исследований представлялись и докладывались на конференциях и симпозиумах в городах: Томск, Москва, Черноголовка, Ленинград, Чита, Сыктывкар, Миасс, Луцк, Львов, а также Китай, Канада, Ульсан (Южная Корея).
Публикации. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных и всероссийских конференциях, симпозиумах и семинарах: «Минералогический семинар» (г. Сыктывкар, 1984); VII съезд ВМО (г. Ленинград,1987); I Республиканская конференция по биоминералогии (г. Луцк, 1988); Междисциплинарная научно-техническая школа семинар (г. Томск,1988); Семинар «Молекулярные основы метаболизма и биологического действия химических элементов» ВХО им. Д.И. Менделеева (г. Ленинград,1989); 15 Международный съезд минералогических ассоциаций (КНР,1990); 2-я Всесоюзная междисциплинарная школа-семинар (г. Томск,1990); 12 региональная минералогическая школа «Топоминералогические проблемы медицинской минералогии» (г. Сыктывкар, 1991); Всесоюзное совещание по вопросам биоминералогии (г. Сыктывкар,1991); «Проблемы уфобиоэнерго информатики» (г. Ростов-на-Дону,1991); 1-я Межгосударственная конференция «Биоминералогия-92» (выездная сессия Украинского минералогического общества (г. Луцк,1992); Межгосударственный минералогический семинар «Минералогия и жизнь» (г. Сыктывкар, 1993); Межгосударственный минералогический семинар (гг. Сыктывкар, Санкт-Петербург, 1995); «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды» (г. Томск, 1995); 2-й Международный семинар «Минералогия и жизнь»: биоминеральные взаимодействия (г. Сыктывкар, 1996); Научно-практич. конференция, посвящённая 100-летию ТПУ (г. Томск, 1996); Научно-практич. конференция урологов Сибири «Актуальные вопросы урологии» (г. Томск, 1998); 6 конференция студентов, аспирантов, молодых ученых «Современная техника и технологии» (г. Томск, 1999); Joint Annual Meeting of the Geological Association of Canada and The Mineralogical Association of Canada (Sudbury, Ontario, Canada, Laurentian University, 1999); 2 Международный минералогический семинар «История и философия минералогии» (г. Сыктывкар, 1999); 3 Международный семинар «Минералогия и жизнь: биоминеральные гомологии» (г. Сыктывкар, 2000); научная конференция «Проблемы геологии и геохимии юга Сибири» (г. Томск, 2000); 4-й Корейско-Российский симпозиум науки и технологии (Южная Корея, г. Ульсан, 2000); Междунар. науч.-практич. конференция «Горно геологическое образование в Сибири» (г. Томск, 2001); научная конференция «Природные ресурсы Забайкалья и проблемы природопользования» (г. Чита, 2001); 1 международный симпозиум «Биокосное взаимодействие: Жизнь и камень» (г. Санкт-Петербург, 2002); конференция «Современная техника и технологии» (г. Томск, 2004); конференция «Проблемы геологии и разведки месторождений полезных ископаемых» (г. Томск, 2005); Всероссийская научно практическая конференция студентов и молодых учёных им. акад. М.А.Усова (г. Томск, 2004, 2005); научн.-практич. Конфер. в рамках Международного форума, посвященного 100-летию первого выпуска горных инженеров в Сибири (г.Томск, 2008); научно-практическая конференция урологов Сибири, посвящённая 40 летию Томского урологического общества (г.Томск, 2008); Междунар.минералогич. семинар «Минералогические перспективы» (г. Сыктывкар, 2011);
Минеральная компонента уролитов
Результаты определения состава уролита должны являться обязательным компонентом алгоритма диагностики и лечения пациентов с мочекаменной болезнью, несмотря на трудоемкость исследования [154]. Примером может служить решение вопроса о выборе терапии при сочетании инфекции мочевыводящего тракта и мочекаменной болезни. В этом случае без анализа уролита невозможно установить первичность инфекции по отношению к литогенезу. В случае, если основой уролита является струвит, причиной камнеобразования будут являться уреазопродуцирующие микроорганизмы; если же уролит состоит из других соединений, инфекцию следует рассматривать как осложнение мочекаменной болезни.
