Структура, минеральный и химический состав мочевых камней

А.Ю. ЧИГЛИНЦЕВ, Э.В. СОКОЛ, Д.Ю. НОХРИН

СТРУКТУРА, МИНЕРАЛЬНЫЙ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ

УДК 616.6-003.7 ББК 56.9 Ч 58 А.Ю. Чиглинцев Структура, минеральный и химический состав мочевых камней / А.Ю. Чиглинцев, Э.В. Сокол, Д.Ю. Нохрин. – Челябинск, 2010. 160 с.

ISBN 978-5-903618-35-4

Монография содержит современные сведения о зарождении, рос те и развитии мочевых камней с позиций основ минералогии. Подробно описан макрои микроэлементный состав конкрементов, который анализируется исходя из типа камнеобразования, влияния геохимической и техногенной среды. Уделено внимание поведению мочевых камней при процессах внешнего лечебного разрушения. Монография предназначена для урологов, нефрологов, врачей общей практики и студентов старших курсов медицинских академий.

Рецензент: Н.К. Дзеранов, руководитель центра литотрипсии МЗ РФ, проф.

ISBN 978-5-903618-35-4

© Чиглинцев А.Ю., 2010

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие (Лопаткин Н.А.) ................................................................... 5 Введение (Чиглинцев А.Ю.)......................................................................... 7 Глава I. Общие представления о кристаллизационных процессах, морфологии минералов и минеральных агрегатах (Сокол Э.В.)................................................................ 13 1.1. Базовые кристалломорфологические понятия......................... 13 1.2. Зарождение, рост и растворение кристалла ............................ 17 1.3. Связь между механизмами роста и морфологией кристаллов............................................................................ 21 1.4. Строение и условия образования сферолитов ......................... 27 1.5. Почка как кристаллизационная система ................................. 30 Глава II. Характеристика больных и методы изучения мочевых камней (Чиглинцев А.Ю., СоколЭ.В., Нохрин Д.Ю.)...... 38 2.1. Общая характерис тика больных ............................................ 38 2.2. Методы изучения конкрементов ............................................ 41 2.3. Методы статистической обработки ........................................ 46 Глава III. Общая характеристика геотехносферы Челябинской области (Сокол Э.В., Нохрин Д.Ю.) ..................... 47 3.1. Рельеф ................................................................................. 47 3.2. Геологическое строение региона ........................................... 48 3.3. Водные ресурсы................................................................... 51 3.4. Климат, природные зоны и почвы ......................................... 53 3.5. Растительность и природные биогеохимические провинции ........................................................................... 55 3.6. Техносфера и экологическое районирование ......................... 56 3.7. Санологическая характеристика мочекаменной болезни в регионе.............................................................................. 59 Глава IV. Главные минералогические типы мочевых камней: фазовый состав, внутренняя анатомия, химический состав индивидуальных фаз (Сокол Э.В.)............ 62

3

4.1. Морфологические особенности главных типов мочевых камней.................................................................................. 62 4.2. Особенности химического состава минералов мочевых камней.................................................................................. 80 Глава V. Сферолиты CaC2 O4 · H2 O в мочевых камнях: морфология, условия образования и поведение при лечебной дезинтеграции (Сокол Э.В., Чиглинцев А.Ю.)...... 91 5.1. Сферолитовые агрегаты CaC2 O4 · H2 O.................................... 92 5.2. Поведение сферолитовых конкрементов СаС2 О4 ⋅ Н2 О при лечебной дезинтеграции ................................................. 95 Глава VI. Микроэлементная специфика уролитов ............................... 104 6.1. Биотрансформация микроэлементов в организме (Чиглинцев А.Ю.) ................................................................ 104 6.2. Кумуляция и распределение микроэлементов в почках (Чиглинцев А.Ю.) ................................................................ 109 6.3. Микроэлементы в мочевых камнях жителей Южного Урала (Сокол Э.В.) ................................................ 113 6.4. Зависимость спектра микроэлементов от минерального состава мочевых камней (Сокол Э.В., Нохрин Д.Ю.)............. 124 6.5. Участие микроэлементных составляющих естественного геохимического фона и техногенных процессов региона в специфичности микроэлементного состава мочевых камней (Сокол Э.В., Нохрин Д.Ю.)............. 132 Заключение (Чиглинцев А.Ю.) ................................................................ 137 Литература ............................................................................................ 141

4

ПРЕДИСЛОВИЕ Мочекаменная болезнь является одним из самых распространенных урологических заболеваний с рецидивным течением, влекущим развитие воспалительных и склеротических осложнений в почке и паранефральной клетчатке. Археологические находки свидетельствуют о наличии у человека мочевых камней уже в медном веке. Наиболее интенсивное их изучение происходило в первой половине XX столетия. Исследования выполнялись силами урологической общественности по традиционному плану определения минерального, химического состава и в редких случаях структуры. Интерес к этой проблеме в научной минералогической среде не отмечен. Триумф технологических достижений совершенствования оперативной техники, расширения возможностей консервативного лечения уролитиаза, произошедший во второй половине столетия, являются оправданным поводом для того, чтобы вновь и более детально обратиться к рассмотрению вопроса появления, формирования и химического состава мочевых камней, обусловливающие их структуру и поведение при лечебном разрушении. За последние 50 лет в отечественной урологической литературе фактически не появилось ни одного сколько-нибудь полного исследования, посвященного мочевым камням. Вероятно, пришло время для обобщения огромного материала, полученного многими исследователями по проблеме находящейся в междисциплинарном пространстве, выявлении общих и частных закономерностей. При изучении этой проблемы исследователей подстерегают многочисленные трудности. Само название и сущность патологии аспект теоретических и прикладных задач урологии. Но «продукт» этого болезненного состояния - конкремент, безусловно, лежит вне пределов компетенции медицинских знаний. А между тем, знание законов онтогенеза мочевых камней, является форпостом в лечебных и тем более в профилактических мероприятиях. В основу монографии положено изучение более 400 камней и это придает монографии фундаментальный характер. Одна из главных заслуг авторов состоит в том, что, на первый взгляд, при очевидной противоположности объектов минерального мира неживой природы и мочевых камней, развивающихся в человеческом организме, примененные методологические подходы и доказательные аналогии, убеждают о наличии общих законов раз5

вития. И это дает возможность избежать неопределенности в трактовке онтогенетических механизмов позволяет более глубоко и поновому видеть патогенез материальных свидетельств заболевания. Другой несомненной заслугой авторов является то, что изложению основной части монографии, посвященной мочевым камням, предваряет глава базовых кристалломорфологических понятий, позволяющая наиболее полно и в тоже время просто представить сложные механизмы зарождения минералов. Авторами приведены объемные, доказательно иллюстрированные результаты исследования, на основании чего предложена оригинальная классификация мочевых камней, позволяющая ориентировать не только на качественный, но и на количественный их состав. Привлечение современных, и уникальных, методов исследования при получении данных о микроэлементном составе конкрементов, позволяют авторам объективно характеризовать главные особенности концентрирования микроэлементов в мочевых камнях. Глубокий статистический анализ убедят каждого в обоснованности сделанных выводов. В ограниченной по объему монографии сконцентрирован и изложен большой круг вопросов, связанных с камнями мочевыводящей системы, любой из ее разделов принципиально исчерпывает вопрос. Монография является полезным и ценным трудом для врачей любого профиля, но особенно для урологов, в ней найдутся ответы на интересующие их вопросы. Академик РАМН, проф. Н.А. Лопаткин

6

«… Его неустанно занимала мысль о единстве живой и так называемой неживой природы; по его мнению, мы впадали в грех перед последней, проводя слишком строгую границу между обоими, тогда как на самом деле эта граница не так уж прочна и, собственно, нет такой элементарной функции, каковой обладает явление живой природы, которую биолог не обнаружил бы, наблюдая мертвую.» Томас Манн. Доктор Фаустус.

ВВЕДЕНИЕ Не вызывает сомнений факт, что жизнь на Земле – результат эволюции неживой природы. Но если мы говорим, что все живое – от живого, каждая клетка – от клетки [Virchov, 1858], это не значит, что жизнь обрела свою независимость, вырвалась из всего многообразия ее внешних связей. И.М. Сеченов (1871) считал, что в научное определение жизни необходимо включать и внешнюю среду: «Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен, поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него». Минералы можно рассматривать как своеобразные элементарные единицы динамических процессов, происходящих как в глубинах, так и на поверхности земли. Человеческий организм является «открытой» системой в геологическом понимании [Skinner, 2000], В.Н. Вернадский (1978) подчеркивал, что организм человека является неотъемлемой частью земной коры, через который проходят в течение жизненного цикла все химические элементы. Частным, но наиболее ярким проявлением этого процесса является способность человеческого организма к минерализации. Минералы биогенного происхождения являются неотъемлемыми элементами строения многих живых организмов. Наряду с генетически предопределенными образованиями, такими как кости, зубы, скорлупа яиц, раковины и т.п., широко распространены патогенные минералы. К их числу относятся, в частности, мочевые, желчные камни, конкременты в слюнных железах, предстательной железе, кальцификация сердечных клапанов, кровеносных сосудов, 7

суставных и легочных тканей. Патогенные минералы возникают как «отклик» биологической системы на нарушение основных физико-химических параметров ее функционирования [Кадыров и др., 2006; Santin et al., 1998]. В результате в организме создаются необходимые предпосылки для реализации кристаллизационных явлений и появления их продуктов – биоминераллов. Мочекаменная болезнь (МКБ) характеризуется формированием и прогрессирующим ростом патогенных минеральных образований – мочевых камней в полостной системе почек, возможной их миграцией по мочевым путям, что приводит к гемо- и уродинамическим нарушениям, возникновению и прогрессированию воспалительных, склеротических осложнений, вызывающие анатомические и функциональные изменения почек, верхних мочевых путей. В структуре урологических заболеваний МКБ составляет от 33,9% до 38,5% [Лопаткин и др., 2002; Яненко, 2003]. В мире уролитиаз встречается у 4,5 – 12% населения [Nikkila et al., 1998]. В России распространенность составляет в среднем 38,2% случаев в популяции населения [Дзеранов, 2005]. Абсолютное число зарегистрированных больных мочекаменной болезнью в РФ увеличилось в 2006г. до 687.457 по сравнению с 2002г. – 629.453 [Аполихин и др. 2008]. Продолжающийся рост заболеваемости дает основание рассматривать её как одну из «болезней цивилизации» [Pearl et al., 2005]. При этом чаще всего страдают лица в возрасте от 25 до 50 лет [Begun et al., 1997]. Проблема, несмотря на огромное количество клинических наблюдений, и экспериментальных исследований, не решена. Материальные свидетельства наличия у человечества мочекаменной болезни находили в мумифицированных останках, в письменных источниках на протяжении многих тысячелетий имелись данные симптоматологии заболевания и приемы его лечения. Первые систематические медицинские исследования уролитиаза как заболевания не только почек, а всего организма, относятся к первой половине XIX века [Грум-Гржимайло, 1834]. Эскалация изучения проблемы сохраняется до настоящего времени. Признанной классификацией мочевых камней является подразделение их по анионному радикалу соответствующих кислот на оксалаты и фосфаты. Также выделяют в самостоятельный класс мочекислые камни, сложенные кристаллической мочевой кислотой. Эпидемиологический анализ коллекций мочевых камней впервые 8

появляется со второй половины ХIХ века. С указанного периода до начала первой мировой войны в коллекциях Европы (Россия, Германия) и Северной Америки преобладали мочекислые камни – 61,3%, оксалаты составляли всего 8,0% [Проскурин, 1910]. В камнях, собранных в Европе после первой мировой войны ведущую роль играли оксалаты – 63,4%, мочекислые камни занимали подчиненное положение – 15,3% [Jensen, 1941]. За аналогичный период в Северной Америке [Prien, 1949] и Австралии [Wardlaw, 1952] камни верхних мочевых путей также характеризовались преобладанием оксалатов, соответственно 66,6 и 64,8%. В странах Азии в это время заболевание имело небольшое распространение [Мир-Касимов, 1928]. В отношении фосфатов отмечалась их достаточно монотонная встречаемость в мире – от 7,3 до 30,3%. Уролитиаз второй половины ХХ века повсеместно характеризовался преимущественной встречаемостью оксалатов – от 58,2% до 87,7% и низким уровнем мочекислых камней – от 1,3% до 17,6% [Пальчик и др., 1998; Laing et al., 1991; Kontoyannis et al., 1997]. Обычно мочевой камень классифицируют и относят к определенному типу по преобладающему минеральному компоненту (соединению), количество которого превышает 50%. Мономинеральными в урологии принято считать камни, в составе которых одна из кристаллических фаз составляет более 95% [Зубарев, 2001] Основная масса мочевых камней имеет смешанный состав, причем оксалаты кальция встречаются в 63-67% камней, а различные фосфатные соединения – в 59-67%. Мономинеральные конкременты обнаруживаются редко и преимущественно представлены мочекислыми камнями. В современных условиях лидирующая позиция принадлежит оксалатному уролитиазу. Это проявляется, прежде всего, в широком распространении оксалатов кальция в составе смешанных конкрементов. Количество фосфатов в конкрементах сложного состава варьирует от 6,9% до 59,4%, а количество собственно кристаллической мочевой кислоты и, значительно реже, её солей – от 5% до 50% [Яненко и др., 2003; Skinner, 2000]. В виду того, что в большинстве случаев мочевые камни являются не моно-, а полиминеральными агрегатами, для их корректной систематики и адекватной характеристики типа уролитиаза необходим учет всех кристаллических составляющих. На сегодняшний день такая классификация отсутствует. 9

Изучение мочевых камней с использованием арсенала методов минералогического анализа было начато в начале ХХ века с весового химического анализа и титрометрии, а качественное определение химического состава выполнено с применением паяльной трубки. В 1922г. Г. Накано [Nakano], а в 1923г. Л. Кайзер [Keyser], сделав тонкие срезы мочевых камней и изучив их шлифы поляризованном свете по классической методике петрографического анализа, описали цистин и кристаллы водных оксалатов кальция. В 1929г. Г. Хаммерстен [Hammersten], основываясь на различиях оптических константах соединений СаС2 О4 · Н2 О и СаС2 О4 · 2Н2 О, обосновала присутствие в камнях двух различных форм водных оксалатов кальция. Сразу вслед за оптическими способами в практику исследований был введен метод рентгенофазового анализа [Saupe, 1931]. В последующем конкременты изучались как любые другие минеральные агрегаты с привлечением классических минералогических методов: кристаллографического [Lonsdale, 1968; Боржиевский и др., 1979]; петрографического [Колпаков, 1965]; инфракрасной спектроскопией [Козловский и др., 1976] и различного их сочетания [Тарасов, 1978; Тыналиев, 1990]. На этом этапе был в основном охарактеризован минералогический состав мочевых камней. Однако, до настоящего времени, генезис сложных и неоднородных уролитов остается спорным. До настоящего времени, с сожалением приходится констатировать, что особенности образования мочевых камней остаются исключительно в сфере интересов и инициативы урологии, где многочисленные разрозненные исследования не объединены общим методологическим подходом. Такая ситуация создалась по вполне определенным причинам. Гигантский прогресс в конце ХХ века в технологии малоинвазивных методов удаления конкрементов, заставил урологическую науку вновь обратить внимание на структуру мочевых камней, а тем самым на особенности фракционирования макроэлементов в системе жидкость – твердая фаза, контролирующие ростовые процессы конкрементов. Но, видимо, пренебрежительное отношение минералогов к познавательным сторонам медицины и эта на их взгляд «излишняя или, по крайней мере, третьестепенная работа» не позволили развиться тенденции методологического замыкания в рамках интересов урологии. Вышесказанное можно целиком отнести и к элементам – примесям в мочевых камнях. В большинстве известных авторам работ 10

была выполнена только полуколичественная оценка содержания различных групп микроэлементов в валовых пробах мочевых камней. Экспериментально установлено, что некоторые микроэлементы имеют значение в развитии нефролитиаза [Саакашвили, 1976], а также связаны с геохимической спецификой почв, питьевой воды регионов проживания больных МКБ [Козловский, 1976]. Наличие обстоятельных исследований Н.И. Тарасова (1978) и М.Т. Тыналиева (1990), выполненных на материале уролитов коренных жителей и мигрантов геохимически контрастных регионов Туркмении и Киргизии, позволяет сделать заключение о том, что микроэлементы, типичные для этих провинций, достоверно фиксируются в составе мочевых камней их обитателей. Это открывает перспективы детального изучения спектра микроэлементов, заимствованных из среды обитания человека, и выявления тенденций, основных факторов и особенностей, контролирующих процесс их накопления различными составляющими мочевых камней. Это исследование было проведено на примере больных МКБ, проживавших на геохимически неоднородной территории Челябинской области. К. Лонсдейл [Lonsdale] (1968) было указано на достоверно установленную региональную изменчивость в распределении типов камнеобразования. На основании собранных литературных данных о заболеваемости уролитиазом в мире и в России доказан его эндемичный характер [Пытель и др., 1966; Н.П. Ненашева с соавт., 1998]. Авторы отмечали, что одним из районов распространения уролитиаза является Уральский регион, куда входит Челябинская область, и где изучение нозологии до настоящего времени не проводилось. Изложенное с очевидностью свидетельствует об исключительной актуальности проблемы, каковой является мочекаменная болезнь, приобретающий особое значение для тех регионов, где она носит характер одной из краевых патологий. В связи с этим нами была изучена структура и морфология мочевых камней; их развитие и поведение при изменяющихся химических параметрах мочи; определен и сопоставлен микроэлементный состав доминирующих типов конкрементов; проведена типизация камней, на новой классификационной основе, учитывающей количественные соотношения всех значимых (диагностированных) минеральных фаз, адаптированной к потребностям практической урологии. 11

Благодарности. Авторы благодарны нашим коллегам и соавторам статейных публикаций к.г. – м.н. Е.Н. Нигматулиной, Н.В. Максимовой, А.В. Дарьину (Институт геологии и минералогии им. академика В.С. Соболева, СО РАН, г. Новосибирск), К.В. Золотареву (Институт ядерной физики СО РАН, г. Новосибирск) за многолетнее плодотворное сотрудничество в области изучения минералогии и микрохимии конкрементов. Мы искренне признательны сотрудникам аналитических лабораторий Института геологии и минералогии СО РАН: В.Н. Столповской, В.С. Павлюченко, С.Н. Федоровой, С.В. Летову; Я.Л. Лукьянову (Институт гидродинамики СО РАН, г. Новосибирск), Д.Р. Борисову (Институт геологии и геохимии им. акад. А.Н. Заварицкого УрО РАН, г. Екатеринбург), Н.В. Паршиной (Институт минералогии УрО РАН, г. Миасс); Р.Ф. Першиной, В.Ф. Яворской и В.Н. Маслову (Научно-исследовательский институт металлургии, г. Челябинск). Авторы выражают искреннюю признательность коллективу экспериментальной станции (РФА) Сибирского центра синхротронного излучения (Институт Ядерной Физики СО РАН, Новосибирск) за предоставленный режим наибольшего благоприятствования при анализе микроэлементного состава конкрементов. При написании главы I использованы материалы и консультации доцента НГУ (г. Новосибирск) к.г.-м.н. С.З. Смирнова. Геологический очерк (глава III) написан при участии к.г.-м.н. Е.В. Белогуб (Институт минералогии УрО РАН, г. Миасс) и д.г.-м.н. И.С. Новикова (ИГМ СО РАН, г. Новосибирск). Всем им авторы выражают свою искреннюю благодарность. Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 01-05-96416, 02-05-64756; 04-05-96071_урал) и Интеграционных проектов между УрО РАН и СО РАН (проекты № 6.3 и 208).

