Применение комплекса физико-химических методов и интеллектуальных систем принятия решения для изучения мочевых камней и мочи и установления связи между ними тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

На правах рукописи

Антонова Мария Олеговна

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ И МОЧИ И УСТАНОВЛЕНИЯ СВЯЗИ МЕЖДУ НИМИ , '

Специальность 02.00.01 - Неорганическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва 2013

21 НОЯ 2013

005539759

Работа выполнена на кафедре «Физика и химия твердого тела» Федерального

государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова»

Научный руководитель: профессор, доктор химических наук

Кузьмичева Галина Михайловна Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова

Официальные оппоненты: Федоров Павел Павлович

профессор, доктор химических наук, заведующий лаборатории технологии наноматериалов для фотоники

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. A.M. Прохорова Российской академии наук

Киселева Надежда Николаевна доктор химических наук, руководитель группы применения информационных технологий в материаловедении, заведующая лаборатории полупроводниковых материалов

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова Российской академии наук.

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова», химический факультет

Защита состоится 11 декабря 2013 г. в 14.00 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.120.05, созданного на базе Федерального государственного бюджетного учреждения высшего образования «Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова»

Ваши отзывы на автореферат просим присылать по адресу: 119571, Москва, пр. Вернадского, 86, МИТХТ им. М.В. Ломоносова

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В. Ломоносова по адресу: 119571, Москва, пр. Вернадского, д. 86, МИТХТ им. М.В. Ломоносова.

С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте http://mitht.ru.

Автореферат диссертации разослан 8 ноября 2013 г.

Ученый секретарь А

Диссертационного Совета Е.Е. Никишина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Наблюдаемая в настоящее время тенденция к междисциплинарности в решении имеющихся проблем в каждой области знания не обошла и медицину, в частности, урологию. Выбор метода лечения мочекаменной болезни (МКБ) и метафилактических мероприятий напрямую зависит от состава и строения мочевых камней, состава мочи, в которой произошло их образования и рост, и связи между ними, что требует усилий не только медиков, а также специалистов в других областях науки (химия, математика, информационные технологии).

На сегодняшний день известны работы по определению качественного и количественного фазового состава мочевых камней, в основном, рентгенографическим методом (Лонсдейл К.И. и Сьютор Д. 1971; Каткова В.И. 1996; Голованова O.A. 2009 и др.) и частично методом ИК-спектроскопии (Голованов С.А. 2002), элементного состава рентгенофлуоресцентным методом (Борат В.Ф. 2002 и др.) и изучение микроструктуры методом сканирующей электронной микроскопии (Каткова В.И. 1996 и др.). Однако в литературе не представлено описание качественного и количественного анализа многофазных (более 2-х) мочевых камней всех композиций, в частности, фосфатных (разделение апатитов и фосфатов магния). Результаты систематического изучения камней большого размера, включая коралловидные, отсутствуют, а имеющиеся данные ограничиваются лишь определением качественного фазового состава. За исключением небольшого числа работ (Голованов С.А. 2002; Dionex Corporation, 2003) в литературе нет сведений о методах определения в моче таких важных для процесса камнеобразования ионов как оксалат-, цитрат-ионы, мочевая кислота. Все это делает невозможным установление корреляций между составами мочевых камней и мочи — среды их образования.

С другой стороны, развитие и постоянное усовершенствование инструментальной базы, методического и программного обеспечения позволяют применить методы, которые ранее не были доступны, или оптимизировать известные. Эти возможности создают благоприятные условия не только для подтверждения и уточнения имеющихся на сегодняшний день результатов и устранения противоречий, но и для получения новых знаний о мочевых камнях и моче, теории камнеобразовании, что впоследствие позволит научно обоснованно подойти к проблеме предотвращения рецидивов, а также к выбору мер метафилактики МКБ.

Цель данной работы: обоснование, усовершенствование и применение комплекса информативных физико-химических методов для характеризации общего состава мочевых камней, определения состава мочи и нахождения корреляций между ними.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач: 1. Адаптировать известные и применить новые методы для определения качественного и количественного общего состава многокомпонентных мочевых камней in vitro, включающего фазовый и элементный состав, содержание белковых и небелковых органических компонентов, а также кристаллизационной

воды в ряде конкрементов;

2. Определить содержание ионов-ингибиторов и ионов-катализаторов камнеобразования в составе мочи с использованием клинических, химических и физико-химических методов исследования;

3. Установить корреляции между составом и свойствами (твердость in vitro, структурная плотность in vivo) мочевых камней и составом мочи; выявить специфику мочевых камней большого размера, в том числе, коралловидных;

4. Уточнить и расширить теории роста и предложить процесс роста мочевых камней на основе результатов комплексного исследования мочевых камней и мочи;

5. Разработать методологию изучения камнеобразования с использованием результатов обследования больных МКБ, включающего, в том числе, анализы мочи и мочевых камней in vivo и in vitro с конечной обработкой полученных данных с использованием интеллектуальных систем принятия решения. Научная новизна работы

1. На основании результатов изучения мочевых камней всех композиций комплексом физико-химических методов (дифрактометрия с использованием рентгеновского и синхротронного излучения, ИК-спектроскопия, термогравиметрия, спектрофотометрия, газовая хроматография с пламенно-ионизационным детектором, сканирующая электронная микроскопия с рентгеноспектральным микроанализом; оценка твердости in vitro и определение структурной плотности методом мультиспиральной рентгеновской томографии in vivo) и их анализа впервые:

• Разработан рентгенографический экспресс-метод количественного определения содержания отдельных компонентов, входящих в состав многофазных (двух, трех и более) мочевых камней, в том числе, и смесей апатитов (карбонатапатит, гидроксилапатит и карбонатгидроксилапатит) и фосфатов магния (струвит и гексагидрат смешанного фосфата магния и калия), которые успешно разделены качественно и количественно; предложен рентгенографический и термогравиметрический методы определения количества кристаллизационной воды в составе оксалатов;

• Оптимизирован метод Лоури для количественного определения белковых компонентов, и впервые применен метод газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектором для качественного и количественного определения ряда небелковых компонентов (ацетапьдегид, ацетон, пропан-2-ол, бутан-1-ол, пропионовая кислота, уксусная кислота, этанол). Установлен разный характер распределения белка, коррелирующий с элементным составом, и небелковых компонентов по объему уратов, оксалатов и фосфатов;

• Предложена оценка фазового состава мочевых камней (ведделлит, мочевая кислота, дигидрат мочевой кислоты, урат аммония, карбонатапатит, гидроксилапатит, карбонатгидроксилапатит, струвит, брушит) на основе особенностей их морфологии с использованием метода сканирующей электронной микроскопии;

• Выявлена связь между твердостью мочевых камней, с одной стороны, и характером микроструктуры, наличием текстуры, количеством

кристаллизационной воды и количеством белка в составе мочевых камней, с другой стороны. Найдена связь между твердостью мочевого камня in vitro и структурной плотностью in vivo;

• Показано, что мочевые камни большого размера представлены преимущественно оксалатами и оксалатно-уратными смесями, а коралловидные - фосфатами и фосфатно-оксалатными смесями, редко уратами и оксалатами. Для больших камней найдено изменение от центра к периферии как фазового состава камня (центральная часть камня представлена оксалатом или фосфатом, а периферия, соответственно уратом или оксалатом), так и элементного (во внутренней части камней элементный состав менее разнообразен, чем на внешней);

• С использованием предложенного и примененного комплекса методов исследования мочевых камней изучены камни предстательной железы, в результате чего найдено, что в их составе преобладают фосфаты (апатит), центр камня более разнообразен по элементному составу, в состав камней предстательной железы в большинстве случаев входит белок в количестве ~50 масс. %, подтверждена связь твердости камней предстательной железы с содержанием белка, найденная для мочевых камней.