Изучение состава уролитов необходимо как для диагностики, так и для назначения адекватной схемы консервативного и оперативного лечения мочекаменной болезни, особенно в случаях наследственного и рецидивного камнеобразования. Существующие мировые стандарты диагностики и лечения больных уролитиазом предусматривают обязательное исследование уролита для каждого больного с мочекаменной болезнью. Независимо от патогенеза мочекаменной болезни анализ уролита является лишь вспомогательным исследованием наряду с выполнением комплекса биохимических анализов крови и мочи, а также микроскопии осадка мочи.
Как заболеваемость уролитиазом, так и химический состав уролитов варьирует в зависимости от диетических предпочтений, места жительства и этнического происхождения пациентов. Разнообразие возможного состава уролитов вызывает необходимость применения различных методов анализа в зависимости от поставленной задачи. Для диагностики и последующего назначения адекватной терапии, особенно у пациентов с самостоятельным отхождением уролитов, необходимо, прежде всего, знание химического состава образца (качественного, и в случае затруднений идентификации, количественного). В случае рецидивного литогенеза появляется необходимость изучения микроморфологии и фазового состава уролита, для чего используются физические методы.
Исследования уролитов выполнены сотрудниками кафедры общей геологии и землеустройства Института природных ресурсов Томского политехнического университета (ТПУ) и кафедры урологии Сибирского государственного медицинского университета (г. Томск) [234].
Объектом исследования послужили уролиты (952 конкремента), вышедшие у больных МКБ самопроизвольно, либо извлеченные в результате хирургического вмешательства, не влияющего на целостность камня (уретеролитоэкстракции или открытой уретеролитотомии). В 560 (59%) случаях конкременты были получены у мужчин, в 392 (41%) случаях – у женщин, проживающих в г. Томске и Томской области.
Исследование уролитов было комплексным и включало изучение формы, цвета, характера поверхности, минерального и органического состава, а также внутренней структуры и зональности. Были использованы кристалломорфологические, химические, поляризационно-оптические, рентгеноструктурные, электронно-микроскопические, нейтронно-активационные, а также компьютерные технологии изучения строения уролитов.
На первом этапе изучались внешние макроскопические признаки уролита (цвет, форма, размер) и анализировалась морфология поверхности. Морфологию и минеральный состав уролита изучали с помощью кристалломорфологического метода на бинокулярном микроскопе МБС-10 и тринокулярном микроскопе MC300(TFP). На втором этапе, используя поляризационно-оптический метод, детализировали минеральный состав уролита и оценивали взаимоотношения между отдельными зернами минералов. Для этого готовили шлифы (тонкие срезы камня толщиной 0,03 мм), которые исследовали на поляризационном микроскопе «Полам» Л213М.
При выявлении сложного вещества исследование дополняли методом рентгеновского фазового анализа, позволяющего на основе дифракции провести качественный и количественный анализ поликристаллических материалов с определением их составляющих. При необходимости уточнения применяли также ряд химических исследований и компьютерную диагностику структурных особенностей.
Следующий этап исследования состоял в оценке распределения химических элементов в структуре уролита. Для этого на базе учебно-научной лаборатории электронно-оптической диагностики МИНОЦ кафедры геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов ТПУ был проведен рентгеноспектральный анализ с помощью сканирующего электронного микроскопа Hitachi S-3400N с энергодисперсионной приставкой Bruker XFlash 4010. Съемку проводили в режиме обратнорассеянных электронов в условиях низкого вакуума (P = 40 Па).
Ритмическая зональность в кристаллах оксалатов кальция
Внедрение в практику изучения уролитов поляризационно-оптического, а затем и электронного микроскопов позволило выявить многие особенности внутреннего строения камней и получить важную информацию для выяснения их генезиса.
В уролитах часто выделяются ядро и окружающие его слои. По данным, известным из литературы (И.С. Колпаков и Н.В. Глики, 1965 г.) [143], зарождение уролитов возможно несколькими путями: а) на зародышах, образовавшихся в моче в чашечно-лоханочной системе почки или в мочевом пузыре; б) на бляшках Рандалла, возникающих на почечных сосочках; в) на инородных телах.
