СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРОЕНИЯ УРОЛИТОВ ИЗ ШТАТА МАДХЬЯ-ПРАДЕШ (ИНДИЯ) И УРОЛИТОВ ИЗ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ (РОССИЯ)СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРОЕНИЯ УРОЛИТОВ ИЗ ШТАТА МАДХЬЯ-ПРАДЕШ (ИНДИЯ) И УРОЛИТОВ ИЗ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ (РОССИЯ)

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРОЕНИЯ УРОЛИТОВ ИЗ ШТАТА МАДХЬЯ-ПРАДЕШ (ИНДИЯ) И УРОЛИТОВ ИЗ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ (РОССИЯ)

Научная статья

Полиенко А.К.^1, *, Черненко В.П.², Севостьянова О.А.³

¹ ORCID :0000-0001-6497-9818;

^{1, 3} Отделение геологии Инженерной школы природных ресурсов Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ), Томск, Россия;

² Учреждение Российской Академии наук Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН, Томск, Россия;

^{1, 3} Учебно-методический отдел Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ), ведущий эксперт, кандидат геолого-минералогических наук, Томск, Россия

* Корреспондирующий автор (polienkoa[at]yandex.ru)

Аннотация

В статье приведены результаты исследования морфологии, структуры, минерального и химического состава уролитов из штата Мадхья-Прадеш (Индия) и уролитов из Томской области (Россия). Изучены морфология уролитов и их структурные особенности, а также минеральный состав и взаимоотношения между минералами. Сравнение морфологии, структуры и минерального состава уролитов, полученных от индийских пациентов, показало, что уролиты из индийского штата Madhya–Pradesh аналогичны уролитам из Сибирского региона.

Ключевые слова: уролиты, морфология, минеральный состав, структура.

COMPARATIVE ANALYSIS OF UROLITES STRUCTURE FROM OF MADHYA PRADESH (INDIA) STATE AND UROLITES FROM TOMSK REGION (RUSSIA)

Research article

Polienko A.K.^1, *, Chernenko V.P.², Sevostyanova O.A.³

¹ ORCID :0000-0001-6497-9818;

^{1, 3} Department of Geology, Engineering School of Natural Resources, National Research Tomsk Polytechnic University (TPU), Tomsk, Russia;

² The institution of the Russian Academy of Sciences, Institute of Physics of Strength and Materials Science, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Tomsk, Russia;

^{1, 3} Instruction department of the National Research Tomsk Polytechnic University (TPU), Tomsk, Russia

* Corresponding author (polienkoa[at]yandex.ru)

Abstract

The paper presents the results of the study of morphology, structure, mineral and chemical composition of uroliths from the Madhya-Pradesh state (India) and uroliths from the Tomsk Region (Russia). The authors studied the morphology of uroliths and their structural features, as well as the mineral composition and relationships between minerals. The comparison of the morphology, structure and mineral composition of uroliths obtained from Indian patients showed that the uroliths from the Indian state of Madhya-Pradesh are similar to those from the Siberian region.

Keywords: uroliths, morphology, mineral composition, structure.

Актуальность

Актуальность исследований обусловлена значительным распространением мочекаменной болезни (уролитиаза) в мире.

Цель

Cравнительный анализ морфологии, структуры, минерального и химического состава уролитов из штата Мадхья-Прадеш (Индия) и уролитов из Томской области (Россия).

Объекты

Уролиты, удалённые у двух пациентов, проживающих в Индии (штат Мадхья-Прадеш), а также уролиты пациентов из Томской области.

Методы

Кристалломорфологический; поляризационно-оптический; рентгеноструктурный; электронно-микроскопический; лазерное микрозондирование; рентгено-фазовый метод; химические методы.

Состояние изученности проблемы

Отмечается [1], что мочекаменная болезнь (МКБ) среди всех урологических заболеваний составляет 32 – 40 %. Наибольшее распространение МКБ характерно для Малой Азии, Северной Австралии, Северо-Восточной Африки и южных областей Северной Америки. В Европе это заболевание встречается в Скандинавских странах, Англии, Нидерландах, Венгрии, Италии, южных районах Австрии, Германии и Испании, а также во всей Юго-Восточной Европе. Особенно часто МКБ встречается в Закавказье, на Урале, в Поволжье, Сибири, Заполярье, на Ближнем Востоке, в Индии, Средней Азии, Северной Америке.

Объектом настоящих исследований являются уролиты, формирующиеся в мочевыделительной системе человека. Авторам статьи представилась уникальная возможность исследовать уролиты от пациентов одного из штатов Индии и сравнить полученные результаты исследований с аналогичными данными по уролитам из Сибирского региона (Томская область).