2. Анализ результатов определения состава мочи комплексом методов (клинический: общий анализ, суточная экскреция, бактериологическое исследование; химический: ферментативный анализ, титриметрия; физико-химический: безреагентная ионная хроматография) позволил впервые:

• Предложить диапазоны нормальных показателей в моче ионов, участвующих в камнеобразовании (NCV, N03\ и изоцитрат [(СН2)2С(ОН)(СООЬ]3" ионов) и подтвердить известные для NH4+, Na+, К , Mg2+, Са2+, СГ, S04 , РО4 , цитрат- [(СН2)2С(ОН)(СОО)3]3" и мочевой кислоты.

• Объяснить расхождение результатов определения ионов Р043" и мочевой кислоты методами клинического исследования мочи (суточная экскреция) и безреагентной ионной хроматографии.

3. Сопоставление результатов изучения состава мочевых камней и мочи позволило впервые установить связь между составом камня (оксалат, урат, фосфат), с одной стороны, а с другой стороны, с концентрацией иона -камнеобразователя (соответственно, оксалат - ион, мочевая кислота, фосфат-ион) в моче больных МКБ для оценки состава мочевого камня in vitro и с содержанием цитрат-ионов в моче для оценки риска камнеобразования.

4. На основании литературных и полученных экспериментально результатов совместного изучения мочевых камней и мочи уточнена и дополнена теория роста мочевых камней (органическая, коллоидная, инфекционная и нанобактериальная) и предложен процесс роста камней по двум моделям: при значительных отклонениях камнеобразующих компонентов от нормы (оксалаты и ураты) и при колебаниях концентрации этих компонентов в пределах нормы (фосфаты).

Практическая значимость

1. Создан банк данных, включающий в себя информацию комплексного обследования больных МКБ. Применены математические методы распознавания

образов для оценки составов камней in vivo, прогноза возможного рецидива и определения типа камнеобразования с использованием различных алгоритмов распознавания.

2. Разработано исполняемое приложение с графическим интерфейсом для наблюдения динамики изменения показателей мочи (программа «Iithos-Test 1»), мочи и крови (программа «Lithos-Test 2») и оценки риска рецидивного камнеобразования. Применение данных программ позволяет выделить отдельные показатели мочи и крови, выходящие за пределы стандартных (т.е. за пределы «нормы»), контролировать динамику содержания в моче камнеобразующих ионов и ингибиторов роста камней, выбрать оптимальные метафилактические мероприятия, индивидуальные для конкретного больного МКБ. Для эффективного распространения и использования программ Lithos-Test 1 и Lithos-Test 2 создан интернет-сайт www.chem-for-med.ru.

Разработанная методология изучения процесса камнеобразования применяется на кафедре урологии (заведующий кафедрой - член-корреспондент РАМН, профессор Ю.Г. Аляев) Первого МГМУ им. И.М. Сеченова.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты применения комплекса новых, усовершенствованных и адаптированных к мочевым камням физико-химических методов для определения их общего состава (качественный и количественный фазовый состав и элементный состав, содержание белка и небелковых компонентов) и строения: дифрактометрия с использованием рентгеновского и синхротронного излучения, ИК-спектроскопия, спектрофотометрия, термогравиметрия, газовая хроматография с пламенно-ионизационным детектором, сканирующая электронная микроскопия с рентгеноспектральным микроанализом; оценка твердости.

2. Корреляции между составом и свойствами (твердость камня in vitro и структурная плотность камня in vivo) мочевых камней, видами камней различного фазового состава (оксалаты, фосфаты, ураты) и составом мочи (содержание ионов-ингибиторов камнеобразования: цитрат-ионы и ионов-катализаторов: оксалат-ионы, фосфат-ионы, мочевая кислота), определенных химическими и физико-химическими методами, и основанная на них уточненная теория камнеобразования и предложенный процесс роста камней.

3. Методология по результатам изучения процессов камнеобразования, включающая в себя 4 этапа обследования больных МКБ до лечения, после соответствующего лечения, после метафилактических мероприятий с последующей математической обработкой результатов, полученных в рамках предыдущих этапов (нахождение корреляций между составом мочевых камней и мочи - математические методы распознавания образов, оценка динамики изменения показателей мочи и крови - интеллектуальные системы принятия решения).

Личный вклад

Планирование эксперимента, проведение рентгенографических работ, спектрофотометрических исследований, подготовка банков данных для применения математических методов распознавания образов и создания

компьютерных программ, обработка, анализ и обобщение всех экспериментальных результатов выполнено непосредственно соискателем.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Российских и Международных конференциях: II Всероссийская конференция с международным участием «Аналитика России» (Краснодар, 2007), XVIII Менделеевская конференция молодых ученых (Белгород, 2008), Научно-практическая конференция «Научно - техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2008), Всероссийская конференция по рентгеноспектральному анализу с международным участием (Краснодар, 2008), III Всероссийская конференция с международным участием «Аналитика России» к 175-летию со дня рождения Д.И. Менделеева (Краснодар, 2009), Конкурс проектов молодых ученых в рамках 15-й международной выставки химической промышленности и науки «Химия — 2009» (Москва, 2009), I Международная конференция Российского химического общества имени Д.И. Менделеева «Ресурсо- и энергосберегающие технологии в химической и нефтехимической промышленности» (Москва, 2009), Российская научная конференция с международным участием «Фундаментальные исследования в уронефрологии» (Саратов 2009), XVII международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2010), Российская научная конференция с международным участием «Мочекаменная болезнь: фундаментальные исследования, инновации в диагностике и лечении» (Саратов 2011), XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Волгоград 2011), IV молодежная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии — 2011» (Москва, 2011), Ii-Конгресс урологов Сибири с международным участием (Томск, 2013), Первая российская конференция по медицинской химии «MedChem Russia 2013» (Москва, 2013).

Получено 6 дипломов лауреата Российских и Международных выставок, конференций и конкурсов.

Публикации

По результатам диссертационной работы опубликовано 12 оригинальных статей, из них 8, входящих в список изданий, рекомендованных ВАК, а также 19 тезисов докладов на Российских и международных конференциях и семинарах, получены 2 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка цитируемой литературы (127 наименований) и 13 приложений. Объем диссертации составляет 218 страниц машинописного текста (154 страницы основного текста), содержит 21 таблицу и 64 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, показано современное состояние проблемы, сформулированы цель и основные задачи работы, представлены положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость.

Методика эксперимента.

Объекты исследования

В представленной работе изучено ~ 500 камней пациентов НИИ уронефрологии и репродуктивного здоровья человека Первого МГМУ им. И. М. Сеченова.

Анализ мочевых камней.

Рентгенография с использованием рентгеновского и синхротронного излучения. Рентгеновская съемка мочевых камней осуществлена на автоматизированных дифрактометрах ДРОН-3 (графитовый плоский монохроматор) и HZG-4 (Ni фильтр) на СиКа излучении в интервале углов 20 550° (непрерывный режим, 1град/мин) и в интервале углов 26 5-100° (пошаговый режим: время набора импульса 10 с, величина шага 0.02°).