Кристаллически-зернистое строение имеют уролиты, состоящие из оксалатов и некоторых других минералов (струвит, ураты и др.). В их устройстве принимают участие кристаллы с хорошей огранкой, часто образующие дендритовидные образования.
Зарождение уролитов происходит из ядер разнообразного состава и размеров, которые можно рассматривать как центры кристаллизации, не оказывающие существенного влияния на особенности строения уролитов [228].
Обнаружение в почках матриксных (рентгенонегативных) или очень слабо минерализованных уролитов позволяет предположить, что ядрами некоторых из них являются сгустки органического вещества, практически полностью замещенные минеральной фазой.
Внутреннее строение уролитов очень разнообразно, что связано с их минеральным составом и разной морфологией минеральных индивидов, слагающих это образования.
Все уролиты по характеру их внутреннего строения подразделены на следующие типы: кристаллически-зернистые, сферолитовые и смешанные. Рост кристаллов происходит от центра уролита к его периферии; все кристаллы вытянуты своей четверной (уэдделлит) или двойной (уэвеллит) осью симметрии в этом направлении.
Нередко в центральной части уролита наблюдается перекристаллизация более раннего по времени образования уэдделлита в уэвеллит с сохранением первичной формы кристаллов [125,189]. В частности, отмечается, что процесс псевдоморфизма кристаллов идет от центра уролита к его периферии, т.е. причиной является не изменение химизма мочи, а какие-то иные факторы, возможно, старение уролита. Вероятно, старение уролита приводит к изменению органического вещества в нём с одновременным поглощением части воды у двуводного оксалата кальция.
Кристаллы оксалатов в уролитах часто достигают значительных размеров – по длинной оси до 1,5–2 мм. Эксперименты по выращиванию кристаллов показали, что количество и размеры кристаллов корректируются пересыщением раствора, а габитус кристаллов определяется, главным образом, молярным отношением кальция в растворе (В.И. Каткова, 1993) [121]. Уэвеллит возникает только тогда (А.А. Кораго, 1992) [141], когда содержание кальция и анионов щавелевой кислоты равны или почти равны, причем призматические (а иногда пластинчатые) кристаллы образуются при заметном преобладании катионов кальция над анионами щавелевой кислоты; здесь же наблюдается в небольшом количестве и уэдделлит. При меньшем пересыщении катионами кальция, чем анионами оксалата, уэдделлит не возникает совсем, а уэвеллит наблюдается в иглоподобных (стреловидных или копьевидных) образованиях.
Особую группу уролитов составляют конкременты со сложной морфологией поверхности и внутренним строением. К ним мы отнесли образования, возникающие вследствие развития двух ранее описанных разновидностей уролитов – кристаллически-зернистой и сферолитовой. Среди полностью сформированных сферолитов отмечаются сферолиты, над поверхностью которых видны вершины кристаллов уэвеллита; подобная картина весьма характерна для значительного количества уролитов.
Поверхность отдельных уролитов, при макроскопическом изучении кажущаяся гладкой, под микроскопом оказывается микросферолитовой. В таких агрегатах поверхностный слой сложен микросферолитами очень малых размеров, что свидетельствует об относительной кратковременности их развития.
Некоторые уролиты в своей центральной части содержат мелкие сферолиты и кристаллы уэвеллита. Вокруг кристаллов располагаются концентрические слои, представленные чередованием органического и минерального вещества.
Отмечается также наличие сферолитов поздних генераций, значительное место занимают кристаллически-зернистые образования (уэвеллит, уэдделлит, струвит); поверхность уролита в целом сферолитовая.
Распространение химических элементов в уролите G-4-2
В последнее время активно развивается учение о геопатогенных зонах [15]. Авторы исходят из того, верхняя часть земной коры – это активная динамическая система, развитие которой в пространстве и времени служит основой для формирования активных геологических образований. К ним относятся области активного карста, образование глубинных нарушений земной коры, а также регионы купольных поднятий. С этими явлениями могут быть связаны геохимические аномалии минералов в грунтах, водах и атмосфере, повышенная проницаемость и напряжённость пород; смена магнитных и гравитационных полей. Совокупность этих явлений, по мнению исследователей, может иметь большее влияние на здоровье людей, чем техногенное загрязнение природной среды.
