МОРФОЛОГИЯ И СТРУКТУРА УРОЛИТОВ (МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ)

Полиенко А.К.¹, Севостьянова О.А.²

¹Кандидат геолого-минералогических наук, доцент,

²Кандидат геолого-минералогических наук, старший преподаватель,

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Аннотация

Исследованы морфология и структура уролитов (мочевых камней), которые формируются в мочевыделительной системе человека и животных. Уролиты, являющиеся продуктами биогенеза, наряду с другими органо-минеральными агрегатами представ­ляют определенный интерес как с генетической, так и с практической точек зрения. Генетическая сторона интересна с позиций симбиоза двух видов материи – органической (живой) и минеральной (косной). С практической стороны заслуживают внимания патогенные явления, возникающие в результате подобного симбиоза.

Ключевые слова: уролиты, морфология, структура, минеральный состав, ритмическая зональность, ядро, слой, зона, ритм.

Poliyenko A.K.¹, Sevostyanova O. A.²

¹Candidate of geological and mineralogical sciences, associate Professor,

²Candidate of geological and mineralogical sciences, assistant Professor,

National research Tomsk polytechnic university

MORPHOLOGY AND STRUCTURE UROLITHS (URIC STONES)

Abstract

The morphology and structure of uroliths (uric stones) which are formed in a urinary system of a human being and animals have been investigated. The uroliths, being biogenesis products, along with other organomineral aggregates are of a certain interest both from genetic and practical points of view. From the genetic point of view the symbiosis of two types of  matter – organic and mineral have been investigated. From the practical point of view the attention is paid to the pathogenic phenomena resulting from such symbiosis.

Keywords: uroliths, morphology, structure, mineral composition, rhythmic zonality, kernel, layer, zone, rhythm.

Введение

Тема исследований определяет тот раздел науки биоминералогии, который относится к взаимодействию минерального и органического вещества при формировании уролитов (мочевых камней). 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, совещания, научные школы, организуемые в течение последних 3-х десятилетий в Институте геологии Коми Научного центра УрО РАН (г. Сыктывкар), в Институте минералогии УрО РАН (г. Миасс), а в последнее десятилетие – в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки – Институте экспериментальной минералогии РАН (г. Черноголовка).

Начало научному направлению в области биоминералогии было заложено академиком Н.П. Юшкиным [1].

Определение минерального состава и структуры уролитов необходимо урологам для обоснованного назначения лечебных и профилактических действий пациенту. Существующие мировые стандарты диагностики и лечения больных уролитиазом предусматривают обязательное исследование уролита для каждого больного МКБ.

Значительную роль в исследовании ОМА в мочевой системе человека сыграли российские ученые: А.А. Кораго [2], Б.И. Сребродольский [3], Н.П. Юшкин [1], В.И. Ракин [4], В.И. Каткова [5,6], О.А. Голованова [7], Э.В. Сокол [8] и другие. Среди зарубежных учёных, изучавших минералообразование в организме человека, следует отметить: Ф.В. Зузук [9], Мак-Коннелл Д. [10], H.A. Lowenstam [11,12] и др.

Исследования по изучению минерального состава  и строения уролитов выполнены на кафедре общей геологии и землеустройства Института природных ресурсов (ИПР) ТПУ. В выполнении исследований принимали активное участие сотрудники кафедры урологии Сибирского государственного медицинского университета (г. Томск).

Изучены морфология и структура значительного количества (около 1000) уролитов [13-16]. Многолетние исследования уролитов в различной стадии их развития (зарождение, рост, изменения, разрушение) позволяют утверждать, что их формирование генетически связано с живым организмом и что уролиты в своем развитии эволюционируют одновременно с организмом. Уролиты сложного минерального состава, которые формировались в различных физико-химических условиях среды минералообразования, являются бесспорным подтверждением этого тезиса.

Методы и подходы

Объектом исследования послужили уролиты, вышедшие у больных мочекаменной болезнью самопроизвольно либо извлеченные в результате хирургического вмешательства.  Исследование уролитов было комплексным и заключалось в изучении морфологии, текстуры, структуры и минерального состава. Были использованы кристалломорфологические,  поляризационно-оптические, рентгеноструктурные, электронно-микроскопические, химические, нейтронно-активационные, а также компьютерные технологии изучения строения уролитов.