Съемка ряда образцов проведена в Научно-исследовательском центре «Курчатовский институт» на пучке синхротронного излучения с 1=0.98004 А из поворотного магнита накопителя «Сибирь-2».

Качественный рентгенофазовый анализ выполнен с использованием автоматизированной базы данных PDF JCPDS, структурного банка данных ICSD и оригинальных работ (Дг = 3 -н 5%).

Количественный рентгенофазовый анализа проведен методами: коэффициентов (впервые рассчитаны коэффициенты К для всех возможных сочетаний составов многофазных мочевых камней, Дг = 2 %), модельных смесей (подготовлены и изучены 10 смесей с различным содержанием вевеллита и мочевой кислоты, Дг = 5 %), корундового числа (смеси корунда - а-А1203 и вевеллита; впервые определено Ij/Icor = 1-07 для вевеллита (Дг = 3 %), полнопрофильным методом (смешанные мочевые камни, состоящие из вевеллита и мочевой кислоты [13] (Дг = 1 %).

Впервые качественно и количественно разделены апатиты на карбонат-гидроксил- и карбонатгидроксилапатит, а также фосфаты магния на струвит и гексагидрат смешанного фосфатат калия и магния на основе выбора рентгенометрических данных группы отражений (не всегда максимальных и не подверженных текстуре), однозначно характеризующих отдельную фазу [13].

Для определения количества кристаллизационной воды в составе оксалатных мочевых камней по структурным данным ведделлита СаСг04 х «Н20 был выполнен расчет теоретических значений интенсивности дифракционных отражений по формулам дифракционной кристаллографии в предположении разного содержания молекул кристаллизационной воды (и =2.0, 2.25, 2.375, 2.5). Анализ результатов расчета позволил найти отражения (121, 141, 213, 532), наиболее чувствительные к вариациям величины п (отражение 213 меняется наиболее сильно) [3].

Термогравиметрический анализ был проведен на приборе Q-дериватограф: термопара - Pt/Pt-Rh, t„a4 -28 °С, tK0H 600 °С; скорость развертки (нагрева) 10°/мин; материал тигля — кварц, масса навесок ~ 100 мг [3] (Дг = 10 %).

Метод ИК-спектроскопии (ИК-Фурье спектрометр EQ 5.5) был применен для качественного анализа и определения количественного состава мочевых камней аналогично (Голованов С. А. 2002 г) [1, 3] (Дг = 10 %).

Содержание белка в мочевых камнях разных композиций определено методом Лоури на спектрофотометре СФ-26 (длина волны >.=750 нм). При построении градуировочного графика использовались 6 стандартных растворов триптофана CnHi2N202 с концентрацией от 8 до 48 мкг/мл. Для установления времени выщелачивания проводилось исследование белка, выделившегося из навески (0.1 г и 0.15 г) измельченного камня в растворе O.lMNaOH в дискретном временном интервале 24 - 144 ч. Экспериментально установлено, что в течение 24, 48 и 72 ч белок выделялся не полностью, наибольшая концентрация белка выделяется при выщелачивании в течение 96 ч, а в течение 120 и 144 ч белок разлагается [1,3] (Дг = 7 %).

Для определения небелковых органических компонентов в составе камней (ацетальдегид, ацетон, пропан-2-ол, бутан-1-ол, пропионовая кислота, уксусная кислота, этанол) впервые применен метод газовой хроматографии: хроматограф Кристалл-2000М с пламенно-ионизационным детектором и капиллярной колонкой ZB-5 (длина 30 м, диаметр 0.32 мм, толщина слоя жидкой неподвижной фазы с 5% фенилполисилоксаном и 95% диметилполисилоксаном 0.5 мкм; используемый расход газа-носителя: водород - 20 мл/мин, воздух - 200 мл/мин, азот - 0,7 мл/мин, сброс - 21 мл/мин, деление потока - 1:30; линейная скорость азота через колонку при 40 °С - 25,286 см/сек; нагрев колонки: 40 °С - изотерма 5 мин., далее нагрев до 300 °С со скоростью 10 °С/мин). Количественный анализ ацетальдегида, ацетона и пропан-2-ола проводился по методу внешнего стандарта [12] (Дг = 7 %).

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) с рентгеноспектралъным микроанализом (РСМА) (сканирующий электронный микроскоп высокого разрешения с автоэмиссионным катодом 7500F фирмы JEOL). С целью исключения эффектов зарядки поверхности образцов и их разрушения под воздействием электронного пучка применяли методические подходы: исследования проводили при низком токе электронного пучка (Зх 10~" А), применяли специальный режим Gentle Beam (диаметр электронного зонда оставался небольшим, что способствовало сохранению высокого разрешения), на поверхность скола методом магнетронного напыления наносили металлическую пленку платины (для повышения электронной плотности поверхности образца). Количественный и качественный РСМА выполнен на энергодисперсионном рентгеновском микроанализаторе INCA Penta FETx3 фирмы OXFORD (Великобритания), установленным в той же высоковакуумной камере микроскопа. Калибровка прибора (6 итераций) осуществлялась по двум линиям К-серии стандартного образца кобальта. Количественный анализ элементов с атомным номером N>3. проведен с использованием программы INCA Penta FET [3] (Ar = 0.5 %).

Анализ мочи.

Метод безреагентной ионной хроматографии. Разделение катионов и анионов выполнено на ионном хроматографе ICS-2000 фирмы «Dionex» с кондуктометрическим детектором с использованием колонок «IonPac CS17» (250x4 мм, 5 мкм, 30°С) и «IonPac AS11» (250x4 мм, 5 мкм, 30°С), соответственно. В результате полностью разделены неорганические катионы

N1-1/, Ыа+, К+, Мя2+, Са2+ и анионы СГ, N0,", N03", БО^" Р043\ а также цитрат-[(СН2)2С(ОН)(СОО)з]3", изоцитрат - [(СН2)2С(ОН)(СОО')з]3" ионы и мочевая кислота - С,Н4^0;,. Для определяемых ионов разрешение пиков больше 1.0 (сравнимые результаты получены в Эшпех согрогайоп, 2003) [7]. Для определения ионов С2О42" и цитрат — ионов в моче применялся ферментативный метод с малатдегидрогеназой и Ь-лактатдегидрогеназой (Голованов С.А., 2002) [7]. В нашем распоряжении были клинические анализы мочи: общий анализ (удельный вес, бактерии, лейкоциты, эритроциты, солевой осадок, пигменты, рН среды, общий белок) и суточная экскреция (альбумин, креатинин, Са2+, К+, СГ, неорганический фосфор, мочевая кислота и мочевина), а также результаты титриметрического определения оксалат-ионов и мочевой кислоты, применяемый в Консультативно-диагностическом центре ФГУП МНИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.Н. Габричевского Роспотребнадзора.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Мочевые камни и методы их исследования.

Состав мочевых камней можно условно разделить на три группы: фазовый, элементный и общий. Элементный состав включает в себя химические элементы, которые входят в состав камня и определяются физико-химическими, химическими и различными спектральными методами (в частности, мы используем для этих целей РСМА, который позволяет качественно и количественно определять элементы, начиная с лития). К фазовому составу можно отнести все твердые компоненты как кристаллические, так и аморфные. На сегодняшний день известно 45 видов мочевых камней, которые разделяют на 4 основные группы по фазовому составу: оксалаты, фосфаты, ураты и другие (органические и неорганические) соединения (рис. 1).