12

Глава I ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫХ ПРОЦЕССАХ, МОРФОЛОГИИ МИНЕРАЛОВ И МИНЕРАЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ К настоящему времени рост кристаллов является досконально изученной в практическом и теоретическом аспекте областью, расположенной на стыке таких дисциплин, как физика, химия, минералогия и кристаллография. Накопленная информация позволяет по внешней форме и особенностям внутреннего строения минералов и минеральных агрегатов реконструировать условия их возникновения и особенности ростовых процессов. Богатый кристаллогенетический материал и опыт, полученный при изучении неорганических соединений [Чернов, 1971; Попов и др., 1972; Козлова, 1980; Пунин, 1981; Краснова и др., 1997], может быть эффективно использован в биологии и медицине. Он позволяет рассмотреть механизмы минерального синтеза в процессах патогенного биокосного происхождения, основанные на природных аналогах. Изучение мочевых камней может быть наиболее полным только с привлечением минералогических знаний [Полиенко, 1986] и системного анализа, как наиболее адекватного и основного методологического подхода. Системный анализ [Bertalanffy, 1967] заключается в рассмотрении объектов, процессов, представляющих собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, как единого целого. Основной акцент в системном исследовании делается на выявлении многообразия связей и отношений, имеющих место как внутри исследуемого объекта, так и в его взаимоотношениях с внешним окружением, средой. 1.1. Базовые кристалломорфологические понятия Прежде чем обратиться к описанию мочевых камней, кратко рассмотрим понятия минерального индивида, агрегата, идеального и реального кристаллов, а также дадим общие представления о процессах, контролирующих их зарождение, рост и растворение. Минеральный индивид – исходное понятие минералогии, означающее составные части минеральных агрегатов (отдельные кри13

сталлы, зерна и сферические или близкие к ним выделения минералов), отделенные друг от друга физическими поверхностями раздела и представляющие собой форму нахождения минеральных видов в природе. Индивид – устойчивая для данных условий форма существования минерального вида, обладающая в силу своей внутренней определенности при идеальном развитии в свободных условиях всеми признаками правильных геометрических фигур, свойственных кристаллическим телам, прежде всего, элементами симметрии [Григорьев и др., 1975]. Частным случаем минерального индивида является кристалл. Кристалл (рис. 1.1) [от греч. krystallos, первонач. – лед (рис. 1.2)] – периодически упорядоченная система атомов, ионов или молекул, организованных в ряды и плоские сетки, чередующиеся с определенным периодом (рис. 1.3). В русском языке это слово трансформировалось, приобретя две созвучные формы – «кристалл» – возникшее естественным путем многогранное тело, и «хрусталь» – прозрачный бесцветный кварц («горный хрусталь»), а также особый сорт стекла. Позднее этот термин был распространен на все тела с природной многогранной формой. В настоящее время к кристаллам относят все твердые образования с закономерным внутренним строением [Шафрановский, 1960]. Понятие кристалла пронизывает весь мир неорганических и, как установлено в последние десятилетия, огромного количества органических соединений. Минеральные агрегаты – это срастания минеральных индивидов одного и того же или разных минералов, они могут быть одно- или многоэтапными. На уровне организации минерального вещества это понятие следует за понятием «индивид». Принципиальным отличием минеральных агрегатов от минеральных индивидов является отсутствие у них чётких признаков симметричных фигур. Структура минерального агрегата – это характеристика его объемного строения, обусловленная формой, размерами и способом соединения слагающих его минеральных индивидов (одно из базовых понятий, используемое при описании и изучении минеральных агрегатов). Форма выделений минерала определяется, с одной стороны, составом и структурой данного химического соединения, т.е. его кристаллохимическими особенностями, с другой, средой, в которой этот минерал образуется. Большое значение при этом имеет симметрия 14

среды [Шафрановский, 1960], ее состав и физические свойства, возможность возникновения пересыщений, которые в значительной мере контролируют появление тех или иных граней. Таким образом, взаимодействие минерал – среда создает определенный морфологический тип индивида. Кристаллическая структура реального минерального индивида может приближаться к идеальной (например, плоскогранный или скелетный кристаллы), или обладать значительными нарушениями и искажениями (мозаичный кристалл, блочный кристалл, дендрит, сферокристалл). Индивиды в агрегате могут быть ориентированы друг относительно друга определенным образом. В этом случае, в зависимости от морфологии индивидов, говорят о сланцеватых, параллельношестоватых и т.п. агрегатах. Однако гораздо чаще индивиды в агрегате сочленяются незакономерно. Наиболее известный пример агрегатов такого рода – друза.

Рис. 1.1. Фотограмма. Плоскогранный кристалл природного алмаза. 15

Рис. 1.2. Фотограммы и схема. Скелетные кристаллы льда и схема основных крис таллографических элементов скелетного индивида [Коллаж С.З. Смирнова (НГУ, г. Новосибирск)].

Рис. 1.3. Схема. Графическое изображение структуры графита (С гекс.) [http://www.nanometer.ru/]. 16

Друза – это минеральный агрегат (природное сообщество минеральных индивидов, возникшее в результате их группового роста при соприкосновении друг с другом), в котором индивиды, начав свой рост в независимых положениях на общей подложке, сохраняют собственную кристаллическую форму (рис. 1.13). 1.2. Зарождение, рост и растворение кристалла Рост кристалла происходит за счет присоединения частиц из жидкости или газа, окружающих растущий кристалл, и достраивания новых плоских сеток. Система, в которой растет кристалл, всегда содержит две субстанции, разделенные границей раздела – или фазовой границей. В классическом варианте одна из них состоит из подвижных частиц, представляет собой жидкость или газ, и именуется ростовой средой. Вторая фаза состоит из практически неподвижных закономерным образом чередующихся частиц, – это и есть твердое тело – кристалл. Находясь в постоянном движении, частицы жидкости или газа соударяются с кристаллом. В результате этого соударения частица либо отскакивает от поверхности подобно теннисному мячу, либо присоединяется к ней (рис. 1.4). Частица, осажденная на поверхность кристалла, может сразу прочно связаться с его кристаллической решеткой и затем удерживаться в этом положении. Такой механизм роста кристалла называется нормальным (рис. 1.5). Он наиболее прост для понимания, но в природе реализуется редко. Чаще частица сохраняет возможность перемещения по поверхности грани и затем встраивается только в наиболее энергетически выгодные позиции, образуя так называемые «ростовые ступени» на поверхности кристалла (рис. 1.8). В большинстве случаев в природных минералообразующих системах реализуется именно этот механизм роста, именуемый послойным или тангенциальным (рис. 1.6). Частица, встроенная внутрь кристалла, находится во взаимодействии с другими частицами кристалла и удерживается в этом положении силами химической связи. Ее колебания вблизи занимаемой позиции достаточно малы. Частицы, расположенные на поверхности (грани) (рис. 1.1) кристалла взаимодействуют как частицами самого кристалла, так и с частицами ростовой среды. Их тепловые колебания подчас настолько велики, что они способны оторваться от решетки и возвратиться в ростовую среду. Таким образом, в ростовой среде и вблизи поверхности кристалла всегда суще17

ствуют два противоположно направленных потока частиц. Один движется в сторону кристалла, притягиваются к его поверхности, оставляет на ней «строительный материал» и, увеличивая его линейный размер и массу, способствует тем самым росту кристалла. Второй поток частиц движется от кристалла. Если скорость этого процесса превышает скорость встраивания (закрепления) частиц в твердом теле, кристалл растворяется (рис. 1.7). Присоединение частицы к кристаллу процесс вероятностный. Вероятность встраивания увеличивается при увеличении количества частиц, которые движутся в сторону кристалла. Таким образом, чем больше частиц окружает кристалл, тем больше вероятность того, что одна из них присоединится к решетке. Иными словами, скорость роста – приращение объема кристалла в единицу времени – является функцией концентрации частиц в среде кристаллообразования. Рост любых минеральных индивидов, в том числе и патогенных биоминеральных образований, будет продолжаться до тех пор, пока кристалл не поглотит избытка «строительного материала» из ростовой среды. Этот «избыток» и является движущей силой кристаллизации, определяя как скорость роста минерального индивида (или агрегата), так и его морфологию. В теории и практике роста кристаллов это понятие обозначается термином пересыщение системы по отношению к кристаллизующейся фазе. В процессе роста кристаллы сложных (многоэлементных) соединений требуют избытка в ростовой среде всех слагающих их компонентов. В частности, рост водных оксалатов кальция в почечной лоханке, требует обязательного 2+ 2присутствия избытка как Ca , так и (C2O4 ) -ионов, причем в химически активных формах, готовых к непосредственному встраиванию в кристалл. Процесс обратный процессу роста, т.е. отрыв частиц от поверхности кристалла, называется растворением (рис. 1.7). Для этого частице необходимо сообщить дополнительную энергию. В интересующих нас случаях растворению кристаллов способствует повышение температуры системы кристалл-раствор, понижение концентраций минералообразующих компонентов в ростовой среде, а также изменение кислотности-щелочности (pH) раствора. В состоянии равновесия скорости роста и растворения кристалла равны, т.е. количество частиц, встроенных в кристалл, примерно равно количеству частиц, потерявших связь с ним. Нетрудно заметить, 18

что рост и растворение кристалла являются отклонением от равновесия, но с различными знаками. Нуклеация или зародышеобразование. Для того, чтобы частица вошла в состав кристалла, нужно, прежде всего, создать кристаллическую решетку. Представим себе, что в некотором объеме находятся частицы кристалла – атомы, молекулы или ионы. Для того, чтобы они стали кристаллом необходимо, чтобы между ними возникла стабильная химическая связь. Ассоциат из двух частиц распадется с большей вероятностью, чем ассоциат из трех и более частиц. Для образования устойчивого ассоциата – зародыша кристалла – необходимо как можно большее число вероятных соударений и как можно большее количество частиц, которые в них участвуют. Минимальный стабильный ассоциат частиц, обладающий кристаллическим строением называют зародышем, а процесс образования зародышей нуклеацией. Образование зародышей процесс вероятностный. Действительно, по аналогии с механизмом роста мы можем утверждать, что в ростовой среде идет образование и распад зародышей и, если вероятность распада больше, чем вероятность образования, то и рост кристалла не начнется. Если количество соударений и участвующих в них частиц достаточно велико, то увеличивается вероятность того, что зародыш «выживет». Время, необходимое микроиндивиду (зародышу), для достижения критического размера и начала вследствие этого кристаллизации, называется индукционным периодом [Козлова, 1980; Пунин, 1981]. Возможны два механизма зарождения кристаллов, – гомогенный и гетерогенный. Первый реализуется в однородной среде, а зародыш и кристалл совпадают по составу и структуре. При гомогенной нуклеации достаточно большая энергия требуется для создания поверхности такого микрокристалла. По этой причине, для гомогенной нуклеации всегда необходимы высокие пересыщения. Значительно снизить энергию возникновения зародыша позволяет наличие в ростовой системе любых неоднородностей (прежде всего, фазовых границ). Поэтому в природе нуклеация (зарождение) кристаллов зачастую происходит по энергосберегающему гетерогенному механизму. Все реальные ростовые системы обязательно окружены фазовыми границами («кувшин и его содержимое») и обычно содержат посторонние механические примеси. Все эти гетерогенности предоставляют поверхности, на которые могут осаж19

даться атомы или ионы, формируя зародыши, а затем и сами кристаллы (рис. 1.15).

Рис. 1.4. Схема. Графическое изображение процесса присоединения объемных ассоциатов к растущей грани. Образование эпитаксической корочки [Кантор, 1997].

Рис. 1.5. Схема. Графическое изображение послойного роста (механизм двумерного зародышеобразования). Зарождение слоя происходит посредством осаждения на поверхность кристалла плоского (двумерного) зародыша [Рисунок С.З. Смирнова (НГУ, г. Новосибирск)].

Рис. 1.6. Фотограмма. Округлая форма ростовой спирали на кристалле SiC. Ув. 100 (снимок Г.Г. Леммлейна) [Краснова и др.,1997].

20

Рис. 1.7. Фотограмма. Скульптура рас творения кварца (Урал. Мес торождение «Изумрудные копи». Ширина поля изображения 4 см) [Кантор, 1997].

1.3. Связь между механизмами роста и морфологией кристаллов Выше было отмечено, что в условиях высоких пересыщений, существующих в почечной лоханке, доминирует механизм послойного роста кристаллов. Морфология будущего индивида будет в значительной мере определяться тем, в какой точке грани начнется разрастание очередного ростового слоя. Плоскость грани по количеству возможных химических связей с встраиваемой частицей (т.е. по своим энергетическим характеристикам) неэквивалентна ограничивающим ее линиям ребер и точкам вершин (рис. 1.8). Обычно возникновение каждого нового ростового слоя начинается в точках с максимальным количеством некомпенсированных связей. В нашем случае ими являются вершины и ребра растущего кристалла. При относительно спокойных условиях кристаллизации и низких пересыщениях в условиях достаточного свободного объема нередко образуются хорошо оформленные индивиды, грани которых макроскопически гладкие, а ребра ровные и прямые. В этом случае ростовые слои, следуя один за другим, закрывают всю поверхность растущей грани, 21

формируя плоскогранные кристаллы (рис. 1.9). Дефекты кристаллической структуры, в частности, выходящие на грань дислокации, тоже могут генерировать ростовые слои (спиральный рост) (рис. 1.6). В интересующем нас случае кристаллизации минералов из сред с высоким пересыщением рост кристалла может осуществляться не только путем встраивания индивидуальных частиц. Возможно осаждение на растущую грань более крупных ассоциатов, – так называемых двумерных зародышей. Их присоединение также происходит, главным образом, вблизи вершин и ребер растущего кристалла. Послойный рост по этому механизму идет от ребер к центрам граней, что обуславливает специфические морфологические проявления послойного роста. Вследствие высоких пересыщений и высоких скоростей двумерного зародышеобразования ростовые слои обрываются, не успев достигнуть центра растущей грани. Они перекрываются следующими слоями, в результате чего возникают выступающие ребра. Это приводит к уничтожению плоских граней и появлению ветвистых скелетных форм (рис. 1.10). Нередко при очень высоких пересыщениях, наличие как химических, так и механических примесей и низких температурах ростовой среды кристаллизующаяся грань теряет устойчивость и распадается на серию разориентированных микроблоков (рис. 1.11). Впоследствии каждый из них может расти как отдельный кристалл. Субиндивиды в этом случае представлены микроволокнами, каждый из них имеет ограненную головку и искаженные (искривленные) ребра и грани. Итоговым продуктом такого процесса может быть расщепленный сферокристалл или сферолит (рис. 1.12). В целом выдерживается следующая закономерность, – вблизи состояния равновесной кристаллизации вырастает более совершенный кристалл (прозрачный, лишенный механических примесей, структурно однородный и плоскогранный) (рис. 1.13). При значительном отклонении параметров кристаллизационной среды от состояния равновесия кристалл мутнеет, вследствие захвата многочисленных примесей (в том числе включений раствора и газовых пузырьков), его грани приобретают грубый рельеф, становятся блочными и способны расщепляться. Ребра и вершины в этом случае трансформируются в комплексы несовершенных поверхностей (рис. 1.14). Индивид нередко утрачивает однородность, искривляется, трансформируется в скелет, дендрит или сферолит (см. рис. 1.12). При перемещении в область недосыщения, поверхность кристалла дополнительно осложняется скульптурами растворения. 22

Рис. 1.8. Схема. Значения энергии присоединения частиц (ионов Na+ или С1-) из газовой среды в различные позиции на поверхности кристалла NaCl при температуре Оо К (в единицах е2 /r, где е – заряд иона, r – кратчайшее расстояние между разноименными ионами) [Краснова и др., 1997].

Рис. 1.9. Фотограмма. Аметист – пример хорошо образованного плоскогранного кристалла (Южный Урал, Уфимский увал) [Колиснеченко, 2004].

23

Рис. 1.10. Фотограммы. Разнообразие облика скелетных крис таллов : А - скелетный крис талл кварца (Казахстан. Акачатау. Длина 4 см); Б – галит (Польша, Иновроцлав. Ширина 10 см) [Кантор, 1997].

Рис. 1.11. Фотограмма и схема. Сноповидный стильбит. А – облик расщепленного индивида (Красноярский край, бассейн р. Кочечум. Длина 7 см) [Кантор, 1997]. Б – схема образования радиально-лучистого сферолита из расщепляющегося кристалла [Семенов, 1987].

24

Рис. 1.12. Фотограммы и схема. Облик сферокристаллов (А, Б) и сферолитовых минеральных агрегатов (В, Г). А – схема сферокристалла; Б – сферокристаллы малахита (Казахстан, Джезказган. Ширина сростка 2 см); В – сферолиты вавеллита (Англия, Филли, Девоншир. Диаметр сферолитов до 9 мм); Г – сферолиты гетита в полированном срезе, - отчетливо видно тонковолокнистое строение и концентрическая зональнос ть агрегатов (Казахстан, полуостров Мангышлак. Полированный срез. Ширина 5 см) [Кантор, 1997].

25

Рис. 1.13. Фотограмма. Крупный индивид горного хрусталя – совершенный плоскогранный кристалл со слабо скульптурированной поверхностью. Мелкие кристаллы хрусталя образуют незакономерный сросток или друзу, нарастающую на общее основание из халькопирита и сфалерита (Южный Урал, Карабашское месторождение меди. Образец из коллекции Геологоминералогического музея г. Челябинска) [Колиснеченко, 2004].

Рис. 1.14. Фотограмма и схема. Расщепленный кристалл. А – внешний облик железной розы - расщепленный крис талл природного гематита (Приполярный Урал. Ширина 1,2 см). Б – схема железной розы в «плане» и «разрезе» [Кантор, 1997]. 26

1.4. Строение и условия образования сферолитов Поскольку, подавляющее большинство уролитов, состоит из одноводного оксалата кальция (СаС2 О4 · Н2О) и представляют собой классические сферолиты, характеристике этого типа минеральных агрегатов будет уделено особое внимание. Сферолитовые формы широко распространены в минеральном мире. На сегодняшний день условия их зарождения и разрастания хорошо изучены [Чернов, 1971; Пунин, 1981; Годовиков и др., 1987; Keith, 1963], что позволяет использовать базу минералогических знаний для реконструкции механизмов наиболее распространенного оксалатного уролитиаза. В простейшем случае сферолит – это форма кристалла, наилучшим образом адаптированная к неравновесным условиям роста. Жертвуя кристаллической однородностью, индивид, в соответствии с принципом Кюри, приобретает шаровую либо полусферическую симметрию, сообразуясь с симметрией среды кристаллизации [Пунин, 1981]. Образованию сферолитов способствуют [Пунин, 1981; Чернов, 1971]: • высокие пересыщения и обусловленная ими высокая скорость роста кристаллов; • захват механических и структурных примесей; • высокая вязкость среды кристаллизации; • низкие температуры роста; • совместная кристаллизация нескольких фаз; • чередование периодов роста и растворения. Сферолит всегда неоднороден, и в его структуре выделяется несколько зон. Ядро зачастую представлено инородным фрагментом, играющим роль затравки. В этом случае сферолит изначально формируется как поликристаллический агрегат нескольких расщепленных индивидов (рис.1.12, 1.15, 1.16). Реже его рост начинается от монокристаллического ядра микроскопического размера, тогда сферолит представляет собой сферокристалл – продукт расщепления одного кристалла (рис. 1.11, 1.12). Первоначально субиндивиды, слагающие сферолит, имеют коническую форму, но по мере возрастания интенсивности расщепления они вступают во взаимодействие друг с другом, подчиняясь закону геометрического отбора. Оптимальным образом ориентированные индивиды, удлинение которых совпадает с радиусом будущего сферолита, в дальнейшем трансформируются в тончайшие волокна, нередко винтообразно скрученные наподобие пряжи (рис 1.17). 27

Рис. 1.15. Фотограмма и схема. Малахит – наиболее известный минерал, декоративные свойства которого обусловлены сложным сочетанием сферолитов. А – распилы вдоль кристаллов радиально-лучис того малахита (Средний Урал, Свердловская область. Месторождение Гумешевское). Б – схема образования концентрической зональности агрегатов малахита, вследствие появления на поверхности рас тущего сферолита новых зародшей [Семенов, 1987]. 28

Рис. 1.16. Фотограмма и схема. Сферолит, изначально формирующийся как поликристаллический агрегат нескольких расщепленных индивидов. А – радиально-лучистые агрегаты миметизита, выросшие на затравках инородной минеральной фазы (Мексика, Maпими. Ширина 3 см). [Кантор, 1997]. Б – графическая схема кружевного рисунка малахита. Выросший до некоторого размера, сферолит покрыт слоем другого минерала. На его поверхности отложились зародыши, давшие начало новым сферолитам, лучи которых никак не связаны с лучами материнской основы [Семенов, 1987]. 29

Рис. 1.17. Микрофотограмма. Нарастание сферолитовой корки кварцина (вверху и справа) на сферолитовую корку халцедона (снизу и слева). Хорошо видны «зонтики» кварцина в основании его корки – свидетельс тво одновременного роста халцедона и кварцина в момент окончания роста первого и появления второго (Московская обл., Голутвин. Ув. 35, николи Х ) [Годовиков и др., 1987].