На первом этапе  изучались внешние макроскопические признаки уролита (цвет, форма, размер). Исследование морфологии и минерального состава уролитов выполняли с помощью кристаллографического метода с применением микроскопов (бинокулярный МБС-10 и тринокулярный MC300 TFP). Второй этап изучения уролитов заключался в определении минерального состава и взаимоотношений между отдельными зернами минералов. Для этих целей применялись методы поляризационно-оптической микроскопии. Для этого готовили шлифы (тонкие срезы уролита), которые исследовали на поляризационном микроскопе «Полам» Л213М.

Результаты и обсуждение

По морфологическим особенностям выделены следующие типы уролитов.

Уролиты первого типа характеризуются друзовидной морфологией (рис.1, а), представленной многочисленными сростками кристаллов (размерами от микроскопических до 2-3 мм).

Уролитам второго типа свойственна сферолитовая (рис. 1, б) морфология. Она представлена агрегатом в виде микросферолитов, плотно прилегающих друг к другу.

Третий тип уролитов характеризуется сочетанием признаков морфологии уролитов первых двух типов, и такая морфология названа комбинированной (рис. 1, в).

Форма уролитов четвёртого типа напоминает  интенсивно разветвлённые кораллы (рис.1, г), характеризуется наличием разнонаправленных отростков. Уролиты подобного типа наиболее трудно поддаются удалению из мочевыделительной системы.

Рис. 1 - Морфологические разновидности уролитов: друзовидная (а), сферолитовая (б), комбинированная (в), коралловидная (г)

Cтроение уролитов разнообразно, это объясняется их структурными особенностями. Минеральный состав и морфология индивидов, которые сформировали каждый отдельный агрегат,  также очень разнообразны. Так, кристаллически-зернистая структура (рис.2, а) отмечена в большинстве уролитов; дендритовидные структуры встречаются также достаточно часто (рис.2, б).

Рис. 2 - Кристаллически-зернистая (а) и дендритовидная (б) структура уролитов

В структуре уролитов проявляется слоистость (от тонкой до более грубой).  Это выявляется при детальном изучении срезов уролитов (в шлифах и аншлифах). Слои имеют особенность чередоваться друг с другом. Они различаются по цвету, мощности, конфигурации. Чередование слоёв в структуре уролитов мы назвали ритмической зональностью.

Рис. 3 - Структурные разновидности уролитов: комбинированная (а,б, в), ритмически-зональная (г, д, е)

Ритмически-зональное строение уролитов отмечается во многих уролитах, которые представлены оксалатами, фосфатами и другими минералами. Зональность в уролитах отмечается ритмическим чередованием слоев (рис. 3, г, д, е). Концентрические слои, представленные чередованием органического и минерального вещества, располагаются вокруг центра уролита. Нередко над кристаллами оксалата кальция формируются микросферолиты, создавая комбинированный тип структуры .

В структуре уролитов установлены следующие типы ритмов:

1. Зональный ритм. Зоны неорганического вещества четко упорядочены и чередуются с зонами органического вещества (в виде концентрических слоёв).
2. Зернистый ритм. Зоны неорганического вещества расположены беспорядочно в виде зерен. Участки, сложенные органическим веществом, отмечаются между зёрнами.
3. Комбинированный ритм. Зоны с четкой ритмичностью перемежаются с участками, которые представлены зернистым ритмом.

В уролитах с ритмически-зональной структурой [13-15] установлены следующие элементы строения: ядро, слой, зона, ритм.

Ядро занимает центральную часть уролита и представлено сгустком органического вещества либо скоплением кристаллов и их зерен. Минеральное или органическое вещество отлагалось на поверхности ядра с образованием микрослоёв различной конфигурации и мощности.

Слой уролита – это его часть, которая имеет однородный состав, окраску и четкие ограничивающие поверхности. Мощность (толщина) отдельных слоев колеблется от 0,1 мкм до 1 мм. Слои представлены либо минеральным веществом, либо органическим, либо тем и другим вместе. Они объединяются в группы числом от 2 до 8 слоев, иногда больше.

Зона в структуре уролита состоит из группы слоёв и ограничена с двух сторон слоями органического состава.