Образцы уролитов от двух пациентов из индийского штата Мадхья-Прадеш представлены вторым автором настоящей статьи, Черненко В.П. (Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН), сотрудником компании «МедЛайн», которая разработала, производит и реализует электроимпульсный литотриптор «Уролит».

В течение длительного времени внимание учёных различного научного профиля привлекает взаимная связь мира косного (неживого) и мира живого вещества. В последнее время определилось новое научное направление – «Основы медицинской геологии». В этой связи в предлагаемой вниманию читателей статье приведены материалы, относящиеся к таким наукам, как кристаллография, минералогия, биология, медицина.

Исследователи изучают этиологию МКБ, занимаются определением химического и минерального состава уролитов, их морфологических и структурных особенностей, что имеет большое значение для разработки профилактических и лечебных мероприятий при МКБ.

В течение трёх десятилетий в Национальном исследовательском Томском политехническом университете проводится изучение уролитов. Эта научно-исследовательская работа выполняется в сотрудничестве с ведущими специалистами учебных медицинских заведений и урологических отделений медицинских учреждений г. Томска.

По данному направлению исследований опубликован ряд статей, а также три монографии. Так, материалы по биоминерализации в организме человека и животных рассмотрены в коллективной монографии [4] учёных г. Томска. В монографии А.А. Кораго «Введение в биоминералогию» [6] впервые в бывшем Советском Союзе были изложены основы науки «Биоминералогия»; в трёхтомном сборнике украинского исследователя Ф.В. Зузука [7] приведены данные о распространении мочекаменной болезни среди населения мира. О взаимосвязи органических и неорганических веществ при формировании уролитов описано в статье коллектива авторов [8]. В материалах 4-го международного Корейско-Российского симпозиума представлена статья А.К. Полиенко и Е.М. Дутовой с данными по изучению влияния водного фактора на формирование уролитов в организме человека [9].

Значительную роль в исследовании уролитов в мочевой системе человека сыграли российские ученые: А.А. Кораго [6], Б.И. Сребродольский [10], Н.П. Юшкин [11], В.И. Каткова, В.И. Ракин [12]. Среди зарубежных учёных, изучавших минералообразование в организме человека, следует отметить следующих: Ф.В. Зузук [7], Д. Мак-Коннелл [13], H.A. Lowenstam [14], [15], С. Beckermann [16] и др.

Уролиты из штата Мадхья-Прадеж (Индия)

Микрокристалломорфологические исследования морфологии уролитов проведены на бинокулярных микроскопах, а поляризационно-оптические исследования структуры и минерального состава – на микроскопе Polam. Детальные исследования позволили выявить некоторые особенности строения исследуемых объектов.

Первый объект – уролит («Индия-1») – сферической формы, размером около 55 мм в диаметре (см. рисунок 1,а).

 

Рис. 1 – Уролит «Индия-1»: а – общий вид;  б – структура

Поверхность уролита «Индия-1» представлена многочисленными почковидными (микросферолитовыми) образованиями, очень плотная. На сколе уролита по его поверхности отмечена плотная оторочка (см. рисунок 1, б), размер которой составляет около 1 мм. В структуре уролита чётко прослеживается ритмическая зональность. Структура центральной части мочевого камня пористая.

Рис. 2 – Шлиф уролита «Индия-1»: а – поперечный срез; б – пористое строение; в – кристаллы мочевой кислоты в центре уролита

 

Центр уролита представлен сгустком органики  (см. рисунок 2,а). Минеральная часть мочевого камня  сложена кристаллическим веществом, относящимся к классу уратов. В поперечном срезе мочевого камня чередование зон представляет ритмическую (повторяющуюся) зональность. В шлифе (см. рисунок 2,б) выявлена пористая структура  уролита; по периферии наблюдается чёткая ритмическая зональность. Кристаллы мочевой кислоты погружены в органику (см. рисунок 2,в).

Химический и минеральный состав исследуемого уролита: C₅H₄N₄O₃∙2H₂O – дигидрат мочевой кислоты, а также C₅H₄N₄O₃ – мочевая кислота.

Второй объект – (множественные уролиты «Индия-2») – представлен несколькими индивидами размером от 8 мм до 25 мм в поперечнике (см. рисунок 3,а). Более детально изучен больший из уролитов «Индия-2» (размером 20 мм в поперечнике). В центральной части шлифа (см. рисунок 3,б) наблюдается ядро в виде сгустка органики.

Рис. 3 – Уролиты «Индия–2»: а – множественные уролиты из одной почки; б – шлиф уролита «Индия–2»

 

Цвет уролитов интенсивный чёрный, поверхность скорлуповатая, в виде почковидных (микросферолитовых) образований, очень плотная.