1.5. Почка как кристаллизационная система Особенности кристаллизационных явлений в почке в значительной мере определяются тем, что минералообразующая среда – моча, характеризуется транзиторными пересыщениями и представляет собой не ионный, а коллоидный раствор. В физиологических условиях этот пересыщенный раствор сохраняет гомогенность и существует без явлений кристаллизации при 2–3- кратном превышении концентраций соответствующих компонентов над произведением растворимости основных камнеобразующих фаз – оксалатов кальция, фосфатов кальция, магния и аммония, а также мочевой кислоты [Павлов, 1978]. В основе механизма ингибирования (предотвращения) роста минеральных фаз в мочевой системе лежит процесс удержания катионов и анионов в растворенном состоянии посредством перевода их из химически активных ионных форм в 30

комплексные соединения. Ингибиторами камнеобразования выступают неорганические субстанции и макромолекулярные белковые соединения [Manthey et al., 2001; Hess et al., 2003]. Реальные формы нахождения ионов Ca2+, Mg2+, (C2 O4 )2– , (PO4 )3– , (HPO4 )2– и т.п. в моче зачастую неизвестны. Поэтому даже знание их абсолютных концентраций не позволяет дать достоверный прогноз формирования мочевых камней определенного минерального состава в организме конкретного пациента. Кроме того, необходимо учитывать тот факт, что одни и те же компоненты мочи в зависимости от типа уролитиаза являются то ингибиторами, то промоторами камнеобразования, что чрезвычайно осложняет задачу поиска количественных закономерностей, связывающих особенности мочи с характером камнеобразования. При первом приближении удовлетворительный клинический прогноз может быть получен при определении активности катионов и анионов с учетом ионной силы и рН мочи [Билобров и др., 1984; Пытель и др., 1995; Rodman, 1999]. В связи с этим, большая группа исследователей [Алчинбаев и др., 2001; Шатохина и др., 2004; Кадыров и др., 2008; Kmilcik, 1997; Scheinman, 1999] отмечала, что степень достоверности прогноза камнеопасной ситуации повышается при использовании программных пакетов, расчетом риск – индексов камнеобразования, а также других показателей, определяющих степень нарушения метаболизма и косвенно оценивающих возможность формирования камней. Основным направлением при этом является количественная оценка вклада растворимых комплексных 2+ 2+ + + соединений и ионных пар в общий баланс Ca , Mg , Na , K , (NH4 )+, (PO4 )3– , (C2 O4 )2– , C5 H4N4O3 и т.п. в моче пациентов. Однако, разработанные методы трудоемки, сложны в исполнении. В результате их низкой достоверности использовать указанные биохимические соотношения для предсказания камнеопасной ситуации или химического состава конкремента у конкретного больного не представляется возможным [Дзеранов и др., 2001]. Кроме того, отсутствие критериев оценки состояния больного, практических рекомендаций в подборе терапии, значительно снижают их практическую ценность [Дасаева и др., 2004]. Отдельные авторы [Ryall et al., 1983] считают, что определение суточной экскреции Са и Р, для установления типа камнеобразования, не имеет диагностической ценности. Л.Х. Смит [Smith] (1976) считал, что реальным критерием камнеобразования является наличие самого камня. 31

Необходимо отметить, что механизм образования уролитов не может проходить в стороне от термодинамического состояния мочи. Перенасыщение коллоидного раствора мочи отражается на изменении поверхностно свободной энергии раздела жидкостьтвердое тело. Это приводит к повышению активности процессов нуклеации (лат. nucleus – ядро), агрегации (лат. aggrego – присоединять, накапливать) и эпитаксии (греч. epi – на, над, сверх и taxis – расположение: ориентированный рост одного монокристалла на поверхности другого) кристаллов [Неймарк и др., 2002]. В формировании конкрементов важную роль играют не только термодинамические, но и кинетические факторы. Это резко осложняет физико-химический анализ потенциальных кристаллизационных явлений и делает необходимым комплексный учет взаимодействия степени пересыщения раствора, наличия ингибиторов, препятствующих возникновению микрокристаллитов и их агрегированию, характера органической матрицы, явлений эпитаксии, а также позиции, в которой произошло зарождение и разрастание уролита [Кораго, 1992; Werness et al., 1981; Mandel, 1996]. Рост минеральных фаз в таком «кристаллизаторе» как почка будет определяться, во-первых, коллоидным состоянием раствора и его высоким пересыщением, во-вторых, дискретным характером поступления жидкости в почечную лоханку и, в-третьих, краткостью периодов наполнения и опорожнения почечной лоханки. В среднем фаза наполнения лоханки мочой длится 10–15 сек., а опорожнение ее за 2–3 сек. Пауза между опорожнениями составляет от 20 до 120 сек. [Пытель и др., 1986]. На этом основании наиболее вероятной представляется гетерогенная нуклеация минеральных индивидов в почке, поскольку индукционный период, не превышающий 2 минут, слишком мал для осуществления самопроизвольного зарождения микрокристаллитов даже в высококонцентрированных средах. Явления нуклеации в почке. Теоретически генерация кристаллитов возможна в любом отделе мочевой системы. При этом наибольшую контрастность должны демонстрировать условия нуклеации микролитов в мочевом пузыре и собственно в почке. П. Вернесс с соавторами [Werness et al., 1981] приводят кристалломорфологические свидетельства того, что большинство микроиндивидов, выделяющихся с мочой при кристаллурии, являются продуктом гомогенной нуклеации и непосредственной кристаллизации 32

минеральных индивидов из коллоидного раствора (рис. 1.18). Гомогенная нуклеация всегда требует значительного индукционного периода и, следовательно, возможна лишь в относительно стабильных гидродинамических условиях, которым не удовлетворяет почка. На этом основании [Werness et al., 1981] отвергают почку как орган, генерирующий основную часть продуктов кристаллурии, и высказывается в пользу их кристаллизации в мочевом пузыре. С точки зрения теории роста кристаллов это предположение абсолютно логично. Для формирования любого минерального индивида принципиально важен этап появления зародыша [Grass et al., 1999; Kavanagb, 1999]. Проведенные нами исследования и анализ литературных данных убедительно свидетельствуют о том, что кристаллические зародыши, выступающие ядрами конкрементов, разрастание и созревание которых происходит в лоханке, могут быть генерированы только непосредственно почкой. В настоящее время, ведущее значение в патогенезе камнеобразования придается метаболическим нарушениям в эпителиоцитах почки. Так, З.С. Вайнберг (1971) выявил присутствие известковых образований в эпителии прямых канальцев. Формирование основных кристаллообразующих субстанций в ткани почек является результатом разрушения наружных клеточных мембран канальцевого эпителия [Baggio, 2003]. А.С. Крикун с соавт. (1990) отмечали внутриклеточные дисметаболические сдвиги в сторону канальцевого ацидоза и дефицита внутриклеточной энергии. Закономерным следствием этого процесса является разрушение клеток со стороны апикальных частей и выхождение органического содержимого в просвет канальца [Талалаев, 2003], с последующим агрегированием на них известковых отложений. Другим, не менее важным механизмом в этапе деструкции клеток канальцевого аппарата и камнеобразования, является закрепление микрокристаллов на апикальных мембранах. Возможен также вариант последовательной деструкции клеток и при увеличении мочевой экскреции оксалатов [Kumar et al., 2003]. Морфологическое изучение почек, выполненное авторами (рис. 1.19), свидетельствовало о наличии кристаллических микроиндивидов в канальцевом аппарате, которые в дальнейшем могут выступать в роли ядер аутохтонных мочевых камней. Подобные микролиты и ранее были обнаружены исследователями [Kavanagb, 1999; Matlaga et al., 2007]. Первичные микролиты в просвете ка33

нальцев, обнаруживали слабую анизотропию в поляризованном свете (рис. 1.19, а, б). Однако их малые размеры (1 мкм) не позволяли точно определить фазовый состав. Наиболее вероятным механизмом их возникновения следует признать гетерогенную нуклеацию. Во многих случаях эти микролиты (в количестве от 1 до 20 штук) обнаруживались внутри кристаллов мочевой кислоты, размер которых не превышает 2 мкм (рис. 1.19, в). Это дает основание признать факт роста индивидов мочевой кислоты на затравку по гетерогенному механизму. С током мочи новообразованные кристаллы могли перемещаться вдоль канальцев, где задерживались и образовывали скопления (рис. 1.19, г). Механизм их агрегирования и дальнейшего участия в камнеобразовании описывает теория Рандалла–Карра [Randall, 1936; Carr, 1954]. Необходимо подчеркнуть, что генерацию и прикрепление микролитов облегчает воспалительный процесс в почке и нарушение целостности уротелия [Колпаков 1965; Mandel, 1996]. На этом фоне повреждение эпителиального покрова приводит к изменению угла смачиваемости и влечет за собой «растекание» капли мочи по площади поврежденного участка, задержку ее на пораженном участке, что резко повышает вероятность кристаллизационных явлений из пересыщенного раствора. Следующим фактором, принципиально важным для формирования мочевого камня, следует признать возможность удержания микролита и его прикрепление. Очевидно, что удаление микрокристаллов или органических ассоциатов из мочевого тракта с током жидкости, делает разрастание конкремента невозможным. Теория «прикрепленной частицы», предложенная [Finlayson 1978] и поддержанная [Mandel, 1996], на основании учета скорости движения мочи, степени ее пересыщения и анатомических особенностей почки, констатирует крайне низкую вероятность формирования в почке свободно перемещающихся камней, исходно не имевших мест прикрепления. Онтогенический* анализ оксалатных конкрементов малого размера (3–7 мм в поперечнике) и массы (~ 0,5 г) позволил авторам обна*

Онтогения минералов (онтогенезис) – раздел минералогии, посвященный изучению генезиса минеральных индивидов и агрегатов, – их общему или индивидуальному развитию, включая возникновение (зарождение), рост и агрегацию на разных уровнях (формирование агрегатов), взаимодействия при совместном росте и изменение вплоть до разрушения или полного исчезновения (растворения). Термин (от греч. όn, род. п. όntos – сущее, génesis – происхождение, возникновение) заимствован из биологии и впервые введен в минералогию профессором Д.П. Григорьевым (1961).

34

ружить среди них камни, имевшие достоверные точки прикрепления к сосочкам почки (рис. 1.20). Эти области выделялись на поверхности уролита как углубления с характерной скульптурой обрыва ростовых слоев минерального агрегата там, где он соприкасался с мягкими тканями и, следовательно, был изолирован от ростовой среды. Форма зрелых мочевых камней в значительной мере определяется позицией, где они локализованы. Конкременты, свободно перемещавшиеся в пределах лоханки, имели возможность наращивать новые непрерывные слои минерального вещества в обстановке равномерного питания, и поэтому обычно имеют округлую или эллиптическую форму и сопоставимую мощность ростового слоя в разных измерениях камня. Уролит, формирующийся в стесненных геометрических рамках и, вследствие этого, пребывающий в длительном контакте с мягкими тканями, всегда обладает очевидной асимметрией, обусловленной резкими различиями в режиме питания. Часть конкремента, обращенная в свободное пространство, постоянно снабжается «строительным материалом», вследствие чего растет опережающими темпами, тогда как рост части камня, соприкасающейся с эпителиальным покровом, может быть замедлен или целиком заблокирован. В случае стремительного роста конкремент способен, разрастаясь в направлении свободного пространства полостной системы почки, формировать ее «слепок». Так образуются, в первую очередь, рыхлые коралловидные камни фосфатного состава. Вероятнее всего, решающую роль в возникновении этой морфологической разновидности конкрементов играет наличие патогенной флоры, жизнедеятельность которой создает и поддерживает аномально высокую концентрацию фосфат-иона, вызывающую немедленное осаждение апатитов даже из мочи с физиологически нормальным уровнем концентрации кальция [Каткова, 1996]. Таким образом, системный подход, примененный в изучении мочевых камней, позволил выделить целостные системы, определить их структуру и взаимосвязи, познать индивидуальные особенности конкрементов.

35

Рис. 1.18. Микрофотограммы. Электронные микрофотографии продуктов кристаллурии [Werness et al., 1981]. Типичный облик микрокристаллов СаС2 О4 ⋅Н2 О – (а) десминоподобный расщепленный кристалл; (б) хупер-лайк кристалл; и их агрегаты (в, г) - «розы» СаС2 О4 ⋅Н2 О.

36

Рис. 1.19. Микрофотограммы. Микролиты в канальцах почки (поляризованный свет): а – мелкие микролиты не идентифицированного фазового состава (ув. 140); б – увеличенный фрагмент (ув. 240), в – единичный кристалл мочевой кислоты, прикрепленный к стенке канальца и содержащий внутри несколько микролитов (ув. 280); г – скопление кристаллов мочевой кислоты, блокирующее просвет канальца (ув. 280). Окраска гематоксилином – эозином.

Рис. 1.20. Фотограммы. Асимметричные сферолитовые конкременты состава СаС2 О4 ⋅Н2 О, демонстрирующие типичные углубления (полости) с перерывами ростовых слоев – точки их прикрепления к сосочкам почки. 37

Глава II ХАРАКТЕРИСТИКА БОЛЬНЫХ И МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ 2.1. Общая характеристика больных В работе изучено 435 аутохтонных мочевых конкрементов у 422 больных МКБ в возрасте от 18 до 76 лет. Больные находились на лечении с 1996 по 2005 гг. в урологическом отделении городской клинической больницы № 6 г. Челябинска. Возрастная и половая характеристика пациентов представлена в таблице 2.1. Таблица 2.1 Распределение пациентов по полу и возрасту Пол муж. жен. абс. %

20-29 21 28 49 11,6

30-39 36 59 95 22,5

Возраст (года) 40-49 50-59 64 33 67 45 131 78 31,1 18,5

≥ 60 31 38 69 16,3

Всего 185 237 422 100

Из представленных данных можно заключить о рельефном преобладании лиц обоего пола в возрасте от 30 до 59 лет. Соотношение мужчин и женщин было 1,0:1,3. Средний возраст мужчин составлял 51,5±1,4 год, женщин – 48,2±1,7 лет (p > 0,05). Преобладали жители городов Челябинской области – 373 (88,4%) пациентов. Мигранты составляли 155 (37,5%) человек. В социальной занятости интеллектуальный труд составлял – у мужчин и женщин: 100 (23,7%) и 151 (35,8%), физический труд - в 92 (21,8%) и 79 (18,7%) наблюдениях. Контакт с технологиями доменного, мартеновского, прокатного производств, а также сырьевыми материалами металлургического производства имели 100 (71,6%) пациентов. Длительность контакта у мужчин составила 14,5±1,15, у женщин – 14,2±2,2 лет (p > 0,05). Локализация конкрементов (рубрики N 20.0, N 20.1, N 22*, Q 63.1 в МКБ-10) представлена в таблице 2.2.

38

Таблица 2.2 Локализация конкрементов в верхних мочевых путях Локализация конкремента 1. Камни почек, из них а) камни аномалийных почек б) коралловидные камни почек 4. Камни мочеточников 5. Правосторонняя локализация 6. Левосторонняя локализация 7. Двустороннее поражение Всего

Количество больных 198 (47,0%) 9 (4,5%) 16 (8,1%) 224 (53,1%) 200 (47,5%) 192 (45,4%) 30 (7,1%) 422 (100,0)

Как можно видеть, отмечалась почти равнозначная встречаемость случаев ренальной и уретеральной локализации конкрементов и сторон поражения. Камни в аномально развитых почках и коралловидный нефролитиаз регистрировались в небольшом количестве наблюдений. Основные клинические проявления МКБ представлены в таблице 2.3. Таблица 2.3 Основные симптомы мочекаменной болезни Локализация конкремента Почка Мочеточник

1. 2. 3. 1. 2. 3.

Симптомы заболевания Умеренные боли Почечная колика Гематурия Умеренные боли Почечная колика Гематурия

Всего

Мужчины абс. % 68 30,5 27 12,1 19 8,5 43 19,3 58 26,0 8 3,6 223 100,0

Женщины абс. % 109 38,4 37 13,0 11 3,9 49 17,3 61 21,5 17 5,9 284 100,0

Как представлено в таблице 2.3, боли умеренного характера в поясничной области отмечены в 53,1% случаев, почечная колика чаще регистрировалась при камнях мочеточника. Гематурия наблюдалась у 10,8% больных. Давность заболевания составила в среднем 6,6 ±1,5 лет. Длительность клинических проявлений в виде почечной колики была в среднем до 6,3±1,6 суток. Рецидивное течение МКБ выявлено у 23,2% пациентов. Спектр основных осложнений уролитиаза (рубрики N 10, N 11, N 13.2 в МКБ-10) представлен в таблице 2.4. 39

Таблица 2.4 Осложнения, выявляемые у больных мочекаменной болезнью Локализация камня Почка

Мочеточник

Осложнения 1.Острый серозный пиелонефрит 2. Гнойный пиелонефрит 3. Хронический пиелонефрит 4. Гидронефроз 1.Острый серозный пиелонефрит 2. Гнойный пиелонефрит 2. Хронический пиелонефрит 3. Гидронефроз

Мужчины абс. % 19 8,5

Женщины абс. % 24 8,5

1 42

0,4 18,8

6 88

2,1 31,0

44 18

19,7 8,1

59 20

20,8 7,0

5 36

2,2 16,1

4 55

1,4 19,4

87

39,0

112

39,4

Как видно, встречаемость острого пиелонефрита практически равнозначна при основных локализациях камней. Хронический пиелонефрит и гидронефротическая трансформация чаще регистрировались у женщин и при конкрементах почки. Консервативная литокинетическая терапия осуществлена у 146 (34,5), малоинвазивные пособия – у 147 (34,9) и открытые операции, в том числе двусторонние и повторные, – у 129 (30,6) больных. Спектр оперативных пособий, выполненных у больных МКБ и в ходе которых были получены мочевые камни, представлен в таблице 2.5. Таблица 2.5 Оперативные пособия, выполненные у больных мочекаменной болезнью Вид оперативного пособия Малоинвазивные методы ДУВЛ (сеансы) Контактная уретеролитотрипсия Нефролитоэкстракция Всего Открытые операции Пиелолитотомия Нефролитотомия Нефрэктомия Уретеролитотомия Всего

Количество вмешательств 183 64 40 287 83 5 12 85 185 40

Как представлено в таблице, преобладали малоинвазивные способы оперативного лечения МКБ. 2.2. Методы изучения конкрементов Мочевые камни были представлены от пациентов, место жительства которых на территории Челябинской области резко контрастировались в отношении естественного и техногенного геохимического фона: – г. Челябинск и входящий в его состав Металлургический район, выделенный вследствие высокой концентрации индустриальных предприятий в самостоятельный объект; – шахтерские города Копейск и Коркино, а также г. Южноуральск, где расположена ГРЭС, работающая на углях Челябинского бассейна; – гг. Кыштым, Озерск, Аргаяш, расположенные в зоне влияния Восточно-Уральского радиоактивного следа; в Кыштыме, кроме того, находится медеплавильный комбинат; – г. Верхний Уфалей – центр добычи и производства никеля; – г. Миасс, Бакал – города горнозаводской зоны; – г. Магнитогорск – центр черной металлургии на юге области; – г. Верхнеуральск и Троицк – аграрные центры юга области. Изучение состава и морфологии мочевых камней было осуществлено с применением комплекса современных прецизионных методов анализа минерального вещества. Предпочтение отдавалось методам локального анализа и аппаратуре высокого разрешения. Исследование каждого образца конкремента было выполнено по единому алгоритму и включало 8 последовательных этапов анализа, каждому из которых соответствовал оптимальный физический метод разрушающей и неразрушающей диагностики кристаллических веществ. Визуальные наблюдения формы целостных уролитов и морфологии их поверхности осуществляли под бинокулярным микроскопом МБС-10. Размеры в трех направлениях были замерены с помощью штангель-циркуля (точность ± 0,02 мм). Масса конкрементов определялась на аналитических весах ВЛР-200 (точность ± 0,1 мг). Фотографирование объектов при малых увеличениях (до 30-кратных) выполнено посредством цифровой фотокамеры «Canon SD 400». 41

Для идентификации кристаллических фаз, содержание которых в мочевых камнях превышает 5 %, был использован метод качественного рентгенофазового анализа на дифрактометре ДРОН-3 (Cukα – излучение, U=30-40 кВ, I=30 µA, скорость движения счетчика – 1º/мин, скорость движения ленты – 600 мм/час, внешний стандарт – металлический Si). Идентификация фаз производилась путем сопоставления с эталонами «Рентгенометрической картотеки» [Powder…, 1946-1989] и её компьютерного аналога – программного пакета DXRW in 2.0. Минеральный состав и структурно-текстурные особенности конкрементов выявляли стандартным методом оптической диагностики фаз в поляризованном свете [Вингелл, 1953]. Для изготовления прозрачных петрографических шлифов были использованы спилы конкрементов, проведенные через геометрический центр камня. Оптические наблюдения [Флейшер и др., 1987]проводили на поляризационном микроскопе POLAM-P-211. В качестве дополнительного метода диагностики минералов и органических соединений был применен метод инфракрасной спектроскопии (ИКС) [Moenke, 1966]. Использовали порошок мочевого камня с размерами частиц не менее 1мкм. Навеску 1,8 мг запрессовывали в таблетку с наполнителем из КВr, прозрачным в области от 400 до 4000 смֿ¹. ИК-спектры изучаемых образцов записывали в режиме пропускания в области 1440-4000 смֿ¹ на спектрометре Specord 75 IR. Диагностику минералов и органических соединений осуществляли путем сравнения ИК-спектра изучаемого вещества с эталонными ИК-спектрами. Для прецизионного определения химического состава минералов уролитов (на площади от 5 до 150 мкм2 ) был использован метод рентгеноспектрального микрозондового анализа (РСМА) [Рид, 1979] (табл. 2.6). Посредством этого метода определялось содержание макрокомпонентов и элементов-примесей с концентрацией не менее 0,01 мас. % (Si, Mg, Ca, Na, K, P, S, F, Cl) [единицы измерения концентрации – 1 мг/кг = 10-4 мас. %] в индивидуальных минералах, слагающих уролиты, по оригинальной методике, учитывающей особенности поведения органоминеральных материалов под действием электронного пучка. Использовались петрографические шлифы типичных почечных камней различного фазового состава. Исследование осуществлено на микрозонде «Camebax-Micro» по универсальной программе RMA–92 [Лаврентьев и др., 1991]. Ускоряющее напряжение 20 кВ, ток погло42

щенных электронов – 20 нА, время счета 10 сек. для каждого элемента, диаметр зонда от 2 до 10 мкм. Расфокуссированный зонд с диаметром пучка до 10 мкм использовался для анализа гомогенных легколетучих веществ. Для регистрации аналитических линий использовались кристаллы-анализаторы: LIF – для CrKα, MnKα, FeKα; TAP – для NaKα, MgKα, AlKα, SiKα, PKα; PET – для SKα, ClKα, KKα, CaKα, TiKα; PC-1 – для FKα. Стандартами служили природные и синтетические образцы, используемые при анализе минералов, проверенные на однородность. Концентрации рассчитывались методом РАР [Pouchou et al., 1985]. Наложение линии СаКβ1 на аналитическую линию РКα учитывалось посредством процедуры «финальная коррекция», встроенной в программу RMA–92. Погрешность определений макрокомпонентов ≤ 2 отн. %, микрокомпонентов ≤ 10 отн. %. Пределы обнаружения элементов Сmin рассчитаны по 2σ-критерию (95 % уровень значимости) и составили (в мас. %): 0,01 для Si, P, S, Cl, K, Ca; 0,02 для Mg, Al, Cr, Mn; 0,03 для Na, Ti, Fe и 0,08 для F. Стандартами служили природные и синтетические минералы, проверенные на однородность. Таблица 2.6 Условия выполнения рентгеноспектрального микроанализа минералов Аналитическая линия SiKα TiKα AlKα FeKα MnKα MgKα CaKα NaKα KKα BaLα PKα ClKα FKα