Ритм состоит из группы зон и ограничен с двух сторон слоями органического состава. Один ритм состоит в среднем из 4-х зон (при колебаниях от 2 до 5).

Слой органического вещества является границей между двумя слоями минерального вещества. Соседние зоны, которые состоят из некоторого количества слоев минерального и органического состава, разделяются также слоем органического вещества, имеющим более значительную мощность. Слои, которые представлены органическим веществом (тёмного цвета), являются границей между ритмами. Эти границы имеют мощность большую, чем границы между зонами. Нередко мощность границ между ритмами превышает 1,5 мм. Зоны, объединяющиеся в ритмы, создают картину ритмически чередующихся слоистых образований (рис. 3, г, д, е).

Изучение ритмической зональности уролитов позволяет сделать вывод о зависимости их минерального состава от определенного физиологического состояния организма, заболеваний в отдельных системах и органах, а также кристаллизации различных минералов в зависимости от кислотности или щелочности мочи.

Мы объясняем формирование ритмически-зональных уролитов с позиций науки биоритмологии, которая отмечает наличие в организме человека различных биологических ритмов. Учёными выделяются суточные, месячные, годовые биоритмы  в организме человека. Так, например, ритмические колебания  кислотно-щелочного равновесия в тканях и крови человека являются суточными биоритмами, и т.д. Вероятно, эти колебания могут оказывать регулирующее воздействие на формирование ритмической зональности в уролитах.

Заключение

Морфологические и структурные особенности строения уролитов, в особенности наличие ритмической зональности, свидетельствуют о тесной взаимосвязи между живым организмом и органо-минеральным агрегатом в мочевыделительной системе человека. С большой долей уверенности мы можем говорить о симбиозе живого и минерального вещества в организме человека;  в результате подобного симбиоза формируются органо-минеральные образования, нередко являющиеся в дальнейшем причиной некоторых заболеваний (например, мочекаменная и желчнокаменная болезни).

Литература

1. Юшкин Н.П. Сингенез, взаимодействие и коэволюция минерального и живого миров // Минералогия и жизнь. Сыктывкар, 1993. – С. 5–7.
2. Кораго А.А. Введение в биоминералогию // СПб: Недра, 1992. – 280 с.
3. Сребродольский Б.И. Биологическая минералогия. – Киев: Наукова думка,1983. – 102 с.
4. Ракин В.И., Каткова В.И.,  Макеев Б.А. Неравновесная кристаллизация оксалата кальция в водных растворах. Ж. «Вестник», Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, ноябрь, 2005, № 11. С. 5–9.
5. Каткова В.И. Мочевые камни: минералогия и генезис // Сыктывкар: Коми научный центр УрО РАН, 1996. – 88 с.
6. Каткова В.И., Ракин В.И. Эпигенетическая кристаллизация в уролитах //  Органическая минералогия: Материалы IV Российского совещания с международным участием. Черноголовка: ИПХФ РАН. 2013. С. 11-13.
7. Голованова О.А. Биоминералогия мочевых, желчных, зубных и слюнных камней из организма человека: Дисс… д-ра геол.-минер. наук. – СПб, 2007. – 333 с.
8. Сокол Э.В., Нигматулина Е.Н., Максимова Н.В. Сферолиты оксалата кальция в почечных камнях: морфология и условия образования // Химия в интересах устойчивого развития. 2003. № 11. – С. 547–558.
9. Зузук Ф.В. Минералогия уролитов: Монография, в 3-х т. Т.1: Распространение мочекаменной болезни среди населения мира (на укр. языке). – Луцк: Изд-во «Вежа» Волынского гос. ун-та, 2002. – 408 с.
10. Мак-Коннелл Д. Биоминералогия фосфатов и физиологическая минерализация. Фосфор в окружающей среде // М.: Мир, 1977. – С. 462–481.
11. Lowenstam H.A. Minerals formed by organisms // Science. – 1981. – Vol. 211, № 4487. – P. 1126–1131.
12. Lowenstam H.A., Weiner Sh. On the biomineralization. N.Y. // Oxford Univ. press. 1989. – Р. 324.
13. Полиенко А.К. Ритмичность – общая закономерность развития живого и косного вещества // Сб.: Тезисы 1-й Межгосударственной конф. «Биоминералогия-92» (выездная сессия Украинского минералогического общества 12-13 мая 1992, Луцк). – 1992. – С. 21–22.
14. Полиенко А.К., Севостьянова О.А., Орлов А.А. Симбиоз живого и косного вещества в уролитах // Известия Томского политехнического университета – 2010. –Т. 317. – № 1. – С. 10–15
15. Полиенко А.К., Бощенко В.С., Севостьянова О.А. Взаимосвязь органических и неорганических веществ при формировании мочевых камней // Бюллетень сибирской медицины. – 2012 – Т. 11.– № 2. – C. 52–58.
16. Севостьянова О.А. Минералого-геохимические особенности уролитов Томского района и их связь с факторами природной среды и техногенного воздействия. Автореф. дис… канд. геол.-минер.наук. – Томск, 2012. – 20 с.