Вокруг ядра располагаются зоны, представленные чередованием зон минерального вещества и мелких слоёв органики. Минеральная часть уролита состоит из кристаллического вещества, относящегося к классу фосфатов.

Структура уролита очень плотная, компактная, без промежутков между зонами. Химический и минеральный состав уролитов: Ca₅(PO₄,CO₃)₃(OH) – сложный карбонат фосфата (карбонат-апатит); Сa₃(PO₄)₂ – витлокит; NH₄MgPO₄∙6H₂O – струвит.

Уролиты из Томской области (Россия)

Изучение мочевых камней проведено в Отделении геологии Инженерной школы природных ресурсов (ИШПР) Национального исследовательского Томского политехнического университета (НИ ТПУ). В этой работе участвовали также сотрудники кафедры урологии Сибирского государственного медицинского университета (г. Томск).

Исследователями изучена морфология и структура большого количества (около 1000) уролитов.  Результаты исследований изложены в ряде статей [17], [18]. Многолетнее изучение мочевых камней 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.

На первом этапе изучались внешние макроскопические признаки уролитов (цвет, форма, размер). Исследование морфологии и минерального состава уролитов выполнялось с применением микроскопов (бинокулярный МБС-10 и тринокулярный MC300 TFP).

На втором этапе определялся минеральный состав уролитов. Методы поляризационно-оптической микроскопии весьма эффективны при изучения тонких срезов уролитов (шлифов) на поляризационном микроскопе «Полам» Л213М.

В результате изучения морфологии уролитов выделены следующие их типы.

Для уролитов первого типа характерна друзовидная морфология поверхности (см. рисунок 4,а), представленная сростками кристаллов (размерами от микроскопических до 2–3 мм).

 

Рис. 4 – Морфология уролитов: а – друзовидная; б – сферолитовая; в – комбинированная; г –  коралловидная

 

Ко второму типу уролитов отнесены агрегаты со сферолитовой (см. рисунок 4,б) морфологией поверхности. Они представлены скоплениями агрегатов в виде микросферолитов, плотно прилегающих друг к другу. Отдельные сферолиты достигают в поперечнике от нескольких микрометров до десятых долей миллиметра.

Для третьего типа уролитов характерно сочетание признаков морфологии уролитов первых двух типов (см. рисунок 4,в). Такой тип морфологии назван комбинированным.

Четвёртый тип морфологии уролитов представлен разветвлёнными

(коралловидными)  разнонаправленными отростками (см. рисунок 4,г).

Минеральный состав и морфология индивидов, сформировавших каждый отдельный агрегат, весьма разнообразны. В строении большинства уролитов наблюдается кристаллически-зернистая структура (см. рисунок 5,а); нередко встречаются дендритовидные образования (см. рисунок 5,б).

Рис. 5 – Структура уролитов: кристаллически-зернистая (а), дендритовидная (б)

 

В строении уролитов встречаются следующие виды зональности: комбинированная (см. рисунок 6,а), ритмически-зональная (см. рисунок 6, б,в,г).

Рис. 6 – Виды зональности зональности уролитов: комбинированная (а), ритмически-зональная (б, в, г)

  Заключение

1. Минеральная часть первого уролита («Индия-1») представлена мочекислыми соединениями: кристаллическая мочевая кислота и её дигидрат. В поперечном срезе уролитов наблюдается ритмическая зональность.
2. Минеральная часть второго уролита («Индия-2») состоит из фосфатов: сложный карбонат (карбонат-апатит), витлокит, струвит. Зоны минерального и органического веществ также образуют ритмическую зональность. Структура уролитов плотная, компактная.
3. Уролиты индийских пациентов аналогичны уролитам из Сибирского региона. Отмечено единственное отличие – уролиты группы «Индия–2» имеют более интенсивный тёмный цвет, обусловленный повышенным содержанием органического вещества. 