Кристалланализатор TAP PET TAP LIF LIF TAP PET TAP PET LIF TAP PET PC-1

Стандарт Z-кордиерит Стекло – Gl-6 Z-кордиерит Гранат – О-145 Гранат – IGEM Z-кордиерит F-апатит Альбит Ортоклаз – Or-1 Стекло – Gl-11 F-апатит Cl-апатит F-флогопит

Сmin , % предел обнаружения 0,01 0,02 0,01 0,02 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,06 0,01 0,01 0,14

Для визуализации микрофаз, определения их временных и количественных соотношений, диагностики качественного химиче43

ского состава минералов, слагающих мочевые камни был использован метод сканирующей электронной микроскопии (микроскопы JSM-35 и LEO 420). Фотографирование объектов проводили на препаратах, напыленных золотом, определение химического состава – на препаратах, напыленных углеродом. Микроэлементный состав проб уролитов был определен посредством рентгенофлуоресцентного анализа с возбуждением синхротронным излучением (РФА-СИ) [Барышев и др., 1986; 2002]. Навески образцов массой 30 мг запрессовывались в таблетки диаметром 5 мм с поверхностной плотностью – 0,04 г/см². Магнитное поле в точке излучения было 1,7 Т, энергия электронов в накопителе – 2 ГзВ, ток в электронном пучке – от 120 до 50 мА, время жизни пучка – 6 ч. Набор, калибровка и запись спектров РФА проводились с помощью программы Oxford WIN-MCA. Первичная обработка спектров осуществлялась программой AXIL. Для количественного определения Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo (К-серии) и оценки содержания Pb, Th и U (L-серии) использовалась энергия 22 кэв. Параллельно контролировалась возможность определения высоких (>10 мг/кг) содержаний W, Hg, Tl и Bi. Для количественного определения Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, I, Ba, La и Ce (К-серии) использовалась энергия 42 кэв. Расчет содержаний элементов проводили методом внешнего стандарта. В качестве образцов сравнения были использованы стандартные образцы горных пород – СТ 1а (трапп), СА-1 (алевролит), СГ-2 (гранит), СИ-1 (известняк), BCR-32 (фосфорит). Нормировочные коэффициенты для расчета содержаний элементов, не аттестованных в указанных стандартах, были получены интерполяцией соответствующих величин соседних групп элементов. Для рассмотрения отобраны элементы исходя из позиций токсикологической значимости и имеющихся о них сведений [Кирсанов и др., 1998]. Пределы обнаружения главных элементов приведены в таблице 2.7. Валовый микроэлементный состав почек 41 человека (участки коркового и медуллярного слоев паренхимы почек извлечены в Областном бюро судебно-медицинской экспертизы после случаев дорожно-транспортных происшествий) определяли атомноэмиссионной спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой [Томсон и др., 1988] на сканирующем спектрометре ARL 3410 (США) в диапазоне волн 160-800 нм, имеющим радиочастотный генератор с частотой 27,12 МГц и мощность 650 Вт, плазменную тм горелку Minitorch и распылитель Мейнхарда в пламени аргона. 44

Проба камня переводилась в раствор смесью кислот HNO3 и HClO4 , затем вводилась в индуктивно-связанную плазму спектрометра. Градуированные графики строились последовательным разбавлением стандартных растворов ионов металлов до необходимых концентраций с выравниванием их по вязкости с анализируемыми пробами. Стандартные растворы ионов металлов готовились из чистых металлов или их солей квалификации ОСЧ. Таблица 2.7 Пределы обнаружения (Clim) элементов, диапазон определяемых концентраций и стандартное отклонение (Sr) при анализе почечных камней методом РФА-СИ Элемент

Clim

K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn As* Ga Se Br Rb Sr Y

150 100 15 10 5,0 3,5 2,0 1,5 1,0 0,9 0,8 0,7 0,5 0,5 0,2 0,3 0,5

Диапазон концентраций 300 – 60000 200 – 60000 30 – 30000 20 – 1000 10 – 1000 15 – 3000 10 – 5000 5 – 1000 2 – 1000 2 – 1000 2 – 200 2 – 200 1 – 100 1 – 500 0,5 – 1000 1 – 5000 1 – 500

Sr

Элемент

90 – 6000 60 – 6000 10 – 3000 5 – 150 3 – 150 5 – 300 3 – 300 1,5 – 100 0,5 – 75 0,5 – 75 0,5 – 20 0,5 – 20 0,3 – 10 0,3 – 20 0,1 – 50 0,3- 200 0,3 – 50

Zr Nb** Mo** Ag Cd In Sn Sb Te I Cs Ba La Ce Th*** U*** W, Hg,

Диапазон концентраций 0,5 1 – 500 0,5 1 – 150 0,5 1 – 100 0,1 0,3 – 100 0,1 0,3 – 100 0,1 0,3 – 100 0,2 0,4 – 100 0,3 0,5 – 100 0,4 0,8 – 100 0,5 1 – 100 0,5 1 – 100 1 2 – 5000 1 5 – 100 1 2 – 5000 1 2 – 100 1 2 – 100 Pb **** > 5 – 10 г/т Clim

Sr

0,3 – 50 0,3 – 10 0,3 – 10 0,1 – 10 0,1 – 10 0,1 – 10 0,1 – 10 0,1 – 10 0,2 – 10 0,3 – 10 0,3 – 10 0,5 -500 1,5 – 10 0,5 -500 0,5 – 10 0,5 – 10

Примечание. Единицы измерения концентрации мг/кг (1мг/кг = 1 г/т = 10-4 мас. %). * – при содержании Pb
Исследования выполнены в лабораториях: Института геологии и минералогии СО РАН, г. Новосибирск (аналитики: Павлюченко С.В., Федорова С.Н., Столповская В.Н., Нигматулина Е.Н., Летов С.В.), центра РФА СИ Института ядерной физики СО РАН, г. Новосибирск (аналитики Максимова Н.В., Дарьин А.В., Золотарев К.В.), 45

Института гидродинамики СО РАН, г. Новосибирск (аналитик Лукьянов Я.Л.); Института геологии и геохимии им. акад. А.Н. Заварицкого УрО РАН, г. Екатеринбург (аналитик Борисов Д.Р.); Института минералогии УрО РАН, г. Миасс (аналитик Паршина Н.В.); Научно-исследовательского института металлургии, г. Челябинск (аналитик Першина Р.Ф., Яворская В.Ф., Маслов В.Н.). 2.3. Методы статистической обработки В ходе статистической обработки результатов использовали выборочные сравнения, корреляционный анализ и многомерные техники [Sokal et al., 1995]. Сравнения средних концентраций элементов в мочевых камнях проводили: в случае двух выборок – по критерию Манна-Уитни, в случае 3 и более выборок – по критерию Краскела-Уоллиса [Реброва, 2003]. Для выделения наиболее общих факторов, влияющих на концентрацию элементов в нефролитах применяли факторный анализ, который был проведен методом максимального правдоподобия с последующим варимакс-вращением [Ким и др., 1989]. Полученные факторные шкалы исследовались далее в ходе двухфакторного дисперсионного анализа для установления влияния на них места проживания пациента и его пола. Для установления связей между концентрациями элементов или факторными шкалами с одной стороны и долями различных минеральных фаз в составе конкремента, с возрастом – с другой стороны, применяли корреляционный анализ по Спирмену. Для выявления особенностй микроэлементного состава нефролитов разного типа был использован дискриминантный анализ, который был проведен прямой пошаговой техникой. В дискриминантный и факторный анализы были включены все изученные элементы, кроме W, Hg, Bi, In, Se и Te. Ввиду близости распределения концентраций большинства элементов к логарифмически нормальному и наличия нулевых значений, использовали вариант логарифмического преобразования данных: x’=lg(x+1) [Lewis, 2000]. Во всех случаях различия считали статистически значимыми при вероятности нулевой гипотезы Р≤ 0,05 и незначимыми – при P>0,10. В промежуточных случаях (0,05
Глава III ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОТЕХНОСФЕРЫ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ Рассмотрение особенностей формирования химического состава мочевых камней выполнено на примере больных, проживавших в Челябинской области. В связи с этим мы сочли необходимым охарактеризовать геотехносферу региона. Челябинская область входит Уральский Федеральный округ Российской Федерации, и находится на границе Европы и Азии, в 2 южной части Уральских гор и занимает площадь в 88,5 тыс. км (490 км с севера на юг и 400 км с запада на восток). Область граничит: на западе – с Башкирией, на севере – со Свердловской областью, на востоке – с Курганской областью и Республикой Казахстан, на юге – с Оренбургской областью; общая протяженность границ – 2230 км. Челябинская область разделена на 24 административных района, включающих 30 городов, 30 поселков городского типа и 1261 сельский населенный пункт. Административный центр – г. Челябинск, с населением 1.093 млн. человек; делится на шесть районов: Калининский, Ленинский, Металлургический, Советский, Тракторозаводский и Центральный. Население области составляет 3603,3 тыс. человек; 81,8% из них проживает в городах, сосредоточенных вблизи предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых и преимущественно на них работает. В этническом составе преобладают русские – 82,3%, остальные национальности представлены в следующем составе: татары – 5,7%, башкиры – 4,6%, украинцы – 2,1%, казахи – 1,0% [Лосева и др., 2006]. 3.1. Рельеф Рельеф Челябинской области отличается многообразием форм поверхности: 7% территории приходится на низменные пространства высотой до 200 м, 70% – на равнинные участки высотой 200400 м, 23% – на плоскогорья и горы. Повышение поверхности идет с востока на запад в виде уступов. На востоке в пределы области заходит Западно-Сибирская низменность (до 200 м над уровнем 47

моря). По меридиану восточной окраины г. Челябинска она переходит в Зауральскую возвышенную равнину (до 400м), которая с запада ограничивается широкой полосой Уральского мелкосопочника (наиболее приподнятые части: Карагайские горы – 667 м, возвышенность Куйбас с горой Магнитной – 616 м). Далее следуют невысокие хребты восточных склонов Уральских гор: Вишневые горы, хребты Ильменский, Ишкуль и др. За ними возвышаются основные горные хребты Южного Урала: Урал-Тау, Таганай, Уреньга, Нургуш, Зигальга и др. (800–1100 м, отдельные вершины – до 1200–1400 м). К западу от них Уральские горы вновь понижаются, спускаясь в виде амфитеатра к Уфимскому плоскогорью. Предгорья, горы и Зауральская возвышенная равнина входят в так называемую Уральскую горную страну, которая занимает большую часть территории Челябинской области. Ее геологическое строение отличается сложностью и связанно с длительной историей формирования [Григорчук и др., 1977]. 3.2. Геологическое строение региона По современным представлениям в геологическом строении территории Челябинской области принимают участие вещественноструктурные комплексы различного возраста и геодинамического происхождения, среди которых можно выделить докембрийские ЗападноУральского кратона, магмато-метаморфические блоки микроконтинентов (Уфалейский, Тараташский и Ильмено-Вишневогорский), вулканогенно-осадочные палеоокеанические Магнитогорской и Восточно-Уральской зон, зону меланжа Главного Уральского разлома. Отдельно нужно рассмотреть гранитоиды орогенного (гр. oros – гора) происхождения, распространенные практически во всех перечисленных. Эти комплексы могут быть отнесены к т.н. «уралидам», формирование которых началось в архее и закончилось в герцинское время с прекращением активной вулканической и магматической деятельности [Herrington et al., 2005]. Завершение герцинского тектоногенеза и начало платформенного цикла развития на Южном Урале приходится на конец перми – ранний триас. Достоверно триасовые коры выветривания зафиксированы в Челябинском и Убоганском угольных бассейнах, а также на Юбилейном медноколчеданном месторождении в Башкортоста48

не. Эпоха корообразования в верхней юре – мелу сменилась наступлением моря и формированием угленосных осадочных толщ, в том числе Челябинского буроугольного бассейна. В палеогене возобновились процессы континентального корообразования, которые продолжаются и в настоящее время [Сигов, 1969]. Каждый из перечисленных вещественно-структурных комплексов характеризуется определенной металлогенической спецификой. Наиболее древние архейские и протерозойские породы, зафиксированные в составе микроконтинентов, вмещают небольшие месторождения железистых кварцитов (Тараташский и Уфалейский), гранулированного кварца (Уфалейский). В этой же геодинамической позиции, в связи с развитием субщелочного и щелочного магматизма, получили развитие месторождения и проявления редких металлов (ниобия, бериллия, редкоземельных элементов в Ильмено-Вишневогорском и Уфалейском). Рифейские породы западного склона Урала вмещают крупные месторождения сидерита (Бакальская группа), магнезита (Саткинская группа), барита (Медведевское), титана (Кусинско-Копанский р-н). В палоокеанических вулканогенно-осадочных породах локализованы колчеданные, золото-полиметаллические, медно- и медно-молибден-порфировые, высокосульфидизированные эпитермальные, марганцеворудные месторождения и рудопроявления. С завершающими этапами существования уральского палеоокеана связано формирование месторождений флюсовых известняков (Миасское). При метаморфизме этих пород были образованы месторождения мрамора (Темное Царство и Коелгинское). К зоне главного уральского разлома приурочены небольшие проявления хромитов, золота и платиноидов. С орогенными гранитами связано широкое распространение проявлений золотокварцевой формации, камерных пегматитов с редкометальной нагрузкой. Осадочные породы Челябинского грабена вмещают запасы бурого угля. Наконец, кайнозойское корообразование привело к формированию месторождений каолина, проявлений латеритов, строительных песков, глин, россыпей благородных металлов, кианита, а также золотоносных «железных шляп» на колчеданных и золото49

сульфидных месторождениях палеоокеанического происхождения, вторичных концентраций никеля на ультрамафитовых породах, марганца – на силикатно- и карбонатно-марганцевых проявлениях [Сигов, 1969]. Таким образом, на территории Челябинской области распространены весьма гетерогенные и разновозрастные геологические объекты, каждый из которых характеризуется особым природным геохимическим фоном. Взаимное расположение таких объектов определяет структуру естественного геохимического поля территории области. Наиболее контрастными геохимическими аномалиями, в разы и даже на порядок превышающими кларковые значения для соответствующих пород, характеризуются области распространения сульфидных, а среди них – колчеданных и высокосульфидизированных эпитермальных месторождений. Типичными элементамииндикаторами этих месторождений являются медь, цинк, свинец, мышьяк, ртуть, барий. Области распространения щелочных пород и проявлений ниобия, связанных с ними, обычно аномальны по содержаниям стронция, радиоактивных элементов. Последние также, совместно с бериллием, характерны для природных аномалий гранитоидов. Ультрамафиты и заключенные в них проявления хромитов характеризуются повышенными содержаниями никеля. Однако, природные аномалии по масштабам несопоставимы с техногенными. Отработка месторождений и обогащение горнорудного сырья приводит к переводу в подвижную форму тех элементов, которые входят в состав неустойчивых в атмосферных условиях минералов, к которым, прежде всего, относятся сульфиды. Этот класс минералов составляет основной объем колчеданных руд, но значительные содержания сульфидов фиксируются и в других генетических типах эндогенных и некоторых осадочных (угольных, сидеритовых) месторождений, при отработке которых в результате окисления сульфидов могут возникать высококонтрастные техногенные аномалии цветных металлов, ртути, селена и других потенциально токсичных элементов [Емлин, 1997]. В Челябинской области разведано более 300 месторождений минерального сырья, добычей и переработкой которого занимается около 200 предприятий. Железные руды сосредоточены в 24 разведанных месторождениях с суммарными запасами 832 млн. тонн 50

(80% – сидеритовые руды). В области разведано 9 медноколчеданных месторождений (5 эксплуатируются, 2 – в стадии подготовки к освоению, 2 – в госрезерве) с суммарными запасами руды в 104 млн. тонн. Запасы и ресурсы на двух месторождениях меднопорфировых руд составляют 900 млн. тонн. Запасы золота сосредоточены в 6 рудных и 42 россыпных месторождениях. Месторождения и проявления титана, марганца в настоящее время не разрабатываются, но активно осваиваются месторождения хромитовых руд. Из нерудных полезных ископаемых широкое распространение имеют: горнорудное сырье (графит, каолин, тальк), горнохимическое сырье (барит, фосфориты), сырье для металлургии (известняки флюсовые, кварциты, магнезиты). В области добывается 95% российского графита, 95% магнезита (на крупнейшем в мире Саткинском месторождении), 71% металлургического доломита, 70% талька. Здесь находится единственные в России крупное месторождение каолиновых глин – Журавлиный Лог. На территории области расположено крупнейшее в Европе Коелгинское месторождение белого мрамора, а также имеются неограниченные запасы строительного камня и песка, кирпичных глин, облицовочного камня с широкой цветовой гаммой и разнообразным рисунком [Челябинская область, URL…]. С металлогенической зональностью и многочисленными месторождениями минералов связана высокая и неоднородная насыщенность водоисточников и почв Челябинской области микроэлементами. Их доступность для человека обеспечивается сложными сочетаниями как естественных (растворение, выветривание, поглощение биотой и накопление в цепях питания), так и антропогенных (добыча и переработка полезных ископаемых, промышленное загрязнение, сельскохозяйственная обработка земель) процессов. 3.3. Водные ресурсы Челябинская область расположена на водоразделе бассейнов трех рек – Волги (71% стока), Оби (19%) и Урала (10%). Бассейн р. Кама (приток Волги) представлен реками горной западной части области: Уфа, Ай, Юрюзань, Сим. Большая часть территории области относится к бассейну р. Тобол (приток Оби), куда входят реки: Уй, Увелька, Тогузак, Синара, Теча, Аят, а также главная вод51

ная артерия г. Челябинск – р. Миасс. Бассейн р. Урал представлен самой рекой и ее притоками: Малый и Большой Кизил, Караганка и др. Из протекающих по территории области 3602 рек большинство маловодны, 90% относятся к очень малым – длиной менее 10 км; 17 рек имеют протяженность свыше 100 км. Речные воды характеризуются слабой (до 200 мг/л) и средней (до 500 мг/л) минерализацией, что в сочетании с низкой мутностью позволяет использовать их без очистки во многих отраслях народного хозяйства. В области создано 491 гидротехническое сооружение, из которых 32 – водо3 хранилища с объемом свыше 10 млн. м . Наиболее крупные из них: Аргазинское и Шершневское (р. Миасс), Южноуралькое (р. Увелька), Троицкое (р.Уй), Верхнеуралькое и Магнитогорское (р. Урал) [Андреева и др., 1991; Комплексный доклад …, 2006]. Также в области имеется более 500 болот и 3170 озер: 1340 крупных и 1830 мелких [Комплексный доклад, 2006]. Наибольшее их количество характерно для восточных предгорий, где сосредоточены самые крупные озера области: Увильды, Тургояк, Иртяш, Иткуль, Б. Кисегач, Чебаркуль. Они отличаются невысокой минерализацией (0,3 г/л), прозрачностью и благоприятным кислородным режимом. Много озер и в Зауралье; большинство из них имеет воду низкого качества и/или повышенную засоленность [Андреева, 2004]. В целом, минерализация поверхностных вод пестрая: от 0,3 до 3,5 г/л. Химический состав изменяется от преобладающего гидрокарбонатно-кальциевого до хлоридно-натриевого. На его формирование оказывают влияние горные породы, почвы и техносфера [Буданов, 1964]. В водах почти повсеместно отмечаются: медь, никель, барий, марганец, титан, стронций, достаточно часто – цинк, свинец, ванадий, хром, кобальт, олово, редко – сурьма, молибден, цирконий, бериллий. Радиохимической зональности литосферы соответствует содержание в поверхностных водах природных радионуклидов – урана, радия, радона. Несмотря на обилие водных ресурсов в области, их распределение в течение года и по территории крайне неравномерно, что создает дефицит водообеспечения. С целью хозяйственнопитьевого водоснабжения используется 31 открытый водоем (без учета водоемов закрытых административно-территориальных единиц), за счет которых обеспечиваются 58% населения, а также более 1250 контролируемых Центром госсанэпиднадзора артезиан52