References

1. Yushkin N.P. Biomineral interactions. From biomineralogy to a vitamineralogiya//Mineralogy and life: biomineral interactions: Materials II of the international seminar. Syktyvkar, 1996. – P. 7.
2. Korago A.A. Introduction to biomineralogy//St. Petersburg: Subsoil, 1992. – 280 p.
3. Srebrodolsky B.I. Biological mineralogy. – Kiev: Naukova thought, 1983. – 102 p.
4. Rakin V.I., Katkova V.I., Makeev B.A. Nonequilibrium crystallisation of the oxalate calcium in the water solutions. «Messenger», Komi scientific center of the Ural Office of the Russian Academy of Sciences, November, 2005, No. 11. P. 5-9.
5. Katkova V.I. Uric stones: mineralogy and genesis//Syktyvkar: Komi scientific center of the Ural Office of the Russian Academy of Sciences, – 88 p.
6. Katkova V.I., Rakin V.I. Epigenetic crystallization in the uroliths//Organic mineralogy: Materials IV of the Russian meeting with the international participation. Chernogolovka: IPHF Russian Academy of Sciences. 2013. Page 11-13.
7. Golovanova O.A. Biomineralogy of urinary, biliary, dental and salivary stones from a human body. Theses… doctors of geologic and mineralogy sciences. St. Petersburg, – 333 p.
8. Sokol E.V., Nigmatullina E.N. falcon., Maksimova N.V. Sferolith of calcium oxalate in nephroliths: morphology and conditions of education//Chemistry in interests of a sustainable development. 2003. No. 11. – P. 547-558.
9. Zuzuk F.V. Mineralogy of urolithes: The monograph, in 3 t. T.1: Distribution of an urolithic illness among a world′s population (in Ukrain).–Lutsk: Publishing house of "Vezha" of the Volynsk state university, 2002. - V 1. – 408 p.
10. Mac-Connell D. Biomineralogy of the phosphates and physiological mineralization. Phosphorus in environment//M.: World, 1977. – P. 462-481.
11. Lowenstam H.A. Minerals formed by organisms // Science. – 1981. – Vol. 211, № 4487. – P. 1126–1131.
12. Lowenstam H.A., Weiner Sh. On the biomineralization. N.Y. // Oxford Univ. press. 1989. – Р. 324.
13. Poliyenko A.K. Rhythm is the general regularity of development of live and inert substance. Theses of 1st Interstate "Biomineralogy-92" conference (visiting session of the Ukrainian mineralogical society on May 12-13, 1992), Lutzk, 1992. – 21-22 pp.
14. Poliyenko A.K., Sevostyanova O.A., Orlov A.A. Symbiosis of live and inert substance in urolithes //News of Tomsk polytechnic university, 2010, V.317, № 1, 10-15 pp.
15. Polienko A.K., Boshchenko V.S., Sevostyanova O.A. The relationship of organic and inorganic substances in the formation of urinary stones //Bulletin of the Siberian medicine. – 2012, V.1. – № 2. – 52-58 pp.
16. Sevostyanova O. A. Mineralogo-geokhimistry peculiarities of the uroliths of the Tomsk region and their communication with the factors of environment and technogenic influence. Theses… candidate of geologic and mineralogy sciences. – Tomsk, 2012. – 20 p.