ВИДЫ МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ

Ураты:

С^Н4Ы403х 2^0 (дигидрат мочевой кислоты), С^Н4Ы403 (безводная мочевая кислота), С^Н^Оз (ЫН4) (кислый урат аммония)

Фосфапы: Г Другие:

МдЫН4Р04 »бНгО 1) Органические:

(струвит), _I С^Н12М20432(цистин),

МдКР04 •6Н20 А-1 Мочевые I-кО>Н4М402 (ксантин),

Са,0(РО4ЫОН)2 \-1 1-ШС^О^ОН (холестерин)

(гидроксилапатит) КЭМНИ и другие.

Са,0(РО4.СО3. ОН^ОНЬ (карбонатеидроксилапатит

I

2) Неорганические: _ СаССц (кальцит,

СаНР04 • 2Н20 (брушит) ареээнит, евтерит)

Оплатя: РеЛ. Э02.2Н20. СэС204ш н20 (вевеллит) ОзбО, • 2^0 СаСА • пН20 (еевдшишт)

Рис. 1. Основные группы мочевых камней

Среди 500 изученных мочевых камней на долю камней большого размера (>10 мм) приходится ~ 10%: -13% оксалаты, -27.6% - фосфаты, -26.6% - ураты, остальные 33.7% - камни смешанного состава с преобладанием смесей (оксалаты + ураты, оксалаты + фосфаты). Около 80% этих камней составляют коралловидные, занимающие практически всю полостную систему почки и

представленные фосфатами, смешанными фосфатно-оксалатными камнями и редко уратами и оксалатами. Данные камни встречаются в~3н- 5% случаев МКБ, вероятность их рецидива достигает ~10%, а в течение 5 лет уже -50% при отсутствии лечения (рис. 2).

РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ 2000-2013 гг

Изученные камни 500 - 100 % Большие камни (^ 10 мм)

Рис. 2. Распространенность мочевых камней

Сметанные камни: оксалаты + ураты. оксалаты + фосфаты

Смешанные камни: оксалаты + фосфаты оксалаты + ураты

Если же провести подобную статистику среди камней всех размеров (> 1 мм), то оксалаты, фосфаты и ураты составляют -67%, -11% и ~4%, соответственно, а остальные -18% - смешанные камни (оксалаты+ураты и оксалаты+фосфаты) (рис. 2). Отметим, что наиболее часто встречаются камни смешанного типа, являющиеся и более сложными в исследовании, для которых мы применили усовершенствованный нами дифракционный метод, а для подтверждения найденного состава - метод ИК-спектроскопии (рис. 3), хотя в случае присутствия второй фазы в количестве <3% данный метод неприемлем.

Фрагмент коралловидного наьтя Область 1 гл 0 СП т Область 2

Гидроксипзпатит (36Х) 1 кярботтлпятит (50%) \

Гидроксипапатит(К%) + кар6онатапатит15Ъ%)

Область 3

Вевипаит (ЕЙ * гидроксияапатит(*55%)

Область 4

9 —

----1л—1.'

(-

Влпяшит (ПК) + аидрокои в апатит

••ч-Д.'.Ч.иЛ-....

Рис 3. Пример результата изучения фрагмента коралловидного камня рентгенографическим методом и методом ИК-спектроскопии

Метод СЭМ применен не только для получения информации о характере микроструктуры, но и впервые для оценки состава мочевых камней на основе их морфологии (рис. 4, табл. 1) [13].

Общий состав помимо кристаллических веществ, включает в себя водорастворимые органические компоненты, которые представлены белками,

Рис. 4. Фотографии микроструктуры урата аммония (а), струвита и карбонатапатита (б) и карбонатгидроксилапатита (е)

Для количественного определения белка был усовершенствован метод Лоури. Выявлено, что количество белка сильно варьируется в зависимости от типа камней: его доля в фосфатных образованиях может составлять до нескольких процентов от общей массы, в уратах содержание белковых веществ выше, а в оксалатах — наиболее высокое (рис. 5а). Кроме того, белок по-разному распределяется по объему мочевых камней: в центре уратов и оксалатов больше белка нежели на периферии, а для фосфатов наблюдается обратная картина.

а б

Рис. 5. Содержание белка (а) и небелковых компонентов (б) в мочевых камнях разного состава

Найдено, что твердость камней in vitro (Р, усл. ед), зависит от содержания белка и от характера его распределения по конкременту, количества кристаллизационной воды, которую мы определяем впервые количественно термогравиметрически и рентгенографически, кристаллического состояния (текстурированные камни наиболее твердые) и вида микроструктуры [1, 3]. Так,

из рис. 6 видно, что периферия урата представлена переплетением кристаллических образований, а центр — отдельными кристаллами, а отсюда, центр более рыхлый по сравнению с очень твердой периферией. Для камней с различным видом микроструктуры наблюдаются отличия и в элементном составе. Например, для урата (рис. 6) характерно присутствие большого числа примесей в центральной части камня по сравнению с периферией (табл. 2).

£

а б

Рис 6. Фотография микроструктуры периферии (а) и центра (б) уратного камня

(мочевая кислота)

Таблица 2. Результаты РСМА уратного мочевого камня (рис.6)

Периферия, Центр,

масс % масс %

С-42.40 С-41.48

N-32.59 N-31.98

0-24.94 0-22.96

Na-0.06 -

- А1-0.25

- Zn-0.77

- Со-1.94

- Mg-0.29

- С1-0.12

- Р-0.21

Обнаружена связь между твердостью камней, определяемой in vitro (Р, уел ед), и структурной плотностью этого же камня, полученной мультиспиральной компьютерной томографией (MCKT) in vivo (величина Я, HLÍ). Основываясь на связи между величиной Н и удельной плотностью р мочевого камня, который рассчитывается или определяется экспериментально: р(±0.07)=1.539+0.000485Н (Кузьмичева Г.М. и др.; Патент на изобретение. № 2304425) и полученном уравнении Нср(±250)=800Р+400 можно по величине Н {in vivo) оценить величину Р (in vitro) и состав мочевого камня, а отсюда и назначить оптимальное для данного вида уролитиаза лечение.

Для качественного и количественного определения небелковых органических компонентов в составе мочевых камней нами впервые использован метод газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектором. Найдено, что для

оксалатов характерно отсутствие пропан-2-ола (в вевеллите) и пропионовой кислоты (в ведделлите), а наименьшее число небелковых компонентов зафиксировано в фосфатном камне (смесь карбонатгидроксилапатита -43% и струвита -57%), в котором присутствует только пропан-2-ол и бутан-1-ол. В уратном камне (смесь мочевой кислоты -68% и дигидрата мочевой кислоты -32%) найден весь набор компонентов, содержание которых меняется неравномерно по объему кристалла (от центра к периферии): в центре камня преобладают ацетон и пропан-2-ол, а на периферии - ацетальдегид. Перечисленные жидкие небелковые органические вещества диффундируют в мочевые камни из мочи, проникая внутрь через поры, и в отличие от белка по-иному распределяются по камням разного типа: наибольшее их количество (в частности, ацетальдегид, ацетон, пропан-2-ол) содержится в уратах (рис. 56). Этот процесс предопределяет возможность разрушения уратов под действием лекарственных препаратов, лечебной воды и др.