ских скважин [Краюшкина, 2004]. В некоторых районах соотношение поверхностных и подземных источников достигает, соответственно 6,2% и 93,8% [Бакунин и др., 1994]. Жесткость подземных вод Челябинской области последовательно увеличивается с северозападного в юго-восточном направлении (в мг-экв/дм3 = ммоль/л): 8,44 → 11,83 → 12,21. Аналогично изменяется их химический состав: от гидрокарбонатного до гидрокарбонатно-сульфатного, гидрокарбонатно-хлоридного и далее – хлоридного [Аксенов и др., 1996]. Качество воды в основных водных источниках неудовлетворительное, в них стабильно высока доля проб с повышенным содержанием тяжелых металлов: 7-16% в городских источниках и 2630% – в сельских [Краюшкина, 2004]. Основные реки (Миасс, Урал, Юрюзань, Ай, Уй) характеризуются как загрязненные, а ряд их притоков – как очень загрязненные [Белозерова, 2005]. Уровень загрязнения реки Сак-Элга (приток р. Миасс в районе Карабашского медеплавильного комбината) соответствует критериям «экологического бедствия». Река Теча (бассейн р. Тобол), пострадавшая в результате деятельности химкобината «Маяк», по уровням загрязнения техногенными долгоживущими радионуклидами 90 Sr и 137Cs исключена из хозяйственного пользования на всем протяжении в пределах области. Почти во всех прудах и водохранилищах содержание загрязняющих веществ техногенного характера превышает ПДК. Основной причиной загрязнения поверхностных вод являются выбросы в атмосферу предприятий и транспорта, а также промышленные стоки, которых ежегодно в водные объекты области 3 сбрасывается около 800 млн. м , из них 90% – загрязненных. [Малышев и др., 2004; Белозерова, 2005]. Артезианские воды области не соответствуют нормам радиационной безопасности по суммарной α - и β -активности, содержанию радона [Кнутарева, 2004; Плохих, 2004]. 3.4. Климат, природные зоны и почвы Климат Челябинской области – умеренный континентальный. На его формирование существенно влияют Уральские горы, являющиеся препятствием на пути движения атлантических воздушных масс с запада. Солнце светит в среднем 2066 ч в году, что на 53

23,3% больше чем над Москвой. Количество и распределение осадков определяется преимущественно циклонами. Ветровой режим зависит от особенности размещения основных центров действия атмосферы и изменяется под влиянием орографии. В январе-мае преобладают ветры южного и юго-западного направления, в июнеавгусте – западного и северо-западного; средняя скорость ветра – 34 м/с. Среднемесячное значение атмосферного давления колеблется от 737 до 745 мм рт. ст. [Челябинский гидрометеоцентр]. Челябинская область расположена в пределах трех природных зон, в соответствии с которыми выделяют три сходных по климату и условиям земледелия агроклиматических района [Григорчук, 1977]. Горно-лесная зона на 90% расположена в горах северо-запада области и занимает 23,7% ее площади. Зоне соответствует I агроклиматический район с прохладным и влажным климатом. Температурный режим меняется резко в зависимости от рельефа. Лето – короткое прохладное, зима – продолжительная снежная. Средняя температура января – минус 15-16° С, июля – 15-17° С. Количество осадков – максимальное по области (704 мм в г. Златоуст). Высокая лесистость территории (77%) и большое количество осадков определяют преобладание здесь типов почв, связанных с процессами оподзоливания. На долю подзолистых каменистых и хрящевидных почв, выходов камней приходится 60% площади, оподзоленных почв – 15%, серых лесных – 10%, болот – 15%. На краях Уфимского плато, заходящего в западные пределы области, и других выровненных открытых водораздельных пространствах, сложенных известняками, сформировались плодородные деградированные и выщелоченные черноземы. Однако условия для земледелия ограничены малыми размерами пригодных земельных угодий. Лесостепная зона (36,2% площади) находится в Зауралье и простирается к югу от границ со Свердловской областью до реки Уй, охватывая северо-восточную, восточную и центральную части области. Зоне соответствует II агроклиматический район с теплым и достаточно влажным климатом. Зима – холодная снежная. Глубина промерзания почвы – 90-130 см. Средняя температура января – минус 15,5-17,5° С, июля – 18-19°С. Количество осадков – среднее по области (439 мм в г. Челябинск). Для этой зоны характерны преимущественно выщелоченные и оподзоленные черноземы (50% 54

территории зоны), серые и темно-серые почвы, а также солончаки (до 1,5%) и болотистые почвы (6-12%). Пространство между Чебаркулем и Верхнеуральском покрывают богатые гумусом (тучные) черноземы. Степная зона (39,5% площади), занимает весь южный выступ области начиная от широтного течения реки Уй до границ с Оренбургской областью. Зоне соответствует III агроклиматический район с теплым и засушливым климатом. Зима – холодная, с сильными морозами и метелями. Глубина промерзания почвы – 110-150 см. Средняя температура января – минус 17-18° С, июля – 18-19° С. Количество осадков – минимальное по области (351 мм в г. Бреды). Преобладающими типами почв являются: обыкновенные и тучные черноземы (47-50%), выщелоченные черноземы (15,5%), солонцеватые черноземы (15%), южные черноземы (15%) и темнокаштановые почвы. Небольшие площади занимают солончаки, содержащие выносимые грунтовыми водами соли, а также высокоплодородные пойменные аллювиальные почвы. 3.5. Растительность и природные биогеохимические провинции Расположение Челябинской области в трех природных зонах обусловливает большое разнообразие растительного покрова. Здесь представлены самые разные типы ландшафтов, начиная от горных тундр и темнохвойных таежных, смешанных и широколиственных лесов до ковыльных степей. Лесами покрыто 1882,8 тыс. га, из них: березой – 48,3 %, осиной – 11,8%, хвойными (сосна, лиственница, ель, пихта) – 10,9%, дубом – 0,46%. Количество наиболее распространенных видов растений – 210, общее – около 1500. Плодородие почв лесостепной и степной зон определяет широкое развитие в области сельскохозяйственного производства. В 2008 г. общая площадь обрабатываемых полей составит 2,32 млн. га (26,2% территории области), а посевная площадь под сельскохозяйственными культурами – 1,93 млн. га (21,8%). Из них 72% придется на зерновые, 24% – на кормовые, 0,6% – на масличные, 3,5% – на овощные и прочие культуры [Министерство…]. Корневая система растений способна проникать в землю на значительную глубину, и потому именно растения обеспечивают значительную долю миграции химических элементов на поверх55

ность, а также их концентрирование [Махонина, 1987]. Однолетние злаки, лесные ягоды, плодовые и ягодные кустарники имеют длину корней до 1 м; зерновые и овощные культуры, люцерна, плодовые деревья и большинство древесных растений лесов проникают корнями на глубины до 5 м, а полыни, астрагалы, лебеда – до 20 м. Избирательно накапливая те или иные элементы, растения проецируют геохимические аномалии на поверхность и формируют природные биогеохимические провинции. В Челябинской области их выделяется более 20: железные, никелевые, селеновые, борные, мышьяковые, хромовые, свинцовые, ртутные, медные и др. [Грибовский , 1996]. Применительно к территории Урала целесообразнее говорить не столько о природных, сколько о природно-техногенных провинциях. Это связано с тем, что значительная часть месторождений полезных ископаемых длительное время находится в интенсивной разработке, и вблизи предприятий по их добыче и переработке сформировались техногенные аномалии с ураганными концентрациями отдельных элементов. 3.6. Техносфера и экологическое районирование Промышленный потенциал области определяют металлургический, машиностроительный, топливно-энергетический, строительный и аграрно-промышленный комплексы [Улитин и др., 1999]. Металлургический комплекс является ведущим в экономике Челябинской области и производит более 60% объема промышленной продукции. В черной металлургии наиболее значимыми являются: ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ОАО «Челябинский металлургический комбинат», ОАО «Челябинский электрометаллургический комбинат» металлургические заводы горнозаводской зоны Урала (Аша, Златоуст), заводы по производству труб, метизов (Челябинск, Магнитогорск), комбинаты по выпуску ферросплавов (Челябинск) и огнеупоров (Сатка). Предприятия цветной металлургии – ЗАО «Кыштымский медеэлектролитный завод», ОАО «Челябинский цинковый завод», ЗАО «Карабашмедь», ОАО «Уфалейникель» – производят цинк, никель, рафинированную медь. Общее число стационарных источников загрязнения окружающей среды от металлургических предприятий превышает 4 тыс. 56

Исследования промышленной пыли цехов металлургического производства [Борисенкова и др., 2001] позволили нам выявить, что в ее составе доминирует железная окалина, в меньшей степени корунд, кварц, графит, стекло. Суммарное содержание железа (в виде оксидов и металла) варьирует от 85 до 95 мас.%. Далее следуют элементы группы железа (Ti, V, Mn, Cr, Cu, Ni). Максимальные содержания Cr (до 12 мас.%) обнаружены в термическом цехе; Mn до 1,8 мас.% и Ni до 1, 4 мас.% – в прокатном. Во всех цехах установлено присутствие титана (0,7-2,5 мас.%) и ванадия (0,01 – 0,10 мас.%). Наибольшее количество Cu содержится в пыли прокатного цеха (0,12 мас.%). Средний уровень содержания Zn равен 0,03 мас.%, но в пыли конверторного цеха его содержание на порядок выше – 0,3 мас.%. Концентрация Mo не превышает 0,1 мас.%. По количеству Pb в пыли лидирует конверторный цех (0,15 мас.%), в прочих его содержание – 0,02 до 0,06 мас.%. Высокие концентрации Sn и Sb (0,12 и 0,05 мас.%, соответственно) обнаружены в ремонтно-механическом цехе, в других цехах они не превышают тысячных долей процента. Уровень загрязнения цехов остальными анализируемыми элементами существенно ниже: As (до 110 мг/кг), Sr (до 150 мг/кг), Y (до 60 мг/кг), Ce (до 110 мг/кг), La (до 40 мг/кг), U (до 7 мг/кг), Th (до 100 мг/кг), Cd (до 30 мг/кг) [Чиглинцев, 2007]. Предприятия машиностроительного комплекса производят более 10% промышленной продукции области. Ведущими из них являются: ОАО «Автомобильный завод «Урал», ОАО «Челябинские строительно-дорожные машины», ОАО «Теплоприбор», Промышленная группа «Метран», ООО «Челябинский тракторный завод». Основные виды продукции: тракторы, грузовые автомобили, бульдозеры, автогрейдеры, краны, трамваи, продукция приборостроения, горно-металлургическое оборудование. Также на территории области действуют 12 предприятий энергетического комплекса, включая 6 крупных ГРЭС и ТЭЦ и более 300 ведомственных котельных, работающих на твердом, жидком и газообразном топливе. Общее число источников загрязнения превышает 1200. На западе области располагаются центры ракетостроения и космической техники, а на северо-западе – уникальные крупнейшие центры атомной промышленности – города Снежинск и Озерск. С деятельностью расположенного в Озерске ПО «Маяк» связаны три эпизода, приведшие к загрязнению значительной территории об57

ласти радионуклидами 89, 90Sr, 95 Zr, 95Nb, 103, 106 Ru, 137 Cs, 144 Ce, 239, 240 Pu [Голощапов и др., 1996; Демин и др., 1996; Плохих, 1998]: • многолетний сброс радиоактивных отходов суммарной активностью около 2,7 млн. Ки (кюри) в реку Теча в 19491956 гг., приведший к облучению 124 тыс. человек; • авария 1957 г., приведшая к выбросу около 20 млн. Ки, формированию Восточно-Уральского радиоактивного следа, отселению более 10 тыс. жителей и изъятию из хозяйственного пользования 800 км2 земель [Тетерин, 1999]; • ветровой разнос радиоактивного ила (6 тыс. Ки) из обмелевшего озера Карачай, служившего отстойником – накопителем отходов [Аклеев и др., 2000; Лагунов, 2005]. Высокая промышленная нагрузка с неизбежностью порождает огромные объемы различных типов отходов. На территории области накоплено более 4,08 млрд. тонн отходов от предприятий черной металлургии (61%), топливной промышленности (27%), промышленных стройматериалов (4,3%), предприятий цветной металлургии (2,8%). Ежегодно на территории области образуется около 1 млн тонн твердых бытовых отходов (ТБО), из которых перерабатывается для вторичного использования 6%, а 94% подвергаются захоронению или размещаются на организованных и стихийных свалках. [Белозерова, 2005]. Причем из 670 мест захоронения ТБО только 3 современных полигона отвечают санитарно-эпидемиологическим требованиям [Комплексный доклад …, 2007]. Помимо промышленных и коммунальных отходов в области накоплено 387 т запрещенных к применению пестицидов и ядохимикатов, а также крайне велика автотранспортная нагрузка: в последние годы выброс вредных веществ от транспорта вырос до 35% от общего объема выбросов в целом по области. Совокупное действие источников загрязнения приводит к тому, что в индустриальных районах Челябинской области на каждого жителя приходится 2000 кг, а в курортных зонах – 200 кг вредных веществ в год, тогда как среднестатистический показатель по России – 327 кг [Бакунин и др., 1994]. Воздух городов загрязнен бенз(а)пиреном, формальдегидом, фенолом, оксидами азота, сероуглеродом, пылью и соединениями тяжелых металлов. Челябинск, Магнитогорск и Карабаш включены в общероссийский список городов с аномально высоким уровнем загрязнения атмосферы. Также загрязнению подвержены 58

водоисточники и почвы. Так, почвы г. Челябинска многократно превышают максимально допустимый уровень по концентрации Zn, Cu, Pb, Co, Cd, Ni, а по показателю суммарного загрязнения тяжелыми металлами 26% почв территории города имеют чрезвычайно опасный, 74% – опасный и лишь 0,1% – допустимый уровень загрязнения [Грибовский, 1996]. По экологической ситуации, складывающейся на территории области можно выделить следующие четыре района [Бакунин и др., 1994]: 1) Карабашско-Муслюмовский район с кризисной ситуацией, 2 площадью 3400 км , где проживает 4,9% населения области; 2) Челябинско-Полетаевский, Бакало-Саткинский, Магнитогорский – районы с критической ситуацией суммарной площадью 7250 км2 где проживает 51,5% населения области; 3) Троицкий, Верхнеуральско-Кизильский, Ашинский, Юрюзанский, Миасско-Аргаяшский, Еманжелинский – районы с напряженной ситуацией, занимают площадь 20,1 км2 , где проживает 14,5% населения области; 4) Нязепетровский, Катав-Ивановский, Уйский, Брединский – районы с относительно удовлетворительной ситуацией, занимают 60% территории области, где проживает 29,1% населения, занятого преимущественно в сельском хозяйстве. В целом, по оценке природной, эколого-гигиенической, социально-экономической и санологической ситуации Челябинская область характеризуется как аграрно-индустриальный, среднеурбанизированный район, с условно благоприятными и малоблагоприятными природными условиями, со сложной и крайне неблагоприятной эколого-гигиенической ситуацией, отличающийся пониженным уровнем здоровья населения [Хальфин и др., 1995; Прохоров, 1998]. 3.7. Санологическая характеристика по мочекаменной болезни Структура заболеваемости уролитиазом взрослого населения в Челябинской области за период с 1994 по 2007 г.г. (по данным областного бюро медицинской статистики – форма № 12) отражена в табл. 3.1.

59

Таблица 3.1 Структура заболеваемости мочекаменной болезнью в Челябинской области Года

Заболеваемость на 10.000 населения

Распространенность на 10.000 населения

Летальность

1994

37

562

0,5

1995

35

529

0,5

1996

33

499

0,4

1997

35

513

0,4

1998

38

568

0,3

1999

42

616

0,4

2000

44

625

0,4

2001

39

555

0,2

2002

39

541

0,3

2003

42

576

0,4

2004

27

447

0,2

2005

26

440

0,2

2006

37

602

0,2

2007

40

583

0,3

Как видно из представленных данных, в характере распространенности уролитаза в Челябинской области можно выделить ряд подъемов умеренной интенсивности, следующих друг за другом без определенной закономерности, причем увеличение заболеваемости в годы подъемом уравновешивается уменьшением случаев заболеваний в периоды спадов. Летальность от заболевания сохраняется на достаточно стабильном уровне. Среди взрослого населения области заболеванием страдает от 0,33% до 0,44%. В спектре всех заболеваний мочеполовой системы уролитиаз составляет от 5,4% до 6,2% случаев. В структуре урологических стационаров патология занимает от 11,2% до 12,2% госпитализаций.

60

Таким образом, в течение последних 60 лет Челябинская область является зоной формирования экогеохимической аномалии сложного строения. Здесь происходит взаимное наложение четырех составляющих: 1) естественных геохимических аномалий; 2) геохимических аномалий, инициированных перераспределением элементов в процессе добычи и обогащения полезных ископаемых; 3) загрязнений, связанных с деятельностью перерабатывающих предприятий; 4) складированием отходов. Суммарное их действие составляет геотехносферу Челябинской области и определяет сложную экологическую ситуацию.

61

Глава IV ГЛАВНЫЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ТИПЫ МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ: ФАЗОВЫЙ СОСТАВ, ВНУТРЕННЯЯ АНАТОМИЯ, ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ФАЗ В работе главным критерием подразделения мочевых камней были выбраны устойчивые фазово-морфологические сочетания, а не их внешний облик, неоднократно и тщательно охарактеризованный нашими предшественниками [Кораго, 1992; Каткова, 1996; Полиенко и др., 1996; Lonsdale, 1968; Kontoyannis et al., 1997]. Традиционно в медицине используется химическая классификация мочевых камней, согласно которой выделяют три основные группы: уратные, состоящие главным образом из мочевой кислоты и ее солей (уратов); фосфатные, в строении которых принимают участие преимущественно соли ортофосфорной кислоты, и оксалатные, сложенные солями щавелевой кислоты; встречаются также камни, состоящие из цистина [Кораго, 1992]. И.С. Колпаков (1965) классифицировал мочевые камни, принимая во внимание не только их фазовый состав, но и морфологические особенности слагающих их минералов и минеральных агрегатов. Этот подход представляется нам наиболее оптимальным. В детальной характеристике вещественно-морфологических особенностей доминирующих типов конкрементов основной акцент был сделан на представлении результатов, полученных с помощью нетрадиционных для этой области минералогии методов – сканирующей электронной микроскопии сверхвысокого разрешения и двух методов рентгеноспектрального микроанализа – энерго-дисперсионного и электронно-зондового. Применение оригинальной методики микрозондового анализа позволило параллельно с определением макроэлементного состава минеральных фаз контролировать содержание элементовпримесей в локальных участках, сопоставимых с диаметром зонда (d = 10 мкм), а также диагностировать состав микроядер и фаз-включений. Для удобства восприятия информация о количественных соотношениях минеральных фаз в конкрементах представлена в виде условных формул, подобных кристаллохимическим формулам минералов. В роли миналов в данном случае выступают отдельные минеральные фазы, а индексы обозначают их процентное содержание в валовой пробе камня, установленное по совокупным результатам рентгенофазового и петрографического анализов (табл. 4.1). 62

63

Поскольку конкременты имеют различную пористость и, как следствие, разную удельную плотность, в качестве критерия их сопоставления были выбраны не линейные размеры, а масса камня. 4.1. Морфологические особенности главных типов мочевых камней Оксалатные камни – тип 1 преимущественно были сложены СаС2О4 · Н2 О и СаС2О4 · 2Н2 О. На основании минералогического анализа выявлены следующие устойчиво повторяющиеся типы оксалатных уролитов. Тип 1-1 – 40,2% от общего числа камней (О1 ± О2: CaC2 O4 · H2 O ± CaC2 O4 · 2H2 O). Преимущественно был выделен одновод0 ный – СаС2 О4 ·Н2 О (главные рентгеновские отражения d/N А : 5,91; 0 3,68; 2,98; 2,36; 2,28; 1,98) и двуводный – СаС2 О4 ·2Н2 О (d/N, А : 6,15; 4,44; 2,76; 1,89) оксалаты кальция. Сферолитовые агрегаты СаС2 О4 · Н2О, поверхность которых в ряде случаев была инкрустирована разноориентированными кристаллами СаС2 О4 · 2Н2 О (рис. 4.1 а-в). Этот же тип был выделен А.К. Полиенко c соавт. (1996)как самостоятельная единица. Тип 1-2 – 4,8% (О1 ± О2 +U: CaC2 O4 · H2 O ± CaC2 O4 · 2H2 O 0 ± C5 N4 H4 O3 ) (d/N, А : 6,55; 4,93; 3,78; 3,19; 3,10; 2,87). Камни этого типа редки и представляли собой зональные образования: ядро – сферолитовый агрегат СаС2О4 · Н2 О; внешняя зона – плотный, тонкослоистый агрегат микроиндивидов мочевой кислоты (рис. 4.1 г, д). В единичных случаях строение таких камней может осложнять присутствие дополнительной зоны, сложенной кристаллическим органическим веществом (рис. 4.1 е). Тип 1-3 – 23,2% (О1 + О2 + А: CaC2 O4 · H2 O ± CaC2 O4 · 2H2 O ± Ca5 (PO4 )3 OH). Оксалатные конкременты нерегулярного строения (рис. 4.2). Основу этих камней неизменно составлял разориентированный друзовый агрегат крупных (до 1,5 мм) кристаллических индивидов (рис. 4.2 в-е). Габитус кристаллов свидетельствовал, что изначально это был двуводный оксалат кальция (СаС2 О4 · 2Н2О). Однако, в зрелых камнях СаС2 О4 · 2Н2 О, вследствие реакции дегидратации был целиком замещен одноводным оксалатом кальция (СаС2 О4 · Н2 О) (рис. 4.2 е). В действительности мы имели дело с псевдоморфозами низководного кристаллогидрата 64