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Шадеркина В.А. Мочекаменная болезнь в мире [Электронный ресурс] / Шадеркина В.А., Болотова Е.В. URL: news/mochekamennaya-bolezn-v-mire. (дата обращения:18.12.2019)
2. Полиенко А.К. Особенности морфологии и структуры уролитов / Полиенко А.К. // Урология –2019. – № 2. – С. 21-25
3. Полиенко А.К. Онтогения уролитов / Полиенко А.К., Шубин Г.В., Ермолаев В.А. – Томск: РИО «Пресс-Интеграл» ЦПК ЖК – 1997. – 128 с.
4. Волков В.Т. Биоминерализация в организме человека и животных / Волков В.Т., Волкова Н.Н., Смирнов Г.В. и др. – Томск – «Тандем-Арт» – 2004. – 498 с.
5. Полиенко А.К. Основы кристаллографии и минералогии для урологов: монография / Полиенко А.К., Бакиров А.Г. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 108 с.
6. Кораго А.А. Введение в биоминералогию / Кораго А.А. – СПб.: Недра, 1992. – 280 с.
7. Зузук Ф.В. Минералогия уролитов: монография, в 3-х т. Т. 1: Распространение мочекаменной болезни среди населения мира (на укр. языке) / Зузук Ф.В. Луцк: «Вежа» Волынского гос. ун-та, 2002. – 408 с.
8. Полиенко А.К. Взаимосвязь органических и неорганических веществ при формировании мочевых камней / Полиенко А.К., Бощенко В.С., Севостьянова О.А. // Бюллетень сибирской медицины – 2012. – Т. 11. – № 2. – С. 52–58.
9. Полиенко А.К. Исследование мочевых камней и влияние водного фактора на их формирование в организме человека / Полиенко А.К., Дутова Е.М. // Продолжение 4-го корейско-российского Международного симпозиума науки и техники. Часть l. 27 июня-июль, 2000.– С. 278-283.
10. Сребродольский Б.И. Биологическая минералогия. – Киев: Наукова думка –1983. – 102 с.
11. Юшкин Н.П. Биоминеральные взаимодействия. От биоминералогии к витаминералогии / Юшкин Н.П. // Минералогия и жизнь: биоминеральные взаимодействия – Матер. II междунар. Семинара – Сыктывкар – 1996. – С. 7.
12. Каткова В.И. Эпигенетическая кристаллизация в уролитах / Каткова В.И., Ракин В.И. // Органическая минералогия: Матер. IV Российского совещания с междунар. участием. Черноголовка: ИПХФ РАН – 2013. – С. 11–13.
13. Мак-Коннелл В. Биоминералогия фосфатов и физиологическая минерализация. Фосфаты в окружающей среде / Мак-Коннелл В. // М.: Мир – 1977. – С. 462-481.
14. Лоуэнштам Х.А. Минералы, формируемые организмами / Лоуэнштам Х.А. // Наука: – 1981. – № 211 (4487). – С. 1126–1131.
15. Лоуэнштам Х.А. О биоминерализации / Лоуэнштам Х.А., Вайнер Ш. – Нью-Йорк – Изд-во Оксфордского ун-та – – 324 с.
16. Бекерманн С. Эволюция микроструктуры при равноосном дендритном росте / Бекерманн С., Ли К., Тонг Х. // Наука и техника передовых материалов – 2001. – 117–126.
17. Полиенко А.К. Симбиоз живого и косного вещества в уролитах / Полиенко А.К., Севостьянова О.А., Орлов А.А. // Известия Томского политехнического университета – Томск – 2010. – Т. 317. – № 1. – С. 10–15.
18. Полиенко А.К. Взаимосвязь органических и неорганических веществ при формировании мочевых камней / Полиенко А.К., Бощенко В.С., Севостьянова О.А. // Бюллетень сибирской медицины – 2012. – Т. 11. – № 2. – C. 52–58