Результаты изучения камней предстательной железы.

Для установления возможности применения предложенного комплекса методов и результатов, полученных при изучении мочевых камней, были рассмотрены другие биоминералы - камни предстательной железы (КПЖ). В результате проведенного исследования выявлено, что преобладающее большинство этих камней представлено фосфатами (33%) и фосфатно-оксалатными смесями (30%), найдено отличие внешней и внутренней частей КПЖ по элементному составу (центр более разнообразен составу нежели периферия), обнаружено, что в состав камней предстательной железы в большинстве случаев входит белок в количестве ~50 масс. %, что намного больше, чем в мочевых камнях, подтверждена связь твердости КПЖ с содержанием белка, найденная для мочевых камней: увеличение содержания белка в составе камней уменьшает его твердость [4-6,10].

Моча и методы исследования состава мочи

Процесс формирования и роста камней происходит в моче, поэтому определение ее состава является неотъемлемой частью изучения проблемы патогенного камнеобразования. Методы определения состава мочи можно разделить на две группы: биохимические, или клинические (общий анализ и суточная экскреция), химические и физико-химические. Данные биохимического анализа мочи (удельный вес, бактерии, лейкоциты, эритроциты, солевой осадок, пигменты, рН среды, общий белок, альбумин, креатинин, Са2+, К+, СГ, Си2+, РЬ2+, ГШ/, М£2+, неорганический фосфор, мочевая кислота и мочевина) не предусматривают определение таких важных ионов как цитрат и оксалат. Роль ионов Са , М82+, К+, Иа+, ЫН4+, С1", Ш2\ ГТО3, БОЛ Р043", цитрат-ион -[(СН2)2С(ОН)(СОО)з]3", мочевая кислота - С5Н4Ы4Оъ оксалат-ион- С2042", изоцитрат-ион - [(СН)2(ОН)СН2(СОО)з]3~ в процессе камнеобразования в моче обусловливает необходимость их количественного определения. В частности, цитрат-ион препятствует процессам кристаллизации, повышает растворимость оксалатов и ряда других камней и способствует растворению уже сформировавшихся конкрементов. Для одновременного определения 13 ионов в

Таблица 1. Микроструктура и состав мочевых камней.

Вид камня Точечная группа Литературные данные Результаты исследования

ОКСАЛАТЫ

Вевеллит 2/ш Плоские кристаллы, собранные в розетку, размером ~ 1 мкм

Ведделлит 4/т Бипирамидальные кристаллы Призматические кристаллы (-50 мкм)

УРАТЫ

Мочевая кислота 2/т Призматические объемные кристаллы Таблитчатые кристаллы ромбовидной формы (-10 мкм)

Дигидрат мочевой кислоты ттт В литературе не описаны Кристаллиты в форме призмы (от -1 до -5 мкм)

Урат аммония 1 Полосчатые, вытянутые в одном направлении, образования (-10 мкм) (рис.4а)

ФОСФАТЫ

Струвит тт2 Призматические многогранные кристаллы Ромбовидные кристаллиты (-0.5 мкм) (рис. 46)

Карбонат-апатит 6/т Сросшиеся друг с другом округлые форм (от ~1 до ~3 мкм) (рис. 56)

Пластинчатые кристаллиты (~1мкм)

Гидроксил-апатит В литературе не описаны Сросшиеся игольчатые кристаллы (1 мкм) (рис. 4в)

Карбонат-гидроксил-апатит Округлые формы, сросшиеся друг с другом (-5 мкм)

Брушит т Бесформенные сросшиеся образования (от 0.1 до 1 мкм)

моче мы впервые в России применили физико-химический метод безреагентной ионной хроматографии [7].

Найденные корреляции. Теории роста мочевых камней.

При сопоставлении состава мочевых камней и мочи, в которой произошло их образование и рост, наблюдается связь между содержанием мочевой кислоты, фосфат и оксалат - ионов с видом мочевых камней: концентрация вышеперечисленных ионов в моче пациентов с МКБ меньше в случае роста соответственно уратного, фосфатного и оксалатного камня (рис. 7).

в г

Рис. 7. Связь фосфат-ионов (а), мочевой кислоты (6) оксалат-ионов (в), цитрат-ионов (г) в моче с видами мочевых камней и изменение их концентрации до и после лечения. В качестве примера стрелками показано для одних и тех же пациентов изменение концентрации ионов и стремление их к диапазону нормальных показателей.

Выявленная связь между составом мочи и видом мочевого камня может быть использована для предварительной оценки состава камней in vivo по результатам анализа мочи, прежде всего химическими методами. Нами предложен контроль за концентрацией цитрат - ионов в моче, оказывающих влияние на камнеобразование: содержание данных ионов в моче у больных МКБ понижено по сравнению с нормативными показаниями (рис. 7 г) [7].

На основании данных (рН воды, степень минерализации, химический состав) 4-х видов минеральной воды, применяемой для метафилактики МКБ

(«Краинская» (Россия), «Демидовская» (Россия), «Нафтуся» (Украина), «Фьюджи» (Италия)) отмечена вода «Фьюджи» и «Нафтуся», содержащие гуминовые кислоты. В результате исследования обосновано действие гуминовых кислот на камнеобразующие ионы в составе мочи и выявлена роль минеральной воды в достижении нормальных показателей в моче ионов-ингибиторов и ионов-катализаторов камнеобразования [8].

Полученные результаты изучения мочевых камней и мочи были проанализированы и систематизированы в рамках имеющихся теорий образования, которые нами были уточнены, дополнены и расширены (рис.8а):

- органический механизм образования характерен для уратных, оксалатных и смешанных оксалатно-уратных камней, а для фосфатных камней (прежде всего, коралловидных) — коллоидный, инфекционный и нанобактериальный механизмы;

- по коллоидной теории отсутствует бактериальная флора в моче;

- бактерии в моче являются инициатором роста струвитных, струвитно-апатитных и коралловидных струвитно-апатитных камней по инфекционной теории (рис. 86);

- основные отличительные черты нанобактериальной теории роста — форма (удлиненная, овальная, палочковидная), размер (~20-100 нм) и состав (ионы Ca, Р, О) частиц, образованных на поверхности мочевого камня;

- для инфекционный и нанобактериальный теорий наблюдается присутствие в составе мочи бактериальной флоры, представленной Pseudomonas aeruginosa, st. pyogenes, sp. acinetobacter.

фосфаты

К X 5

коллоидная нанобгк термальная

теория клынеоорлювлния

фосфаты ▲ А А А А 46%

к i § ураты -

• • 15%

ш

оксалаты- ■ ■ ■ St pyogenes е. Colli нет бактерий 39%

seudomonas s'p.acinetobacter entcoccus ' смешанная1 aeruginosa faecalis фпора вид бактерии

а б

Рис. 8. Теории роста мочевых камней(а) и связь вида мочевых камней с видом бактерий в моче (б)

Нами показано, что рост мочевых камней может происходить как при значительных отклонениях камнеобразующих компонентов от нормы (оксалаты и ураты) - рост по органической теории, так и при колебаниях их концентрации в пределах нормы (фосфаты) - рост коралловидных камней по коллоидной, инфекционной и нанобактериальной теориям [11]. В настоящее время в литературе не описаны теории образования камней предстательной железы, однако по результатам изучения микроструктуры и данных рентгенографии можно предложить, по крайней мере,две теории их роста, известные для мочевых

камней: инфекционную и органическую.