(СаС2 О4 · Н2 О) по высоководному (СаС2 О4 · 2Н2О) – ситуация типичная для большинства серий кристаллогидратных соединений [Петров и др., 1983]. В отдельных случаях в строении центральных зон камней типа 1-3 принимали участие самостоятельные ритмы (как правило, незамкнутые) тонкоигольчатого СаС2 О4 · Н2О, характерного для сферолитовых агрегатов (рис. 4.2 в-е). Отличительной особенностью камней этого типа являлось наличие многочисленных незакономерно расположенных полостей, целиком или частично заполненных мелкоглобулярным апатитом, который активно участвует в связывании кальция в агрегаты [Santin et al., 1998]. В дальнейшем эти обособления будут именоваться автономными апатитовыми «карманами» (рис.4.2 е-з). На поверхности конкрементов типа 1-3 всегда присутствовал друзовый (часто радиальноориентированный, но в ряде случаев и незакономерный) агрегат кристаллов СаС2О4 · 2Н2 О (рис. 4.2 а, б). Нередко такие агрегаты были многослойными. В этом случае ядра кристаллов СаС2 О4 · 2Н2 О из глубоких слоев целиком или частично замещены СаС2 О4 · Н2О, и только индивиды, непосредственно соприкасавшиеся с кристаллизационной средой вплоть до момента извлечения камня из верхних мочевых путей, были представлены высоководным кристаллогидратом – СаС2 О4 · 2Н2 О (рис. 4.2 е; 4.3). Мочекислые конкременты. Тип 2 – 14,9% (U ± O1 ± О2 ± A: C5 N4 H4 O3 ± CaC2 O4 · H2 O ± CaC2 O4 · 2H2 O ± Ca5 (PO4 )3 OH). Глав0 ные рентгеновские отражения соединения C5N4 H4 O3 (d/N, А : 6,55; 4,93; 3,78; 3,10; 2,87). (U ± O1 ± О2 ± A). К нему отнесены конкременты, состоящие на 50-100 об.% из мочевой кислоты (рис. 4.4, 4.5). Большинство из них обладали концентрически-зональным строением (рис. 4.4 б-г, е; 4.5 в). Не редкость – несколько четко проявленных ритмов растворения. Обычно за растворением следовала регенерация камня той же минеральной фазой (рис. 4.5 в). Согласно оптическим наблюдениям и данным сканирующей электронной микроскопии, мочекислые камни образовывали плотные незакономерные агрегаты – продукт слипания комковатых или глобулярных микрочастиц (рис. 4.4 ж; 4.5 д), а также сферолитоподобные и классические сферолитовые агрегаты (рис. 4.1 д, е; 4.4 г, з; 4.5 б). В сферолитовых агрегатах промежутки между волокнистыми субиндивидами были заполнены темным изотропным веществом, вероятнее всего, белково-органическим материалом. Иногда внутри 65

плотных мочекислых камней присутствовали тонкие ростовые ритмы СаС2О4 · Н2 О сферолитового строения (рис. 4.4 з). Обнаружен ряд мочекислых камней, где внешнюю поверхность слагал бронирующий слой апатита (рис. 4.4 а-г; 4.5 г). В этом случае в петрографических шлифах отчетливо были видны поверхности растворения мочевой кислоты и их дальнейшее обрастание апатитом со сменой ориентировки микрослоистости (рис. 4.4 в, г). Микрозондовыми исследованиями установлено, что с поверхностью растворенной мочевой кислоты непосредственно соприкасаются сферолитовые агрегаты СаС2 О4 · Н2 О, размер которых не превосходит 15-20 мкм. На них нарастал слой крупноглобулярного апатита, который и формировал внешнюю поверхность конкремента. В изученной коллекции также присутствовали мочекислые камни, кристаллические индивиды которых образовывали ажурный каркас в ядерной части и более плотную, но также кавернозную оболочку (рис. 4.5 е; 4.6). Основу фосфатных конкрементов составлял апатит и другие фосфаты кальция. В целом они формировали 3 тип, в пределах которого выделялись два главных подтипа. Тип 3-1 (10%) – апатит–струвитовые камни (A + S + O1 ± О2: Ca5 (PO4 )3 OH + MgNH4 PO4 · 6H2 O + CaC2 O4 · H2 O ± CaC2 O4 · 2H2 O). Главные рентгеновские отражения апатита (Ca5 (PO4 )3 OH) 0 (d/N, А : 3,43; 2,82; 2,77; 2,68); струвита (MgNH4 PO4 · 6H2 O) (d/N, 0 А : 5,61; 4,23; 4,13; 2,96). Тип 3-2 (6,9%) – апатит–оксалатные камни (A + O1 ± О2: Ca5 (PO4 )3 OH + CaC2 O4 · H2 O ± CaC2 O4 · 2H2 O). Поскольку фосфаты мочевых камней в минералогическом плане наиболее разнообразны, но при этом изучены недостаточно, остановимся на их характеристике более подробно. Апатит-струвитовые камни в большинстве своем крупные, среди них много коралловидных (рис. 4.7 а-г). Они легко крошились по поверхностям слоистости (рис. 4.7 д). Между ростовыми ритмами располагались пустоты сопоставимых размеров. Струвит образовывал относительно крупные (до 1 мм) зерна, обычно плохо ограненные в мелко- и микрозернистой (часто мелкоглобулярной) вмещающей матрице апатита (рис. 4.7 е). Зафиксирован только один случай формирования струвитом закономерных радиально ориентированных скелетных кристаллов (рис. 4.7 ж, з). Содержание струвита в конкрементах 66

типа 3-1 обычно не превышало 50 %, но в двух пробах он являлся доминирующей фазой (70 %). Следует отметить, что струвит был наиболее характерен для внутренних зон этих камней – их «стержневой» части. К периферии конкремента его количество резко убывало (рис. 4.7 б-г). В зонах развития апатит-оксалатной минерализации присутствовали только спорадические кристаллы струвита в массе апатита, не имевшие непосредственных контактов с оксалатами. Апатиты струвитсодержащих камней морфологически весьма разнообразны. Среди апатитов из «стержня» коралловидного камня удалось обнаружить своеобразные агрегаты, морфология которых напоминает биогенные постройки (рис. 4.8 а-б). Агрегат плотный, микроглобулярный, с характерным рисунком, который позволяет предполагать его возникновение в результате жизнедеятельности колоний патогенной микробной флоры, продуктом метаболизма ко3торых является фосфат-ион (РО4 ) [Кораго, 1992; Каткова, 1996; Janitzky et al., 1989; Kodaka et al., 1994]. В.И. Каткова (1996) определяла такие образования как «окаменелые бактериальные микроколонии». Ни в каких других типах мочевых камней подобные формы выделений апатита встречены не были. По данным рентгенофазового анализа и ИК-спектроскопии, в этой ассоциации диагностированы структурно наиболее несовершенные карбонатапатиты. Для промежуточных зон камня было характерно сосуществование трех морфологических (а, возможно, и фазовых) разновидностей фосфата кальция (рис. 4.8 в). Преобладал материал, не имевший характерных текстурных особенностей. В его спектре присутствовали линии Са и Р (Са : Р = 1,0-1,5), что, однако, оставляет открытым вопрос о наличии воды. В.И. Каткова (1996) и Т. Кодака с соавт. [Kodaka et al., 1994] интерпретировали подобные образования как аморфный фосфат кальция, являющийся благоприятной средой существования бактерий. Глобулярный фосфат кальция, по-видимому, являлся продуктом жизнедеятельности патогенной микрофлоры. Кристаллический апатит (наиболее поздняя фаза в этой ассоциации) представлял собой продукт перекристаллизации ранее образованных фосфатов кальция. Синтез глобулярного фосфата кальция осуществлялся в течение всего периода роста камня, о чем свидетельствовали характерные «присыпки» глобул, блокировавшие рост граней апатита (рис. 4.8 д-е) и СаС2О4 · Н2 О (рис. 4.8 г). Микроморфология глобул была разнообразна. Наряду с овоидами обнаружены микропластинчатые и микроигольчатые агрегаты (рис. 4.9). 67

Идентификация фазового состава фосфатов кальция в каждом конкретном случае была затруднена. Результаты рентгеновских исследований свидетельствовали, что в образцах преобладал апатит низкой степени кристалличности. Данные микрозондового анализа (см. табл. 4.6) согласовывались с этим выводом. Однако, соотношение Са и Р в конкретных микроглобулах, оцененные по спектрам энерго-дисперсионного рентгеноспектрального микроанализа, значительно варьировали – Са : Р = 1,0-1,5. Это свидетельствовало о сосуществовании на микроуровне разнообразных форм фосфатов кальция. К аналогичному выводу ранее пришели С Пак с соавт. [Pak] (2004). Во внешней зоне апатит-струвитовых камней был обычен микроглобулярный апатит, а также кавернозный пористый агрегат фосфатов кальция. Этот материал легко отслаивался с поверхности камня. В одном из образцов поверхность камня покрывала тонкая (доли мм) пластичная пленка. Изучение ее под электронным микроскопом показало, что она представляла собой агрегат крупных обособленных глобул апатита в «паутине» тонких нитей (рис. 4.10). По аналогии с данными, приведенными В.И. Катковой (1996), можно предположить, что эти образования являлись гифами грибов, а пленка свежеосажденного материала представляла собой не что иное, как органо-минеральное образование. Оксалаты кальция в фосфатных камнях преимущественно были представлены полными псевдоморфозами СаС2 О4 · Н2О по крупными кристаллами СаС2 О4 · 2Н2О. Неизмененный уэдделит (СаС2О4 · 2Н2 О) обнаружен только в составе друз, непосредственно образующих внешнюю поверхность коралловидных камней (рис. 4.7 а). Тип 3-2. Четкую границу между этими типами 3-1 и 3-2 нередко провести трудно, поскольку только центральная часть ствола коралловидного камня может содержать струвит (рис. 4.7 а-в). Апатитоксалатные камни обычно прочнее и плотнее, чем апатит-струвитовые (тип 3-1). Сферолитовые агрегаты СаС2О4 · Н2О не характерны для этого типа конкрементов. Кристаллические индивиды СаС2О4 · 2Н2 О во всех случаях (кроме кристаллов, непосредственно выходящих на поверхность камня) были дегидратированы и представляли собой псевдоморфозы СаС2О4 · Н2О по СаС2 О4 · 2Н2О (аналогично типу 1-3). Их разветвленный агрегат создавал своеобразный «каркас», который армировал рыхлую апатитовую массу, повышая в результате прочность камней. Микроморфология апатита аналогична типу 3-1. 68

Рис. 4.1. Фотограммы. Внешний облик и внутренняя анатомия мочевых камней, сложенных сферолитовыми агрегатами CaC2 O4 · H2 O (тип 1-1) (а-в), конкрементов с ядрами состава CaC2 O4 · H2 O и внешней зоной, сложенной мочевой кислотой (тип 1-2) (г-е): а – мономинеральный CaC2 O4 · H2 O; б – сферолитовый агрегат CaC2 O4 · H2 O, инкрустированный друзами индивидов CaC2 O4 · 2H2 O;в – полированный спил полицентрического сферолитового агрегата; г – конкремент с ядром из CaC2 O4 · H2 O и внешней зоной, сложенной микроритмами плотной мочевой кислоты (полированный спил); д – внешняя поверхность камня типа 1-2, образованная крупными сферолитами мочевой кислоты; е – внутреннее строение сложного конкремента: ядро – сферолитовый агрегат CaC2 O4 · H2 O; промежуточная зона – органическое вещество с отдельными незамкнутыми ритмами CaC2O4 · H2 O; внешняя зона – полицентрический сферолитовый агрегат мочевой кислоты. 69

70

Рис. 4.2. Фотограммы и микрофотограммы. Внешний облик и внутренняя анатомия мочевых камней, сложенных CaC2 O4 · H2 O, CaC2 O4 · 2H2 O и апатитом (тип 1-3): а, б – внешняя поверхнос ть уролитов, инкрустированная неизмененными или частично дегидратированными индивидами CaC2 O4 · 2H2 O: а – радиально ориентированный агрегат кристаллов CaC2 O4 · 2H2 O; б – друза CaC2 O4 · 2H2 O; в, д – зональное строение конкрементов в полированных спилах; г, е – петрографические шлифы (поляризованный свет г – без анализатора; е – николи Х, ув. 200). В ядре камня располагается друзовый агрегат дегидратированных крис таллов CaC2 O4 · 2H2 O, псевдоморфно замещенных CaC2 O4 · 2H2 O (1) и апатитовые «карманы» (2); далее следует зона CaC2 O4 · H2 O сферолитового строения (3); поверхнос ть сложена неизмененным и частично дегидратированным CaC2 O4 · 2H2 O (4); ж, з – крупные апатитовые «карманы» (1), заполненные агрегированным в микрослои (ж) или глобулярным (з) апатитом (сколы оксалатных конкрементов).

Рис. 4.3. Фотограмма и микрофотограмма. Морфология (а) и микроморфология (б) поверхности оксалатных конкрементов (тип 1-3): а – индивиды CaC2 O4 · 2H2 O и глобулярный апатит; б – расщепленные микроиндивиды CaC2 O4 · 2H2 O и кристаллиты апатита (ув. 600).

71

72

Рис. 4.4. Фотограммы и микрофотограммы. Внешний облик и внутренняя анатомия уролитов, сложенных мочевой кислотой (тип 2). Концентрически зональный конкремент, сложенный мочевой кислотой: а – внешний облик; б – полированный спил, проведенный через центральное сечение конкремента; в – петрографический шлиф, выявляющий внешнюю зону рас творения мочевой кислоты и регенерации ее апатитовой каймой (поляризованный свет без анализатора); г – увеличенный фрагмент, иллюстрирующий фрагментарное рас творение мочевой кислоты (1) и нарастания на эту поверхнос ть апатитовой каймы (2) с . включениями кристаллитов CaC2 O4 H2 O (петрографический шлиф, николи Х, ув.300); Мочекислый камень, в строении которого принимают участие периодические концентрические зоны CaC2 O4 · H2 O сферолитового строения: д – внешний облик; е – полированный спил; ж – ядерная часть камня – продукт агрегации микроглобул мочевой кислоты с единичными зональными кристаллитами CaC2 O4 · H2 O (петрографический шлиф, николи Х, ув. 300); з – сферолитовые агрегаты мочевой кислоты (1) и CaC2 O4 · H2 O (2), формирующие ритмы в центральной ростовой зоне камня (петрографический шлиф, николи Х, ув. 300).

73

Рис. 4.5. Фотограммы и микрофотограмма. Мочекислые камни (тип 2). Ритмическое строение мочекислого конкремента сферолитовой структуры (1), содержащего тонкие рос товые зоны CaC2 O4 · H2 O (2) (а – полированный спил, б – петрографический шлиф, николи Х, ув. 100); в – изменение конфигурации ростовых зон, свидетельствующее о наличии многочисленных актов растворения и регенерации в процессе формирования мочекислого камня; г – бронирующий слой из глобулярного апатита на растворенной поверхности мочекислого камня; д – мочекислый камень, представляющий собой продукт агрегации микрочастиц; е – перекристаллизованные индивиды мочевой кислоты, образующие ажурный каркас в ядре уролита; внешняя плотная оболочка состоит из не ограненных зерен.

74

Рис. 4.6. Микрофотограммы. Микроморфология индивидов мочевой кислоты (сканирующий электронный микроскоп JSM-35): а – собирательная перекристаллизация мочевой кислоты в зоне, непосредственно примыкающей к внешней скрытокристаллической корке конкремента; наблюдается образование ограненных индивидов, увеличение размера пор и формирование в результате этого процесса незакономерного кавернозного агрегата мочевой кислоты (ув. 200); б – перекристаллизованный текстурированный агрегат ограненных индивидов мочевой кислоты из внутренней зоны конкремента отчетливого микрослоистого строения (ув. 600). 75

76

Рис. 4.7. Фотограммы и микрофотограммы. Внешний облик и внутренняя анатомия апатит-струвитовых уролитов (тип 3-1): а – внешний облик; б-г – поперечные спилы фрагментов коралловидных камней сложного строения; в ядре преобладают струвит и карбонатапатит; в промежуточных зонах струвит исчезает и растет содержание дегидратированного CaC2 O4 · 2H2 O, псевдоморфозно замещенного CaC2 O4 · H2 O; внешняя зона состоит из фторгидроксил-апатита и CaC2 O4 · H2 O; на поверхности – друзовый агрегат CaC2 O4 · 2H2 O; д – грубая микрослоистость (ламинарность) струвитсодержащих мочевых камней, обусловленная наличием регулярных межслоевых пустот; е – индивиды струвита (1) в микрозернистой массе апатита (2) (сканирующий электронный микроскоп LEO-400, ув. 600); ж, з – агрегат радиально ориентированных скелетных индивидов струвита в концентрически зональном конкременте (ж – спил; з – петрографический шлиф, поляризованный свет, без анализатора, ув. 60).

77

Рис. 4.8. Микрофотограммы. Микроморфологические особеннос ти фосфатов кальция из струвитсодержащих конкрементов камней (тип 3-1) (сканирующий электронный микроскоп LEO-400, ув. 600): а, б – карбонатапатиты, образующие псевдоморфозы по биогенным пос тройкам в стержневой части коралловидных камней; в – колломорфный и глобулярный фосфаты кальция и продукт их перекристаллизации – апатит, сосуществующие в микрообъеме мочевого камня; г-е – «присыпки» позднего глобулярного фосфата кальция, блокирующие рост граней кристаллов CaC2 O4 · 2H2 O (г) и апатита (д, е).

78

Рис. 4.9. Микрофотограммы. Глобулярные фосфаты кальция в мочевых камнях (сканирующий электронный микроскоп LEO-400, ув. 600): а – овоиды фосфата кальция, лишенные индивидуализированных крис таллитов, на поверхности крис таллов апатита (промежуточная зона коралловидного струвитсодержащего камня, тип 3-1); б – глобулы, сложенные игольчатыми микроиндивидами карбонатапатита (центральный с твол коралловидного струвитсодержащего камня, тип 3-1); в – глобулы апатита, состоящие из микропластин (автономный «карман» в ядерной части оксалатного камня, тип 1-3). Глобулярный годроксил-фторапатит из автономного «кармана», расположенного в ядерной части оксалатного конкремента (тип 1-3): г – общий облик агрегата; д – увеличенный фрагмент; е – отдельная глобула, состоящая из пластинчатых индивидов; на ее поверхнос ти обособления колломорфного фосфата кальция. 79

Рис. 4.10. Органо-минеральный агрегат, формирующий поверхнос ть мочевого камня (тип 3-1) – крупные глобулы апатита, соединенные гифами грибов (сканирующий электронный микроскоп JSM-350). а – общий облик агрегата (ув. 300); б – апатитовая глобула, сложенная игольчатыми микроиндивидами (ув. 2600).

4.2. Особенности химического состава минералов мочевых камней В задачи исследований, выполненных посредством микрозондового анализа, входила идентификация и определение абсолютных содержаний элементов-примесей в кристаллических фазах и различных анатомических зонах минеральных агрегатов, слагающих мочевые камни. Объектами исследования были зрелые и молодые ядра оксалатных конкрементов; тонкошестоватые агрегаты СаС2О4 · Н2О с неравномерным распределением органического пигмента (рис. 5.2, 5.3); крупные кристаллы СаС2 О4 · 2Н2 О, не подверженные дегидратации (рис. 4.2 а,б); псевдоморфозы СаС2 О4 · Н2 О по СаС2 О4 · 2Н2О (рис. 4.2 д,е); фазы-включения в матрице оксалатов кальция; апатиты из всех типов камней; струвит и мочевая кислота. 80

Содержание СаО в сферолитовых агрегатах CaC2O4 · H2 O колебалось от 38 до 40 мас. % (табл. 4.2). Они всегда содержали значимые количества P и S, максимальные концентрации которых (P2 O5 до 0,8 мас. % и SO3 до 1,0 мас. %) были зарегистрированы в ядрах и в зонах, обогащенных пигментом. В зонах, лишенных пигмента, концентрации этих элементов отмечены достоверно ниже (P2O5 до 0,05 мас. % и SO3 до 0,4 мас. %). В сферолитовых агрегатах постоянно присутствовали примеси (в мас. %): K2O (0,05-0,1), MgО (0,05-0,2) и Na2 O (0,1-0,25). Максимальные концентрации хлора (Cl = 0,03-0,08 мас. %) удалось обнаружить в ядрах поздних сферолитов. Содержания Fe, Si, Al, Ti, Cr, Mn в большинстве случаев не превышали пределов обнаружения, которые обеспечивала данная методика. В противоположность сферолитовым агрегатам CaC2 O4 · H2 O, крупные кристаллы неизмененного CaC2O4 · 2H2O были близки к теоретическому составу (табл. 4.3). Сера, магний и натрий отмечены только в микроколичествах (до нескольких сотых долей мас. %), а фосфор не был обнаружен. По содержанию микропримесей псевдоморфозы CaC2 O4 · H2O по CaC2O4 · 2H2 O занимали промежуточное положение (табл. 4.3). В матрице оксалата кальция эпизодически удавалось обнаружить единичные минерализованные включения органического вещества (размером до 15-20 мкм). Представительный анализ такого образования (в мас. %): SiO2 – 0,27; MgO – 1,13; CaO – 17,69; Na2O – 1,35; K2 O – 27,21; P2 O5 – 0,97; SO3 – 0,69; Cl – 17,62. Анализ конкрементов, сложенных мочевой кислотой, показал, что ее кристаллы (рис. 4.6) лишены даже тех примесей, которые присутствуют во всех прочих минеральных фазах мочевых камней, за исключением незначительных количеств P, S и Na (табл. 4.4).