Список литературы на английском языке / References in English

1. Shaderkina V.A. Mochekamennaya bolezn' v mire [Urolithiasis around the world] [Electronic resource] / Shaderkina V.A., Bolotova E.V. URL: news/mochekamennaya-bolezn-v-mire (accessed:18.12.2019) [in Russian]
2. Polienko A.K. Osobennosti morfologii i struktury urolitov [Features of morphology and structure of uroliths] / Polienko A.K.// Urologiya [Urology] –2019. – No. 2. – P. 21-25 [in Russian]
3. Polienko A.K. Ontogeniya urolitov [Ontogeny of uroliths] / Polienko A.K., Shubin G.V., Ermolaev V.A. – Tomsk: RIO "Press-Integral" CPK ZhK – 1997. – 128 p. [in Russian]
4. Volkov V.T. Biomineralizatsiya v organizme cheloveka i zhivotnykh [Biomineralization in humans and animals] / Volkov V.T., Volkova N.N., Smirnov G.V. et al. – Tomsk – “Tandem Art” – 2004. – 498 p. [in Russian]
5. Polienko A.K. Osnovy kristallografii i mineralogii dlya urologov: monografiya [Fundamentals of crystallography and mineralogy for urologists: a monograph] / Polienko A.K., Bakirov A.G. – Tomsk: Publishing House of Tomsk Polytechnic University, 2008. – 108 p. [in Russian]
6. Corago A.A. Vvedeniye v biomineralogiyu [Introduction to biomineralogy] / Corago A.A. – St. Petersburg: Nedra, 1992. – 280 p. [in Russian]
7. Zuzuk F.V. Mineralogiya urolitov: monografiya, v 3-kh t. T. 1: Rasprostraneniye mochekamennoy bolezni sredi naseleniya mira [Mineralogy of Uroliths: monograph, in 3 vol. V.1: The spread of urolithiasis among the world's population] / Zuzuk F.V. Lutsk: "Vezha", Volyn state University, 2002. – 408 p. [in Ukrainian]
8. Polienko A.K. Vzaimosvyaz' organicheskikh i neorganicheskikh veshchestv pri formirovanii mochevykh kamney [Relationship of organic and inorganic substances in formation of urinary stones] / Polienko A.K., Boshchenko V.S., Sevostyanova O.A. // Byulleten' sibirskoy meditsiny [Bulletin of Siberian medicine] – 2012. – V. 11. – No. 2. – P. 52–58. [in Russian]
9. Polienko A.K. Issledovaniye mochevykh kamney i vliyaniye vodnogo faktora na ikh formirovaniye v organizme cheloveka [Study of urinary stones and influence of water factor on their formation in human body] / Polienko A.K., Dutova E.M. // Prodolzheniye 4-go koreysko-rossiyskogo Mezhdunarodnogo simpoziuma nauki i tekhniki. [Continuation of the 4^th Korean-Russian International Symposium of Science and Technology]. – Part l. – June 27-July, 2000. – P. 278-283. [in Russian]
10. Srebrodolsky B.I. Biologicheskaya mineralogiya [Biological mineralogy] / Srebrodolsky B.I. – Kiev: Naukova Dumka –1983. – 102 p. [in Russian]
11. Yushkin N.P. Biomineral'nyye vzaimodeystviya. Ot biomineralogii k vitamineralogii [Biomineral interactions. From Biomineralogy to Vitaminerogy] / Yushkin N.P. // Mineralogiya i zhizn': biomineral'nyye vzaimodeystviya [Mineralogy and Life: Biomineral Interactions] – Materials of II international Seminar – Syktyvkar – 1996. – P. 7. [in Russian]
12. Katkova V.I. Epigeneticheskaya kristallizatsiya v urolitakh [Epigenetic crystallization in uroliths] / Katkova V.I., Rakin V.I. // Organicheskaya mineralogiya: Mater. IV Rossiyskogo soveshchaniya s mezhdunar. uchastiyem. Chernogolovka: IPKHF RAN [Organic Mineralogy: Mater. IV Russian meeting with int. participation. Chernogolovka: IPCP RAS] – 2013. – P. 11–13. [in Russian]
13. McConnell V. Biomineralogiya fosfatov i fiziologicheskaya mineralizatsiya. Fosfaty v okruzhayushchey srede [Biomineralogy of phosphates and physiological mineralization. Phosphates in environment] / McConnell V. // M.: Mir – 1977. – P. 462-481. [in Russian]
14. Lowenstam H.A. Mineraly, formiruyemyye organizmami [Minerals formed by organisms] / Lowenstam H.A. // Nauka [Science]: – 1981. – No. 211 (4487). – P. 1126–1131. [in Russian]
15. Lowenstam H.A. [About biomineralization] / Lowenstam H.A., Weiner S. - New York - Oxford University Press – 1989. – 324 p. [in Russian]
16. Beckermann S. Evolyutsiya mikrostruktury pri ravnoosnom dendritnom roste [Evolution of microstructure with equiaxed dendritic growth] / Beckermann S., Lee K., Tong H. // Nauka i tekhnika peredovykh materialov [Science and Technology of Advanced Materials] – 2001. – P. 117–126. [in Russian]
17. Polienko A.K. Simbioz zhivogo i kosnogo veshchestva v urolitakh [Symbiosis of living and inert matter in uroliths] / Polienko A.K., Sevostyanova O.A., Orlov A.A. // Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Tomsk Polytechnic University] – Tomsk – 2010. – V. 317. – No. 1. – P. 10-15. [in Russian]
18. Polienko A.K. Vzaimosvyaz' organicheskikh i neorganicheskikh veshchestv pri formirovanii mochevykh kamney [Relationship of organic and inorganic substances in formation of urinary stones] / Polienko A.K., Boshchenko V.S., Sevostyanova O.A.// Byulleten' sibirskoy meditsiny [Bulletin of Siberian medicine] – 2012. – V. 11. – No. 2. – P. 52–58 [in Russian]