Методология изучения камнеобразования. Применение информационных

технологий.

Результаты обследования больных МКБ совместно с изучением составов мочевых камней и мочи, в которой произошло их образование и рост, систематизированы по 4-м этапам и занесены в банк данных соответственно под рубриками «ДО лечения» и «ПОСЛЕ лечения».

ЭТАП 1: Обследование пациентов ДО лечения: общие сведения о пациенте (возраст, длительность рецидива, место жительства, предыдущее лечение, сопутствующие заболевания и др.), показатели анализа крови - ПК (общий и биохимический, исследование гормонов) и мочи — ИМ (клинический: общий- и суточная экскреция, бактериологическое исследование: титриметрический-оксалат — ионы и мочевая кислота, физико-химический- безреагентная ионная хроматография - Са2+, К+, Na+, Mg2+, NH/, СГ, N02" N03", S042" P043\ (CH2)2C(OH)(COO)3]3\ цитрат ион, [(CH)2(OH)CH2(COO)]3", изоцитрат-ион, C5H4N4O3, мочевая кислота, показатели дополнительных обследований (размер, структурная плотность камня in vivo, локализация камня по данным УЗИ, рентгеноскопии и МСКТ и др).

ЭТАП 2: Обследование пациентов ПОСЛЕ различного вида лечения (через 1 месяц), в том числе, состав мочевого камня in vitro (количественные и качественные анализы: определение фазового состава с использованием рентгеновского и синхротронного излучения и ИК - спектроскопии, содержания белка — спектрофотометрией, количества кристаллизационной воды-термогравиметрией и рентгенографией; определение элементного состава рентгеноспектральным микроанализом; изучение микроструктуры методом СЭМ), ПК, ПМ.

ЭТАП 3: Обследование пациента ПОСЛЕ метафилактических мероприятий через 3 месяца и через 6 месяцев, в том числе, ПК, ПМ, дополнительные обследования.

Все показатели обследования после каждого этапа заносятся в банк данных больного МКБ.

ЭТАП 4: Обработка банка данных. Для этого все виды обследования отнесены к признакам (выбраны 79 наиболее информативных для МКБ признаков, в том числе, с использованием найденных нами корреляций: анализ крови, мочи, длительность рецидива, предыдущее лечение, сопутствующие заболеваниями, размер, состав камня, локализация камня и др) и обработаны с применением математических методов распознавания образов, с помощью которых спрогнозирован результат (состав камня in vivo — 90 %, риск камнеобразования и рецидива — 80 %, тип камнеобразования: коралловидные камни и остальные-75%). Определены признаки, оказывающие существенное влияние (не менее 50%) на результат: например, при определении типа камнеобразования коррелирующими признаками являются наличие кисты (55%), рН мочи (70%), содержание в моче фосфатов (90%), мочевой кислоты (52%), кальция (51%), содержание в крови глюкозы (63%), креатинина (55%) и альбумина (65%).

Для оценки риска и рецидива МКБ, а также выбора оптимальных

метафилактических мероприятий необходимо, прежде всего, контролировать динамику изменения показателей мочи и крови. Нами разработано исполняемое приложение с графическим интерфейсом для наблюдения динамики изменения показателей мочи (программа «ЬкЬоз-Тев! 1» [9, 14]), а также мочи и крови (программа «ЬИЬоз-ТеБ! 2» [9, 15]). Данные приложения позволяют систематизировать и анализировать показатели мочи и крови, выделить ряд из них, выходящих за пределы стандартных (т.е. за пределы «нормы»), контролировать изменение их содержания в моче, а также выбрать оптимальные метафилактические мероприятия, индивидуальные для каждого больного МКБ до и после проведенного лечения и метафилактики. Программы имеют удобный интерфейс, где в диалоговом режиме вносятся все данные обследования пациента по мере его обращения к врачу. Применение программ возможно для самоконтроля динамики изменения показателей мочи и крови, так как простой интерфейс позволяет работать даже самым неуверенным пользователям персональных компьютеров.

ВЫВОДЫ

1. На основании систематического изучения 500 мочевых камней установлено, что ~67%, ~11% и ~4% соответственно оксалаты, фосфаты и ураты, 18% - смешанные камни (преобладают смеси: оксалаты + ураты и оксалаты + фосфаты). На долю камней большого размера (>10 мм) приходится ~ 10%, которые представлены фосфатами (чаще всего струвит, карбонатиапатит, гидроксилапатит) ~30%, уратами (дигидрат и безводная мочевая кислота) ~30%, оксалатами (как правило, вевеллит, наиболее распространенный для других мочевых камней) ~15%, уратно - и фосфатно - оксалатными смесями -25%. Среди коралловидных камней выявлены оксалаты, ураты, оксалатно-фосфатные и окслатно-уратные смеси, причем среди них преобладают смешанные фосфаты (карбонатапатит, гидроксиалапатит, карбонатгидроксилапатит, струвит).

2. Разработан дифракционный (с применением рентгеновского и синхротронного излучения) количественный метод определения состава многофазных (двух, трех и более) мочевых камней, в том числе, с наличием текстуры. Показано, что метод коэффициентов, для которого впервые для всех известных и возможных сочетаний компонентов рассчитаны величины К, по сравнению с другими методами (модельные смеси, метод эталона, полнопрофильный метод) является наиболее экспрессным, простым и по полученным результатам согласующимся с полнопрофильным.

3. Впервые качественно и количественно разделены апатиты и фосфаты магния на основе обоснованного выбора рентгенометрических данных группы отражений, однозначно характеризующих отдельную фазу: = 3.80 А -карбонатапатит, с1 = 1.84 А- гидроксилапатит, <1 = 2.68 А карбонатгидроксилапатит; с1 = 2.80 А - струвит и с/ = 3.25 А - гексагидрат смешанного фосфата магния и калия.

4. Получены зависимости, связывающие количество молекул кристаллизационной воды (величина п) в ведделлите — СаС204 х пН20 и величину интенсивности дифракционного отражения (1ш),: 1,п = 66.54«-74.71,%, /141 = 7.12«+ 16.65,%, /213 = 6.40л +11.92,%; /532 = 4.69« + 4.18, %. Рассчитанные составы согласуются с известными

экспериментальными структурными данными и с результатами термогравиметрии.

5. Предложена модификация метода Лоури для определения количества белка в составе мочевых камней, основанная на увеличении времени выщелачивания камня (оптимальное время 96 ч по сравнению применяемым в литературе 8 ч), что позволяет выделить максимальное количество белка. Найдено, что в уратах содержится наибольшее количество белка, а в фосфатах - наименьшее, причем содержание белка уменьшается от центра к периферии для оксалатов и уратов, а для фосфатов, наоборот, увеличивается.

6. Впервые применен метод газовой хроматографии для качественного (ацетальдегид, ацетон, пропан-2-ол, бутан-1-ол, пропионовая кислота, уксусная кислота, этанол) и количественного (ацетальдегид, ацетон, пропан-2-ол) определения органических веществ небелковой природы в составе мочевых камней. Установлено, что наименьшее количество небелковых органических компонентов (ацетон, ацетальдегид, пропан-2-ол) содержится в фосфатах, а наибольшее — в уратах, что не исключает наличия у них пористой поверхности, а, следовательно, возможности применения эффективного медикаментозного лечения для разрушения данного вида мочевых камней.