81

Таблица 4.2 Результаты микрозондового анализа сферолитовых агрегатов СаС2 О4 ·Н2 О (мас. %) Компонент

SiO2 MgO CaO Na2 O K2 O P2 O5 SO3 CO2 H2 O теоретический состав

n=20

0,01 0,00 0,05 0,02 0,04 0,02 0,02

X

Sх n=9

X

Sх n=13

X

Sх n=8

X

Sх

38.38

0,01 0,17 0,00 0,01 0,00 0,03 0,06 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,03 0,10 0,01 0,00 0,03 0,04

F

Cl

-

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,00 0,00 0,01 0,00 0,01 0,00 0,00

-

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,04 0,04 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02

-

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,01 0,02 0,01 0,03 0,04 0,01 0,01

-

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,03 0,00 0,00 0,00 0,05 0,03 0,05

49.28 12.34

представительные анализы светлые зоны 0,10 39,51 0,10 0,06 0,00 0,35 0,13 38,96 0,17 0,04 0,00 0,23 0,12 38,86 0,18 0,06 0,10 0,35 0,11 40,21 0,13 0,06 0,00 0,29 0,17 39,96 0,15 0,05 0,00 0,24 0,12 39,48 0,15 0,06 0,02 0,31 0,03 0,64 0,03 0,01 0,03 0,06 зоны, обогащенные пигментом 0,05 39,15 0,17 0,04 0,17 1,02 0,08 38,95 0,12 0,06 0,15 1,04 0,12 39,92 0,21 0,05 0,36 0,46 0,10 39,11 0,20 0,06 0,54 0,58 0,11 38,99 0,17 0,05 0,33 0,49 0,10 39,26 0,16 0,05 0,27 0,59 0,02 0,36 0,04 0,01 0,14 0,26 оксалатные ядра зрелых сферолитов 0,08 39,91 0,22 0,06 0,21 0,45 0,09 38,49 0,24 0,05 0,75 0,70 0,12 38,83 0,21 0,05 0,78 0,49 0,13 39,79 0,26 0,09 0,43 0,54 0,08 39,40 0,19 0,06 0,55 0,51 0,12 39,58 0,20 0,08 0,46 0,48 0,03 0,61 0,04 0,02 0,19 0,11 оксалатные ядра молодых сферолитов 0,15 38,64 0,14 0,06 0,36 0,49 0,11 39,21 0,15 0,05 0,40 0,50 0,08 37,85 0,17 0,07 0,33 0,53 0,12 40,02 0,23 0,06 0,38 0,40 0,17 40,18 0,14 0,05 0,75 0,41 0,13 39,01 0,17 0,06 0,46 0,56 0,03 0,84 0,03 0,01 0,18 0,30 -

Примечания: n – число определений; X – среднее значение; Sr – стандартное отклонение. Прочерк – элемент не определялся.

82

83

Таблица 4.4 Результаты микрозондового анализа кристаллов мочевой кислоты С5 H4 N4 O3 (мас.%) Компонент SiO2 MgO CaO Na2 O K2 O P2 O5 SO3 Cl

0,00 0,02 0,00 0,02 0,05 0,04 0,15 0,03

Предс тавительные анализы (мас.%) 0,01 0,02 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,01 0,00 0,02 0,00 0,03 0,06 0,07 0,07 0,19 0,07 0,10 0,19 0,23 0,01 0,00 0,00 0,03 0,11 0,07 0,09 0,06 0,03 0,01 0,03 0,04

Хср 0,00 0,01 0,09 0,56 0,21 0,02 0,15 0,13

Sх

n=14 0,00 0,01 0,01 0,01 0,02 0,03 0,16 0,14 0,11 0,07 0,06 0,07 0,11 0,05 0,05 0,04

Примечания: n – число определений; X – среднее значение; Sr – стандартное отклонение.

Среди фосфатных фаз, слагающих уролиты, нами были обнаружены и проанализированы струвит и апатит. В химическом составе струвита особое внимание привлекает постоянное присутствие кремния (SiO2 до 2 мас. %) (табл. 4.5), что подтверждает участие этого элемента в процессе литогенеза [Погосян, 1982]. Таблица 4.5 Результаты микрозондового анализа кристаллов струвита MgNH4 PO4 ·6H2 O (мас. %) Компонент SiO2 MgO CaO Na2 O K2 O P2 O5 SO3 F Cl

1,02 30,89 0,09 0,02 0,28 57,06 0,1 0,00 0,01

Предс тавительные анализы (мас.%) 1,09 1,53 1,20 1,23 30,61 61,14 30,98 29,65 0,17 0,14 0,11 0,17 0,00 0,02 0,02 0,03 0,19 0,20 0,18 0,16 56,19 54,78 56,32 54,24 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,03 0,03 0,01 0,02

2,38 31,71 0,20 0,03 0,34 53,27 0,00 0,00 0,03

Хср Sх n=10 1,46 0,47 30,72 0,65 0,13 0,04 0,02 0,01 0,28 0,11 54,91 1,44 0,00 0,00 0,00 0,00 0,02 0,01

Примечания: n – число определений; X – среднее значение; Sr – стандартное отклонение.

84

Биогенные апатиты в большинстве случаев нестехиометричны, т.е. характеризовались нарушенными соотношениями Ca : P и пониженными в сравнении с теоретическим содержаниями CaO (38-48,5 мас. %) и P2 O5 (33-40 мас. %) (табл. 4.6). Они отличались постоянным присутствием примесей (мас. %): Na2 O (0,8-2,0), MgO (0,5-3,0) и K2O (0,1-0,3), количества которых в пределах одного образца хорошо воспроизводились. Это позволяет предполагать изоморфное вхождение данных элементов в позиции иона Ca2+. Наиболее разнообразные изоморфные замещения реализуются в анионных радикалах апатита. Согласно данным ИКспектроскопии, для большей части исследованных образцов было характерно присутствие как гироксил-, так и карбонат-ионов. Но в 2ряде случаев колебания (CO3 ) –групп зафиксированы не были. Микрозондовый анализ показал (табл. 4.6), что подавляющее большинство изученных апатитов содержали значительные количества фтора (от 0,4 до 2 мас. %). Это апатиты из: – микроядрер в сферолитах CaC2 O4 · H2O (тип 1-1); – самостоятельных зон фосфатов среди оксалатов (тип 1-3); – внешних фосфатно-оксалатных зон, обрастающих поверхности растворения камней из мочевой кислоты (тип 2); – фосфатных камней сложного состава с преобладанием апатита (тип 3-1 и 3-2). Только в апатитах из инфекционных струвитсодержащих конкрементов (тип 3-1) концентрации фтора оказались близки к пределу его обнаружения (0,2 мас. %). Следует подчеркнуть, что составы биогенных апатитов тем ближе к «идеальным», чем выше содержание в них фтора. Зоны конкремента, сложенные фторапатитом наилучшим образом полировались и в минимальной степени выгорали под пучком зонда. Содержание фтора в апатитах значительно варьировало даже в пределах одного камня, если от центра к периферии происходила смена минеральных ассоциаций. Апатиты струвитсодержащих парагенезисов фактически не содержали фтора (F ≈ 0,1 мас. %), тогда как апатиты оксалатсодержащих ассоциаций отчетливо были им обогащены (F ≈ 1 мас. %). Концентрации хлора и серы в биогенных апатитах конкрементов отмечались устойчиво низкие Cl (0,0-0,2 мас. %), SO3 (0,1-1 мас. %). Интересной особенностью явилось спорадическое присутствие кремния, содержание которого было высоко в карбонатапатитах (SiO2 до 2,0 мас. %). 85

86

87

Подводя итог можно отметить, что в исследованной выборке конкрементов выделялось 6 устойчиво повторяющихся сочетаний фазового состава и морфологических особенностей. Каждому из них соответствовал определенный тип камня. Большинство изученных образцов представляли собой неоднородные, полифазные зональные образования, характеризующиеся определенной последовательностью чередования или смены минеральных зон. Главные из них были: • О1 → O2 [СаС2 О4 ·Н2 О → CaC2 O4 ·2H2 O] • O2+A → O2 (± ± O1) [CaC2 O4 ·2H2 O + Са5 (РО4 )3 ОН → CaC2 O4 ·2H2 O (± СаС2 О4 ·Н2 О)] • O1 → U [СаС2 О4 ·Н2 О → С5 N4 Н4 О3 ] • U → A [С5 N4 Н4 О3 → Са5 (РО4 )3 ОН] • U → O1 → U → O1….→ → U (тонкие, чередующиеся ритмы) [С5 N4 Н4 О3 → СаС2 О4 ·Н2 О → С5N4 Н4 О3 → СаС2 О4 ·Н2 О … → С5 N4 Н4 О3 ] • S + A → A+O2 (± ± S) → O2 [MgNН4 РО4 ·6Н2 О + Са5 (РО4 )3 ОН → Са5 (РО4 )3 ОН + CaC2 O4 ·2H2 O (±MgNН4 РО4 ·6Н2 О) → CaC2 O4 ·2H2 O] Ранее Ю.Г. Единым с соавт. (1974) была отмечена трансформация состава мочевых камней в течение заболевания. Автор указывал на установленные закономерности этой трансформации: щавелевокислые камни рецидивируют в щавелевокислые и фосфорнокислые; мочекислые – в мочекислые и фосфорнокислые; фосфорнокислые – только в фосфорнокислые. В более поздних исследованиях обнаружено, что после воздействия на мочекислые камни литолитических препаратов [Иванова, 1998] происходит смена комплексных соединений с мочевой кислотой, и подчеркивалась невозможность рецидивирования брушита в оксалатные камни [Pak et al., 2004]. Выявленные нами закономерности не совпадают с литературными данными и позволяют утверждать, что изменение состава кристаллизационной среды не останавливает рост конкремента, а только провоцирует смену одной минеральной фазы (или ассоциации фаз) другой. Даже когда во внутренних зонах камней достоверно обнаруживались поверхности растворения, вслед за ними непременно наблюдались зоны регенерации конкремента одноименной (мочевая кислота) или иной (оксалаты кальция, апатит) фазой. Результаты микрозондового исследования минералов уролитов впервые позволяют сделать вывод об особенностях их макрохимиче88

ского состава. Оксалаты кальция весьма консервативны в отношении изоморфных замещений в катионной части. Типичные для них примеси фосфора и серы, скорее всего, не являются структурными. Их содержания взаимонезависимы и, следовательно, они входят в состав различных химических соединений. Обнаруженные максимальные содержания фосфора в ядрах и участках, обогащенных органическим пигментом, и его отсутствие в кристаллах CaC2O4 · 2H2 O, позволяет поддержать традиционную точку зрения о преимущественном нахождении этого элемента в составе фосфатов кальция. Серу мы склонны рассматривать как компонент механически захваченных белков. Вероятнее всего, в процессе роста сферолитов CaC2 O4 · H2 O каждый минеральный индивид обволакивался тонкой пленкой коллоидного раствора, содержащего различные белки, которые затем консервировались минеральным агрегатом. По-видимому, механизм захвата примесей P и S зернистыми агрегатами мочевой кислоты аналогичен. Апатиты мочевых камней были нестехиометричны и имели сложный химический состав. Дефицит кальция в них частично компенсировался вхождением Mg, Na, K. В составе анионных радикалов помимо традиционных для биогенных апатитов гидроксил – [(ОН)-] и карбонат–ионов [(СО3 )2-] был обнаружен фтор (F-). Большинство изученных образцов относились к разряду гидроксил-карбонатфторапатитов, что сближает их с апатитами ископаемых организмов [Панова и др., 2001] и существенным образом отличает от фосфатов «живых» костных тканей [Титов и др., 2002; Kodaka et al., 1994; Skinner, 2000]. Гидроксил-карбонатапатиты с минимальным содержанием фтора были характерны только для определенного типа камней – струвит-апатитовых (3-1). Их образование, вероятнее всего, было инициировано инфекцией мочевыводящих путей – бактериями Proteus, Klebsiella, Pseudomonae, E. Coli [Тиктинский, Александров, 2000]. Обнаружение значительных количеств фтора в большинстве проанализированных апатитов мочевых камней заставляет рассматривать метаболизм этого элемента в человеческом организме и учитывать его роль в формировании патогенной биоминерализации. Несмотря на то, что концентрация фторид-иона в плазме крови не превышает нескольких микромолей [Авцын и др., 1983], этот элемент обладает высоким сродством к ряду белков и играет решающую роль на начальных этапах минерализации как твердых, так и мягких тканей. Регуляция содержания фтора в организме в основном осуществляется двумя системами – скелетом и почками. Через поч89

ки из организма выводится до 90 % этого элемента. Фтор покидает кровоток в результате клубочковой фильтрации и ограниченной его реабсорбции канальцевым аппратом – 51-63 % (так, например, реабсорбция хлора составляет 99,5 % [5th Int. Symp, 1985]). С этой позиции становится понятным синтез в почках именно фтор-, а не хлорапатита. Реабсорбция фтора полнее протекает в щелочной среде (pH > 7), что объясняет отсутствие фтора в составе карбонатапатитов, сосуществующих со струвитом. Это ассоциация, формируется при рН мочи = 7,2-8,8 [Мебель и др., 1988]. Закономерно высокое содержание фтора в апатитах из оксалатсодержащих камней и зон регенерации частично растворенных мочекислых конкрементов. Замещение (ОН) -групп F -ионом в ходе процесса минерализации способствует повышению стабильности образующихся соединений, придает кристаллам апатита большее структурное совершенство и понижает их растворимость. Это является одной из причин формирования устойчивых центров кристаллизации (затравок), на базе которых осуществляется дальнейший рост зрелого конкремента. Таким затравками могут, в частности, являться белковофосфатные ядра сферолитовых агрегатов оксалата кальция. Для фтора свойственно образование нераспадающихся комплексов с некоторыми ферментами (в частности, энолазой), ионами двухвалентных металлов (Mn2+ и Mg2+) и фосфорильной группой, что может служить объяснением стабильно высокого содержания магния в апатитах мочевых камней. Особенности анатомии уролитов свидетельствуют о том, что постоянное нахождение конкрементов в ростовой среде – моче обусловливает особенности механизмов их формирования. Минеральное вещество глубинных зон мочевых камней претерпевает фазовые трансформации (дегидратация оксалата), морфологические изменения (перекристаллизация апатитовых глобул, аморфных фосфатов кальция), а камень в целом обладает способностью к регенерации («залечивание» трещин, восстановление поверхностей растворения, формирование новых ростовых ритмов, агрегирование и уплотнение комковатых глобулярных частиц с образованием единого тела). На основании изучения фазового и химического состава, внутренней анатомии мочевых камней можно заключить, что, при изменении химических параметров ростовой среды мочевой камень не прекращает свой рост, а остается центром кристаллизации, изменяя фазовый состав. 90

Глава V СФЕРОЛИТЫ CaC2O4 · H2O В МОЧЕВЫХ КАМНЯХ: МОРФОЛОГИЯ, УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И ПОВЕДЕНИЕ ПРИ ЛЕЧЕБНОЙ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ Сложные и окончательно не решенные вопросы развития МКБ обеспечивают перспективу сохранения заболевания после удаления конкремента. Достаточно высокая частота рецидивов камнеобразования (до 76,7%) не дает повода для оптимизма при возрастающем технологическом обеспечении оперативных пособий. Даже использование современных хирургических методов не отвечает основным требованиям, предъявляемым к идеальным способам [Альтшуллер, 1973; Терновой и др., 1990]: • полное излечение от болезни • отсутствие как немедленных, так и отсроченных осложнений • неинвазивность воздействия процесса лечения • однократность применения • отсутствие волевых усилий со стороны больного при лечении. Совершенствование хирургических технологий в лечении МКБ идет в направлении увеличения степени идеальности, но при этом незыблемым остается положение о том, что удаление камня должно быть необходимой частью комплексного лечения больных, хотя и не избавляет их от самой болезни [Дзеранов, 2004; 264 Dretler et al., 1988]. Г. Брайн с соавт. [Brien] (1989) указывали, что на современном этапе развития урологии существуют 10 методов лечения МКБ: 1. оперативное удаление камня или удаление почки с камнем; 2. симптоматическое лечение (при почечной колике); 3. консервативные способы, способствующие отхождению камней; 4. лекарственный литолиз; 5. «местный» литолиз; 6. инструментальное удаление камней в мочеточнике; 7. контактное уретероскопическое разрушение уролитов 8. чрескожная нефростомия; 91

9. чрескожное удаление камней почек экстракцией или литолапаксией; 10. бесконтактная (дистанционная) ударно-волновая литотрипсия. Из оперативных методов лечения МКБ в настоящее время наибольшее распространение получили так называемые малоинвазивные способы дезинтегрирующего воздействия на конкременты: дистанционная ударно-волновая литотрипсия, контактная литотрипсия, перкутанная хирургия и их сочетания, которые позволяют достичь желаемого результата с меньшим риском для больного и органа [Зенков и др., 2002; Комяков и др., 2004]. Внедренный в клиническую практику в 80–е годы метод дистанционной ударно-волновой литотрипсии (ДУВЛ) коренным образом изменил лечебную тактику при МКБ и занял ведущее место в лечебной практике [Трапезникова и др., 2002]. В то же время, несмотря на свою эффективность и малоинвазивность, ДУВЛ не позволяет решить проблему уролитиаза в целом, ввиду того, что мочевые конкременты, сложенные водными оксалатами кальция труднее поддаются дезинтеграции под воздействием ударной волны [Фарбирович и др., 2001]. Совершенствование технологий перкутанной хирургии ограничило необходимость многократных сеансов ДУВЛ, а возможность сочетания различных этих вмешательств сузила показания к традиционному оперативному лечению. В решении главного вопроса, – какой метод лечения использовать у конкретного больного, необходимо знание плотности камня [Аляев, 2005]. Этот вопрос теснейшим образом перекликается с кристалломорфологией мочевых камней. Как уже было отмечено ранее оксалатный уролитиаз – наиболее часто встречающийся тип МКБ и в современном мире на его долю приходится более 50% случаев заболевания [Coe et al., 2005; Daudon, 2005]. Кроме этого, урологам, занимающимся лечебной дезинтеграцией мочевых камней хорошо известна проблема, связанная с трудностями разрушения именно оксалатных конкрементов. Кристалломорфологический анализ уролитов, сложенных СаС2 О4 · Н2 О, позволяет объяснить специфику их поведения при разрушении, исходя из особенностей строения образуемых ими сферолитовых агрегатов.

92

5.1. Сферолитовые агрегаты CaC2 O4 · H2 O По внешнему облику и внутренней анатомии сферолиты одноводного оксалата кальция подобны типичным представителям этого морфологического класса – халцедонам или агатам (рис. 5.1). Они имеют ярко выраженное ритмическое строение: более или менее отчетливое ядро; зона геометрического отбора; тонкошестоватый агрегат; ограненные головки субиндивидов (рис. 5.2-5.4). Макроритмы визуально различимы по неравномерному распределению пигмента. Наличие эффекта ирризации (спектральное разложение белого света при дифракции на регулярно чередующихся микрообъектах, размер которых сопоставим с длиной волны света) в сферолитах СаС2О4 ⋅ Н2 О позволяет утверждать, что в 1 мм агрегата может насчитываться до нескольких сотен ростовых микроритмов (рис. 5.2, б-г; 5.3). Ядро оксалатных конкрементов нередко сложено инородным тонкодисперсным материалом (рис. 5.2 г) или содержит полость (рис. 5.4 а). Выполнение центральной части уролитов данного типа аморфными фосфатами или глобулярным гидроксилапатитом в комплексе с органической матрицей отмечалось наиболее часто по данным литературы [Колпаков 1965; Билобров и др., 1984; Полиенко 1986; Кораго, 1992; Каткова, 1996; Mandel, 1996]. Основной причиной постоянного сосуществования этих фаз, вероятнее всего, являлось структурное подобие апатита и молекул ДНК, которое делало возможным их эпитаксиальные взаимоотношения [Skinner, 2000]. В центре сферолитов раннего зарождения органическая матрица сохранялась не всегда. Реже в сферолитах СаС2 О4 · Н2 О не удавалось выявить четко обособленное ядро (рис. 5.3 в). В этом случае их можно рассматривать как продукт нормальной кристаллизации на собственной интенсивно расщепленной затравке. Уже упоминавшиеся в I главе данные [Werness et al., 1981] о морфологии микрокристаллитов (3– 10 мкм) СаС2 О4 · Н2 О, выделяющихся при кристаллурии (рис. 1.19), свидетельствуют, что все они являются расщепленными индивидами СаС2 О4 · Н2О, при разрастании которых с неизбежностью должен сформироваться либо сферолитовый агрегат либо сферокристалл [Пунин, 1981]. Размер грубошестоватых индивидов СаС2 О4 · Н2О составлял порядка 2 мкм, что типично для сферолитовых образований. Индивиды в агрегате были «пригнаны» друг к другу чрезвычайно тесно, 93