Геологические причины В.И.Вернадский писал ещё в своё время, что «каждый организм связан с Земной корой». Однако влияние геологического фактора на здоровье людей не только слабо изучено, но и его рамки (границы влияния) нечётки. Одни думают, что влияние геологических причин многогранно. О возможном влиянии геологических причин на распространение МКБ высказывались мысли ещё в начале 20 века. Например, В.П. Смеловский [278] утверждал, что эту причину высказывали многие исследователи, которые публиковали свои статьи в те же годы. Все они высказывали мысли, что основной геологической причиной является распространение в регионах проживания значительного количества карбонатных пород, которые влияют на состав питьевых вод. Правда, J.S. Joli [347] писал, что геологический фактор не имеет какого-либо важного влияния на распространение этого недуга.
В последние десятилетия учёные вновь повернулись к этой проблеме, но уже с других, более научно обоснованных позиций. В последнее время активно развивается учение о геопатогенных зонах (Бакиров, 1993, [15]; Галецкий, 1997 [46]). Авторы исходят из того, что геопатогенная зона является активной динамической системой, развитие которой служит основой для формирования активных геологических аномалий. К этому явлению относятся зоны активного карста, долговременные глубинные тектонические нарушения земной коры, регионы купольных поднятий. Согласно с И.С. Галецким и др. «области геологических аномалий сопровождаются сменой геофизических и эндогенных полей, выделением газовых эманаций и формированием нисходящих и восходящих водных потоков в зонах трещиноватости» (1997, С.117) [46]. На основании сказанного выше авторы утверждают, что со всеми причинами могут быть связаны: геохимические аномалии металлов в грунтах, водах и атмосфере; повышенная проницаемость и напряжённость пород; смена магнитных и гравитационных геофизических полей.
Совокупность таких явлений, по мнению исследователей, может иметь наибольшее влияние на здоровье людей. Такие регионы геологических аномалий были названы А.Г. Бакировым (1993) [15], Л.С. Галецким и др. (1997) [46], областями геопатогенных зон. Они могут быть разделены на: прослеживание линейных зон глубинных разломов; смена гравитационных и магнитных полей
Земли; газовыми эманациями радона; геохимической специализацией металлогенических зон и областей активного карстообразования; аномальная заболеваемость населения.
Авторы утверждают, что «основным при выделении областей геопатогенных зон является выявление в границах активного карста и развитие структур первого порядка, что характеризуется сдвигом негативных гравитационных и позитивных магнитных аномалий» (Галецкий и др.,1997, С.118) [46]. Предполагают, что явление сдвижения геологических аномалий со значительным уровнем заболевания населения определяется ими как развитие геопатогенных зон. Одним из таких заболеваний ими названа МКБ. О законах эволюции в химии земной коры в своё время писал академик А.Е. Ферсман [297].
Этот автор особое значение придавал изучению экстремальных условий субрегионов биосферы, поскольку в них биологические реакции организмов обусловлены либо недостаточным количеством природных элементов, либо излишком техногенных. Предполагают, что в таких условиях реакция организма может быть ярко выражена. В природе существует важная зависимость между верхними и нижними пороговыми концентрациями элементов и земной коры, которая сберегает себя как жизнедеятельную систему. Из учения В.В. Ковальского [138;140] вытекает, что в земной коре существуют как геохимические условия сохранения здоровья людей, так и причины их болезней. М.В. Набока [178] также указывает особенно на медицинские особенности земной коры. Он считает, что наибольшее влияние на здоровье людей имеют физико-химические особенности самого микроэлемента, а также природные ландшафтно-геохимические особенности местности.
Геохимические особенности питьевой воды
Многолетние наблюдения позволили установить зависимость количества случаев заболеваемости мочекаменной болезнью от жёсткости питьевой воды, т.е. от экологического состояния среды обитания человека [41; 42; 239; 240; 241;260; 331; 338; 353]. Выполненный комплекс исследований, включающий в себя разнообразные методы изучения минерального вещества (морфологический, кристаллооптический, химический, нейтронно-активационный и другие), характеризует разнообразие и сложность строения патогенных органо-минеральных агрегатов. Проблема профилактики и лечения уролитиаза ставит перед исследователями задачи по дальнейшему изучению уролитов и разработке (совместно с урологами) практических рекомендаций по предупреждению их зарождения.