7. На основании результатов исследования микроструктуры мочевых камней методом СЭМ совместно с рентгенофазовым анализом этих же камней и литературными данными показана возможность оценки фазового состава камней по виду микроструктуры: ведделлит - призматические, мочевая кислота — таблитчатые, дигидрат мочевой кислоты — призматические, урат аммония — полосчатые, карбонатапатит - пластинчатые, гидроксилапатит — игольчатые и карбонатгидроксилапатит - округлые формирования, струвит - ромбовидные, а брушит - бесформенные частицы.

8. Установлено, что твердость мочевых камней зависит от характера микроструктуры (чем плотнее «переплетение» кристаллитов, тем тверже камень), наличия текстуры (текстурированные образцы более твердые), количества кристаллизационной воды (твердость увеличивается с уменьшением количества молекул кристаллизационной воды в оксалатах и уратах) и количества белка (чем меньше белка, тем тверже камень). Показано, что твердость камней, оцененная in vitro, коррелирует со структурной плотностью тех же камней, определенной in vivo с помощью мультиспиральной компьютерной томографии, от чего зависит выбор и условий метода лечения больного МКБ.

9. С использованием предложенного комплекса методов исследования мочевых камней изучены камни предстательной железы (КПЖ), в результате чего:

• Найдено, что 33% изученных КПЖ составляют фосфаты (гидроксилапатит, карбонатапатит), 21% - оксалаты, 13% - ураты (мочевая кислота), 33% - смешанные камни (оксалаты, гидроксилапатит, карбонатапатит), тогда как мочевые камни, в основном, представлены оксалатными камнями (ведделлит, вевеллит или их смесь);

• Выявлено, что центр камня более разнообразен по элементному составу нежели периферия, что характерно и для мочевых камней;

• Показано, что в состав КПЖ в большинстве случаев входит белок в

количестве ~50 масс. %, в отличие от мочевых камней, где белок составляет ~ 20 масс. %;

• Подтверждена связь твердости КПЖ с содержанием белка, найденная для мочевых камней: увеличение содержания белка в составе камней уменьшает его твердость;

• Установлено, что после соответствующего лечения больных концентрация белка в крови пациентов с КПЖ понижается;

10. Предложены стандартные (нормативные) показатели ионов (N02", N03", РОд и изоцитрат - [(СН2)2С(ОН)(СОО)3] ионов мочевой кислоты) в моче по методу безреагентной ионной хроматографии, соответственно, 0 мг/сут, 50-140 мг/сут, 1000-6500 мг/сут, 130-380 мг/сут. Получило объяснение различие между содержанием фосфат-ионов и мочевой кислоты в моче, определенное клиническими методами и методом безреагентной ионной хроматографии: в клиническом анализе мочи количество фосфат-ионов пересчитывается на количество неорганического фосфора, а мочевая кислота и урат - ионы при выбранных условиях хроматографирования не разделяются. Найдена связь между составом камня (оксалат, урат, фосфат) и концентрацией иона — камнеобразователя (соответственно, оксалат -, фосфат-ион и мочевая кислота) в моче больных МКБ, позволяющая in vivo оценивать составы мочевых камней по конкретным показателям мочи. Предложен контроль за концентрацией цитрат — ионов в моче, оказывающих влияние на камнеобразование: содержание данных ионов в моче у больных МКБ понижено по сравнению с нормативными показаниями.

11. При изучении мочевых камней большого размера (более 20 мм) выбранным комплексом методов обнаружены различия внешней и внутренней части камней по фазовому, элементному и общему составу и установлено, что 80% из них представлены коралловидными камнями (75 % - фосфаты, 3% -ураты, 3% - оксалаты, 15% и 4% соответственно смешанные фосфатно-оксалатные и уратно-оксалатные камни)

12. Результаты изучения мочевых камней от центра к периферии методами рентгенографии, СЭМ, РСМА и мочи методами биохимического (бактериологическое исследование) и ферментативного анализов и безреагентной ионной хроматографии совместно с литературными данными позволили уточнить и расширить теории роста мочевых камней: при значительных отклонениях камнеобразующих компонентов от нормы (оксалаты и ураты) образование и рост мочевых камней происходит по органической модели, а при колебаниях их концентрации в пределах нормы (фосфаты) — по коллоидной, инфекционной или нанобактериальной модели.

13. Разработана методология изучения камнеобразования, включающая в себя 3 этапа комплексного обследования больных МКБ (до лечения, после лечения через 1 месяц, после метафилактических мероприятий) и 4-го этапа-обработка полученных данных с применением математических методов распознавания образов (для оценки риска камнеобразования, типа камнеобразования, состава камня in vivó) и программ Lithos-test 1 и Lithos-test 2 (для контроля изменения показателей мочи и крови в течение длительного времени с фиксированием их показаний в виде графиков или таблиц).

14. На примере исследования состава мочи больного МКБ предложенным комплексом клинических, химических и физико-химических методов совместно с полученными корреляциями (состав мочи-состав камня) показана возможность оценки состава камня in vivo и выбора эффективного метода комплексного лечения (лекарственный препарат + лечебная минеральная вода), что привело к уменьшению его размера (до лечения ~ 8 мм после лечения до ~ 4 мм по данным УЗИ) с дальнейшим самоотхождением.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Аляев Ю.Г. Клиническое значение физико — химического исследования состава мочевых камней и мочи / Аляев Ю.Г., Кузьмичева Г.М., Колесникова М.О., Чернобровкин М.Г., Мельников Д.М., Руденко В.И. // Урология. 2009. №1. С. 8-12.

2. Аляев Ю.Г. Исследование состава мочевых камней in vivo с применением современных информационных технологий / Аляев Ю.Г., Кузьмичева Г.М., Колесникова М.О., Мельников Д.М., Руденко В.И., Рязанов В.В. // Врач. 2009. №1. С. 19-22.

3. Антонова М.О. Применение физико - химических методов для изучения мочевых камней in vitro / Антонова М.О. Кузьмичева Г.М. Руденко В.И. // Химия в интересах устойчивого развития. 2011. №4. С. 43 7 - 445.

4. Глыбочко П.В. Исследование камней простаты физико-химическими методами / Глыбочко П.В., Кузьмичева Г.М., Антонова М.О., Винаров А.З., Гусейнов Ф.И. // Бюллетень медицинских интернет-конференций. 2011. Том 1, № 4. С. 84-92.

5. Глыбочко П.В. Роль физико-химических методов в исследовании камней простаты / Глыбочко П.В., Кузьмичева Г.М., Антонова М.О., Винаров А.З., Гусейнов Ф.И. // Саратовский научно-медицинский журнал. 2011. Том 7, № 2. С. 144-148.

6. Глыбочко П.В. Исследования камней простаты физико-химическими методами / Глыбочко П.В., Кузьмичева Г.М., Антонова М.О., Винаров А.З., Гусейнов Ф.И. // Саратовский научно-медицинский журнал. 2011. Том 7, № 2. С. 31-35.

7. Кузьмичева Г.М. Определение состава мочи и мочевых камней и установление связи между ними / Кузьмичева Г.М., Антонова М.О., Чернобровкин М.Г., Руденко В.И., Мельников Д.В. II Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2012. №2. С. 26-30.

8. Аляев Ю.Г. Применение воды «Фьюджи» в метафилактике мочекаменной болезни / Аляев Ю.Г., Антонова М. О., Кузьмичева, Г.М., Руденко В. И., Мельников Д.В. // Фундаментальные исследования, 2012, №9 (часть 1),С. 186-192.

9. Кузьмичева Г. М. Методология изучения образования мочевых камней / Кузьмичева Г.М., Антонова М.О., Руденко В.И., Щичко A.C., Рязанов В.В., Натыкан A.A. // Фундаментальные исследования, 2012, №9 (часть 1), с. 193-198.

10. Глыбочко П.В. Камни простаты: состав и структура / Глыбочко П.В., Гусейнов Ф.И., Винаров А.З., Кузьмичева Г.М., Антонова М.О. // Андрология и генитальная хирургия, 2012, № 2, с. 49-55.

11. Антонова М.О. Состав, микроструктура коралловидных мочевых

камней. Теории роста / Антонова М.О., Кузьмичева Г.М., Руденко В.И., Натыкан A.A., Садовская Н.В. // Вестник МИТХТ, 2013, Т. 8, № 4. с. 64 - 72.

12. Антонова М.О. Применение метода газовой хроматографии для определения небелковой органической составляющей и ее распределения по объему мочевых камней / Антонова М.О., Кузьмичева Г.М., Руденко В.И. // Международный научно-исследовательский журнал. 2013. № 7, с. 22-24.

13. Антонова М.О. Новые, оптимизированные и усовершенствованные физико-химические методы для определения общего состава мочевых камней / Антонова М.О., Кузьмичева Г.М., Руденко В.И // Ii-Конгресс урологов Сибири с международным участием. Томск, 25-26 апреля 2013. С. 16-18.

14. Кузьмичева Г.М., Антонова М.О., Щичко A.C., Руденко В.И. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ «Litos-test 1» №2012610733.

15. Кузьмичева Г.М., Антонова М.О., Щичко A.C., Руденко В.И. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ «Litos-test 2» для оценки динамики изменения показателей мочи и крови» №2012614204.

16. Антонова М.О. Применение комплекса физико-химических методов и информационных технологий для оптимизации, диагностики, выбора метода лечения и метафилактики мочекаменной болезни / Антонова М.О., Щичко A.C., Кузьмичева Г.М., Руденко В.И., Рязанов В.В. // Конкурс «От идеи к бизнесу: возможности инновационной инфраструктуры и институтов развития в России. Проблемы, опыт, идеи, предложения», http://9000innovations.ru/, 15 июня - 31 августа 2013 (III место).

17. Кузьмичева Г.М. Методы анализа состава и строения мочевых камней / Кузьмичева Г.М., Ефимова Ю.А., Ловчиновский И.Ю., Колесникова М.О. // Материалы II Всероссийской конференции с международным участием «Аналитика России», Краснодар, Россия, 2007, с. 440.

18. Колесникова М.О. Физико - химическое исследование уролитов и урины с целью усовершенствования диагностики и лечения мочекаменной болезни / Колесникова М.О., Кузьмичева Г.М., Ловчиновский И.Ю. // Материалы XVIII Менделеевской конференции молодых ученых, Белгород, Россия, 2008. С. 38-39.

19. Колесникова М.О. Физико - химические методы для медицины / Колесникова М.О., Кузьмичева Г.М., Ловчиновский И.Ю. // Материалы научно -практической конференции «Научно - техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях», Москва, Россия, 2008. С. 137.

20. Кузьмичева Г.М. Применение рентгенофазового анализа и рентгеноспектрального микроанализа для изучения мочевых камней / Кузьмичева Г.М., Ефимова Ю.А., Ловчиновский И.Ю., Колесникова М.О. // Материалы VI Всероссийской конференции по рентгеноспектральному анализу с международным участием, Краснодар, Россия, 2008. С. 154 - 155.

21. Чернобровкин М.Г. Применение безреагентной ионной хроматографии в урологии / Чернобровкин М.Г., Кузьмичева Г.М., Колесникова М.О., Мельников Д.В., Натыкан A.A., Шпигун O.A. // Материалы III Всероссийской конференции по аналитической химии (с международным участием) к 175-летию со дня рождения Д.И. Менделеева «Аналитика России 2009», Краснодар, Россия, 2009. С.430.

г

22. Антонова М.О. Химия для урологии / Антонова М.О. // Материалы Конкурса проектов молодых ученых, проведенного в рамках 15-й международной выставки химической промышленности и науки «Химия -2009», Москва, Россия 29 сентября 2009. С. 22 - 24.

23. Антонова М. О. Усовершенствование и применение физико-химических методов для характеризации мочевых камней и нахождения корреляций между их составами и средой образования / Антонова М.О. // Материалы XVII международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, Россия, 2010.

24. Антонова. М.О. Коралловидные камни и методы их изучения / Антонова. М.О., Кузьмичева Г.М., Садовская Н.В., Руденко В.И., Ларцова Е.В. // Материалы XIX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Волгоград, Россия, 2011, 25 - 30 сентября, Т. 1, с. 120.

25. Антонова М.О. Физико-химические методы и информационные технологии для оценки активности камнеобразования / Антонова М.О., Ларцова Е.В., Щичко A.C. // Материалы IV молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2011», Москва, 2011, 9 - 10 ноября, с. 75.

26. Антонова М.О. Применение комплекса физико-химических методов и интеллектуальных систем принятия решения для изучения мочевых камней и мочи и установления связи между ними / Антонова М.О., Кузьмичева Г.М., Руденко В.И., Щичко A.C., Рязанов В.В. // Первая Российская конференция по медицинской химии с международным участием, Москва, 8-12 сентября 2013. С. 194.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор выражает искреннюю благодарность: научному руководителю д.х.н., проф. Г.М. Кузьмичевой (МИТХТ им. М.В.Ломоносова, кафедра физики и химии твердого тела); д.м.н., доц. В.И. Руденко (Первый МГМУ им. И.М. Сеченова, кафедра урологии) - за помощь в интерпретации результатов работы; к.ф.-м.н. Н.В. Садовской (НИФХИ им. Л.Я. Карпова) - за проведенное изучение образцов методами РСМА, СЭМ и обсуждение результатов; к.х.н. М.Г. Чернобровкину и к.х.н. A.A. Натыкану (МГУ им. М.В. Ломоносова, химический факультет) за выполнение анализа мочи методом БИХ; д.ф.-м.н., проф. В.В. Рязанову (Вычислительный центр им. A.A. Дородницына, РАН) - за обработку результатов с использованием математических методов распознавания образов; аспиранту A.C. Щичко (МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет вычислительной математики и кибернетики): за помощь в создании программ Lithos-test 1 и Lithos-test 2, а также к.х.н. Ю.А. Ефимовой, и к.т.н. И.Ю. Ловчиновскому (МИТХТ им. М.В. Ломоносова, кафедра аналитической химии) за ценные советы, замечания и обсуждение результатов работы.

Антонова Мария Олеговна Применение комплекса физико-химических методов и интеллектуальных систем принятия решения для изучения мочевых камней и мочи и установления

связи между ними

Формат 60x90/16 Тираж 100 экз. Подписано в печать 07.11.2013 Заказ № 117 Типография ООО «Генезис» 8 (495) 434-83-55; 119571, г. Москва, пр-т Вернадского, 86