пустоты сопоставимых размеров отсутствовали (рис. 5.4 б, г-е). Это объясняет максимальную плотность конкрементов данного класса, в сравнении с пористыми уролитами иного химического и фазового состава, – прежде всего фосфатными и мочекислыми. В поляризованном свете отчетливо проявлялось тонковолокнистое строение субиндивидов, которые не гаснут при любом положении николей, что свидетельствовало о скрученности слагающих их волокон (рис. 5.2 в). Аналогичное наблюдение исследователями было сделано ранее И.С. Колпаковым (1965) и А.К. Полиенко с соавт. (1996). При лечебном разрушении сферолитов (рис. 5.4 в, г) оказывались вскрыты поверхности внутренних зон, часто представлявшие собой агрегаты ограненных головок микроиндивидов (рис. 5.4 е). Это позволяет утверждать, что в процессе формирования сферолитов существовали временные перерывы, достаточные для огранения индивидов, некогда выходивших в свободный объем минералообразующей среды. Нарастание последующих зон происходило на первичном сферолите как на макрозатравке. Принципиально важен тот факт, что при любом виде разрушения дезинтеграция сферолитовых агрегатов осуществлялась именно по этим поверхностям. Ядра значительной части сферолитовых конкрементов состава СаС2О4 · Н2О были сложены аморфными фосфатами, а также глобулярным гидроксил- или карбонатапатитом, образующими тесные агрегаты с органическим матриксом различного состава и природы (рис. 4.3 д,е; 5.2 в,г). Эти ядра представляли собой либо первичные фазовые неоднородности, либо продукты их позднейшего псевдоморфного замещения, которые, исполняя роль затравок, снижали энергию последующей гетерогенной нуклеации минеральных фаз, что способствовало возрастанию степени риска камнеобразования. Обнаруженные в наших исследованиях ядра значительной части сферолитовых камней состава СаС2 О4 · Н2О были сложены аморфными фосфатами, глобулярным гидроксил- или карбонатапатитом, образующими тесные агрегаты с органическим матриксом различного состава и природы. Для данного типа наиболее логичной представляется интерпретация, предложенная ранее И.С. Колпаковым (1965), В.И. Катковой (1996), Д. Бинеттом и др. [Binette] (1994), Т. Умекавой и др. [Umekawa] (1994). Первичными фазовыми неоднородностями (затравками) в пересыщенном растворе могут быть: бактериальные колонии [Каткова, 1996; Kajander et al., 1998], отслоившейся эпителий, сгустки 94

крови, белки с низкой молекулярной массой [Grover et al., 1994; Dorian et al., 1996; Khan, 1997]. В последующем на них происходит либо массовая гетерогенная нуклеация и последующая кристаллизация микроиндивидов фосфатов (фосфатно-органические ядра), либо непосредственная «садка» оксалатов – «старые» сферолиты с пустотами вместо ядер или «молодые» сферолиты с сохранившейся неминерализованной органической матрицей в основании [Bani-Hani et al., 2005]. Затравки второго типа могут быть центром формирования сферолитов «без ядер» [Колпаков, 1965; Кораго, 1992; Sutor et al., 1972]. В этом случае наиболее вероятно формирование сферолита на расщепленной затравке одноименной фазы [Werness et al., 1981] (рис. 1.19). Выявленные нами расщепленные микрокристаллиты СаС2О4 · Н2 О, как продукты кристаллурии, убедительно подтверждают возможность реализации такого варианта. П. Гровером с соавт. [Grover] (1994) и Н. Мэндел [Mandel] (1996) была предложена гипотеза кристаллизации оксалатов кальция на первичных микрозатравках мочевой кислоты и её солей. Она базировалась на косвенных показателях, таких как высокая корреляция между гиперурикурией и образованием оксалатных конкрементов. В наших исследованиях в ходе морфологического изучения паренхимы почки при МКБ (рис. 1.20), были получены прямые подтверждения этой гипотезы. 5.2. Поведение сферолитовых конкрементов СаС2 О4 ⋅ Н2 О при лечебной дезинтеграции Анализ поведения сферолитовых агрегатов СаС2О4 · Н2 О в ходе процедур ДУВЛ следует предварить уточнением физического смысла понятий. Некорректным следует признать распространенное мнение о том, что «пористые камни мягче, чем плотные» и что «твердые камни разрушаются труднее, чем мягкие». В данном случае налицо смешение и подмена понятий «твердость минерала (фазы)» и «прочность агрегата (индивида)». В анализируемых нами случаях, речь, безусловно, следует вести не о твердости минералов, слагающих конкременты, а о механической прочности образуемых ими агрегатов [Бетехтин, 1951; Годовиков, 1975]. Так, в частности, фосфаты кальция обладают максимальной твердостью (до 5 у апатитов) среди всех минеральных фаз, слагающих уролиты. При этом именно они образуют кон95

кременты с минимальными прочностными характеристиками и, наряду с мочекислыми камнями, дезинтеграция их посредством ДУВЛ не представляет проблем. Причина подобного поведения заключается в низкой резистентности к ударному воздействию пористых и микроглобулярных агрегатов, образуемых этими фазами. Напротив, сферолиты СаС2 О4 ⋅ Н2 О, твердость которых не превышает 3, обладают аномальными прочностными характеристиками, вследствие чего в процессе дезинтеграции методом ДУВЛ требуют использования максимального количества высокоэнергетических импульсов и неоднократных сеансов ДУВЛ. Нами проведено изучение размерности отошедших фрагментов мочевых камней почек и мочеточника после ДУВЛ литотриптером Direx Tripter XI (Израиль). Элиминированные отломки конкрементов были расситованы на фракции (ГОСТ – 17496-72): 4,52,5 мм; 2,5-1,0 мм; 1,0-0,1 мм. Размерность фракций была выбрана исходя из соображений практической урологии. Наиболее успешной является дезинтеграция до крупности обломков менее 1,0мм, приемлема дезинтеграция камня с величиной отломков до 4,0мм, фрагменты размером более 4,0мм при прохождении по верхним мочевым путям могут вызвать серьезные обструктивные осложнения и сделать необходимым вскрытие камнесодержащего органа. При анализе объема фракций обнаружено, что сферолитовые агрегаты СаС2 О4 · Н2 О разрушаются на следующие размеры: фракция 4,5-2,5 мм до 32,8±4,2% отломков; фракция 2,5-1,0 мм – 58,8±5,2%; фракция 1,0-0,1 мм – 8,4±1,1%. Дезинтеграция фосфатов кальция и мочекислых камней достаточно равнозначна и происходит в виде: фракция 4,5-2,5 мм – 15,5±1,3% (р < 0,05); фракция 2,5-1,0 мм – 46,9±4,4% (р < 0,05); фракция 1,0-0,1 мм – 37,6±3,7% (р < 0,05). Рассмотрим особенности строения этих агрегатов, лежащие в основе их прочностных аномалий. Макропористость в сферолитовых агрегатах СаС2 О4 · Н2 О отсутствовала (рис. 5.2 – 5.4). Плотность этих конкрементов приближалась к теоретической плотности СаС2 О4 ⋅ Н2 О. Агрегат имел тонковолокнистое строение, дополнительно осложненное скручиванием волокон. Границы между субиндивидами являлись индукцонными поверхностями совместного роста. Поэтому зонами, уязвимыми для механического разрушения, в сферолитовых агрегатах были не фазовые границы индивидуальных волокон, а более крупные области неоднородности (зоны сочленения ростовых ритмов, 96

отдельных сферолитов и т.п.). Комплекс этих особенностей целиком определяет поведение оксалатных сферолитовых конкрементов при ДУВЛ. При ударно-волновом воздействии не происходит разрушение этого агрегата на отдельные индивиды-волокна, волокна не ломаются по определенным кристаллографическим плоскостям (плоскостям спайности), а также не дробятся поперек удлинения. Это целиком исключает дезинтеграцию сферолитов СаС2О4 ⋅Н2 О на фрагменты изометричных очертаний («песок»), являющийся оптимальным продуктом разрушения конкрементов посредством ДУВЛ. В полном соответствии с особенностями их внутренней анатомии, дезинтеграция сферолитов СаС2 О4 ⋅ Н2 О преимущественно осуществлялась по зонам сочленения крупных ростовых ритмов (рис. 5.5 а). Поэтому размер фрагментов дробления лимитировался величиной шага макрозональности уролитов (рис. 5.5 б). Следующим «уязвимым» местом этих агрегатов являются границы сопряжения нескольких сферолитов [Воробьев, 1973], реже раскалывание происходит по индукционным поверхностям совместного роста индивидов в пределах одного сферолита [Финкель, 1970]. Поэтому фрагменты оксалатных уролитов, образующиеся при ДУВЛ, имеют крупные размеры и острые выступы, обусловленные конической симметрией сегментов сферолитов. Сферолиты СаС2 О4 ⋅ Н2 О, как и все прочие сферолитовые образования (малахит, халцедоны, настуран, бурые и красные «стеклянные головы») обладают таким качеством как вязкость. Они хорошо пилятся, прекрасно полируются, но при этом с трудом поддаются ударному (скалывающему) разрушению. Исходя из особенностей внутреннего строения мочевых камней данного типа, следует признать, что разрушение их посредством ДУВЛ является наименее целесообразным способом их дезинтеграции с последующей самостоятельной элиминацией по верхним мочевым путям. Ситуацию дополнительно усложняет наличие сферолитовых ядер, сложенных СаС2 О4 ⋅ Н2 О, в конкрементах сложного фазового состава, внешние зоны которых образуют кристаллы мочевой кислоты или СаС2О4 ⋅ 2Н2 О (рис.4.2 г, е). Поэтому большое значение приобретает необходимость разработки методов предоперационного определения фазового состава уролитов, что позволит выбрать оптимальный метод их разрушения.

97

Сферолитовые агрегаты СаС2 О4 ⋅ Н2 О являются закономерными продуктами кристаллизации в обстановке высокого пересыщения, которое неизменно существует в почке. Их зарождение происходит преимущественно посредством гетерогенной нуклеации. Однажды возникнув, конкремент остается затравкой на протяжении всего времени своего нахождения в организме человека и продолжает наращивать массу даже при резкой смене физико-химических условий. Продуктами таких процессов являются зональные уролиты сложного фазового состава. Таким образом, зародившись в канальцевом аппарате почки микролиты, мигрируют в полостную систему органа, где нарушение коллоидной стабильности мочи обеспечивает дальнейшее формирование камня. Развитие процесса литогенеза, имеющего в своей основе гетерогенную нуклеацию, в одних случаях, обусловливает ренальный воспалительный процесс. Тогда в составе ядер конкрементов обнаруживаются фосфаты и органические составляющие. В других случаях, расщепленные микрокристаллы, трансформирующиеся в сферолиты, лишены ярко выраженного ядра. Подобные особенности формирования ядерной части конкремента отмечены при формировании сферолита на фоне кристаллурии. Изменения физико-химического состояния мочи отражаются в структуре конкремента. Число актов зарождения сферолитов свидетельствует ритмическом течение заболевания. Оно провоцируется появлением новых затравочных центров. Продолжение макроритма отвечает стабильному течению заболевания. Образование ограненных поверхностей сферолита означает перерыв в формировании ритмической зональности, т.е. временное прекращение активной кристаллизации минеральных фаз. Структура мочевых камней определяет их способность к разрушению. Дезинтеграция оксалатных уролитов происходит по зонам сочленения крупных ростовых ритмов, что обусловливает коническую симметрию фрагментов. Разрушение фосфатных и уратных конкрементов протекает по межкристаллитному типу благодаря микроглобулярному строению.

98

Рис. 5.1. Фотограммы. Типичные сферолитовые агрегаты – агаты и халцедоны. Внешний облик (а) сферолитового «почкообразного» агрегата халцедона [Козловский, 1984]. Полированный спил халцедона (б), поверхность которого инкрустирована кристаллическим кварцем [Кантор, 1997]. Декорирование дисперсными час тицами гидроксидов железа зональности и вытянутых канальных пор в халцедоне (в), образующем псевдосталактиты. (Монголия, Арц-Богдо,) [Годовиков и др., 1987]. 99

Рис. 5.2. Фотограммы и микрофотограмма. Внешний облик (а) и внутреннее строение (б-г) типичных сферолитовых конкрементов состава СаС2 О4 ⋅ Н2 О. Халцедоновидный мочевой камень (а), сложенный многочисленными мелкими сферолитами СаС2 О4 ⋅Н2 О. Конкременты состава СаС2 О4 ⋅ Н2 О, представляющие собой одноцентровые сферолиты (б, в): полированный срез (б), вскрывающий центральную часть камня; петрографический шлиф (в) (поляризованный свет, николи Х); увеличенный фрагмент (г) – апатитовое ядро, обрастающее сферолитовым агрегатом СаС2 О4 ⋅ Н2 О (поляризованый свет, без анализатора, ув. 160).

100

Рис. 5.3. Фотограммы и микрофотограммы. Внутреннее строение полицентрического сферолитового конкремента состава СаС2 О4 ⋅ Н2 О с обособленным «карманом» мелкокристаллического СаС2 О4 ⋅Н2 О во внешней зоне: а – полированный срез (обычный свет); б – петрографический шлиф. Светлые зоны – чистый СаС2 О4 ⋅ Н2 О, темные зоны, обогащенные органическим веществом; черное – агрегат мелкокристаллического СаС2 О4 ⋅ Н2 О (поляризованный свет, без анализатора); в – увеличенный фрагмент (б) – многочисленные микросферолиты состава СаС2 О4 ⋅ Н2 О, слагающие ядро крупного уролита; в центре микросферолитов СаС2 О4 ⋅ Н2 О (петрографический шлиф, поляризованный свет, без анализатора, ув. 140).

101

Рис. 5.4. Микрофотограммы. Внутренняя анатомия сферолитовых конкрементов состава СаС2 О4 ⋅ Н2 О (сканирующий электронный микроскоп JSM-35). а – микрополости в центральной части сферолитовых мочевых камней состава СаС2 О4 ⋅ Н2 О (ув. 400); б – строение агрегата субпараллельных тонкошестоватых индивидов СаС2 О4 ⋅ Н2 О; полости отсутствуют (ув. 1000); в – микроглобула состава СаС2О4 ⋅ Н2 О в центре сферолитового конкремента; разрушенный фрагмент однофазного конкремента СаС2 О4 ⋅ Н2 О (ув. 60); г – «слепок» глобулы в основании следующего ростового ритма в концентрически-зональном конкременте состава СаС2 О4 ⋅ Н2 О (ув. 60); д – трещина на границе сочленения двух крупных ростовых ритмов в сферолитовом мочевом камне состава СаС2 О4 ⋅ Н2 О (ув. 200); е – блочная поверхность глобулы, образованная ограненными головками игольчатых микроиндивидов СаС2 О4 ⋅ Н2 О (ув. 1000). 102

Рис. 5.5. Фотограммы. Скол сферолитового конкремента состава СаС2 О4 ⋅ Н2 О: а – трещины на границах ростовых ритмов и в зонах сочленения сферолитов; б – внешний облик фрагментов сферолитового уролита состава СаС2 О4 ⋅ Н2 О, разрушенных посредством ДУВЛ.

103

Глава VI МИКРОЭЛЕМЕНТНАЯ СПЕЦИФИКА УРОЛИТОВ Существование зависимости микроэлементного состава биологических организмов от химических особенностей среды обитания сегодня не вызывает сомнений. При всем многообразии микрохимического состава растений и животных для ряда микроэлементов выявляется их прямая зависимость от содержания в среде обитания [Виноградов, 1963; Ковальский, 1974; Добровольский, 1983]. Вместе с тем наследование микрохимического состава в трофических цепях «геологический субстрат – почва – растения – млекопитающие» не строго детерминировано. Биологические системы обладают достаточно эффективными механизмами самозащиты от воздействия элементов-ксенобиотиков. Однако долговременное воздействие токсичных соединений разрушает систему контроля микроэлементного гомеостаза. Наиболее хорошо изучена связь между эндемичными заболеваниями и геохимическим типом провинций [Авцын и др., 1991; Skinner et al., 2003]. В течение последних 100 лет антропогенные потоки вещества приобретают глобальный характер, а индустриальный фактор становится преобладающим в региональных геохимических циклах редких элементов. В ландшафтах, преобразованных деятельностью человека, их содержания могут на порядки превосходить величины, характеризующие естественный геохимический фон. В отличие от природных биогеохимических систем, где влияние ограниченного круга широко распространенных микроэлементов на человека осуществляется через пищевую цепь, в условиях высокой техногенной нагрузки количественное и качественное приращение загрязнений в окружающей среде опережает сменяемость поколений, что приводит к усложнению адаптаций организма к новой геохимической ситуации [Олигер и др., 1994]. 6.1. Биотрансформация микроэлементов в организме Концентрирование живым веществом химических элементов связано как с составом биологической системы и процессов метаболизма в ней, так и со строением и свойствами химических эле104

ментов [Ермаков, 1999]. Более подробное обсуждение этой обширной проблемы далеко выходит за рамки представляемой работы и является, в настоящее время, эпицентром эколого-гигиенических исследований. Ограничимся формулировкой общих положений, составляющих основу токсикологии металлов [Левина, 1972; Уланова и др., 1979; Авцын и др., 1991; Зигель и др., 1993; Goyer et al., 1977; Fillastre, 1978], и на этой основе дадим интерпретацию полученных результатов. Выявляемые в организме человека химические элементы можно разделить на три группы. К одной относятся элементы, содержащиеся постоянно в организме и являющиеся незаменимыми – O, C, N, Ca, P, K, S, Cl, Na, Mg, Zn, Fe, Cu, I, Mn, Mo, Co, Se. Во вторую группу входят условно эссенциальные элементы – As, B, Br, F, Li, Ni, Si, V. Третью группу составляют токсичные микроэлементы – Al, Cd, Pb, Hg, Be, Ba, Bi, Tl, Sb, Ge, Au, In, Pd, Rb, Ag, Ti, Te, U, W, Sn, Zr [Северин и др., 1970; Кирсанов и др., 1998; Aggett, 1985]. В жизнедеятельности организма ключевая роль принадлежит микроэлементам, и в первую очередь металлам, которые являются активаторами синтеза белка, ферментов, входят в состав витаминов, гормонов. Микроэлементы являются важнейшими катализаторами биохимических процессов и определяют течение адаптации организма. Физиологическая жизнедеятельность возможна лишь в условиях оптимальной концентрации микроэлементов [Авцын и др., 1983; 1991; Куценогий и др., 2001]. Метаболизм микроэлементов в организме человека. Существуют два метаболических пути взаимодействия микроэлементов с тканями организма человека [Голиков и др., 1986]. Первый путь связан с деятельностью желудочно-кишечного тракта, где выделяют: 1. взаимодействие элемента с эндогенными лигандами содержимого желудочно-кишечного тракта; 2. всасывание микроэлемента через стенку желудочнокишечного тракта; 3. транспорт в кровеносном русле; 4. депонирование;

105

5. включение в состав специфических функционально активных биологических структур (ферментов, гормонов, витаминов, компонентов мембран, нуклеиновых кислот); 6. выделение из организма. Деление это условно, во-первых, потому, что нарушение каждого отдельного этапа метаболического пути влечет за собой перестройку его на всех остальных этапах, и, во-вторых, потому, что каждый этап в свою очередь состоит из цепи реакций, зависящих каждая от функций целого ряда специфических белков. Наиболее серьезное токсическое действие возникает при вдыхании пыли, содержащей металлы. Поступление ксенобиотиков через легкие в жидкие среды организма, в 10 раз эффективнее, чем через желудочно-кишечный тракт [Зигель и др., 1993]. Основные этапы метаболического пути элемента разыгрываются на уровне клетки. И здесь необходимо упомянуть о некоторых принципах поведения металлов. Свободные ионы большинства микроэлементов неспособны проникать через клеточную мембрану. Поэтому элемент должен поступить в клетку в составе определенного комплексного соединения, вступить в ней в связь с одним или несколькими специфическими белками, быть перенесенным на другой лиганд с транспортными функциями и выделенным с помощью активного механизма через клеточную мембрану. Ионы всех щелочных, щелочноземельных и лантаноидных металлов, а также трехвалентные Al, Cr и Fe образуют связь в местах белковых молекул, где находятся донорные О-атомы. Двухвалентные ионы металлов перво2+ 2+ го переходного ряда от Mn до Cu предпочтительно связываются в местах, где находится наибольшее число N-донорских атомов. Ионы Zn2+ предпочтительно образуют связь с донорными атомами N или S в зависимости от степени хелатирования. Cd2+, Hg2+ и Pb2+ предпочитают места связывания с донорными атомами S [Зигель и др., 1993]. При поступлении в организм металлы оказывают влияние на обмен микроэлементов, что связано пержде всего с влиянием вводимых металлов на металлозависимые метаболические процессы. Превалирование ассимиляции одних и диссимиляции других микроэлементов приводит к накоплению вводимых металлов в органах мишенях [Надеенко и др., 1990]. По данным литературы, отмечена следующая преимущественная кумуляция микроэлементов: ядро – цинк, железо, никель,; митохондрии – железо, цинк, магний; лизосомы и аутофагосомы – железо, 106

ртуть, свинец; ядрышко и центриоли – никель; рибосомы – магний, никель [Авцын и др., 1983; 1991]. Влияние токсических микроэлементов на клетку проявляется в том, что даже в ничтожных дозах они подавляют ферментативную активность путем вытеснения эссенциальных микроэлементов из активных центров ферментов [Северин и др., 1970], из разных типов нуклеиновых аминокислот, что ведет к изменению не только третичной, но и матричной активности ДНК. Морфологически это проявляется в выраженных изменениях ультраструктуры клеток. Выделяются два пути поступления металлов в клетки. Один из путей – через ионные каналы при пассивном транспорте и посредством энергозависимых насосов, сопряженных с функционированием Na-, K-АТФазы. Другой путь транспорта металлов – в виде комплексов металлов со специфическими лигандами (низкомолекулярные металлопротеины с молекулярной массой 5-8 тыс. дальтон, высоким содержанием цистеина и отсутствием ароматических аминокислот) [Ковалев и др., 1996]. Этот комплекс подвергается эндоцитозу. При «закислении» содержимого эндоцитозных везикул за счет деятельности ионного насоса происходит отщепление металла и его последующее поступление во внутриклеточный пул с одновременным возвращением рецепторов на поверхность плазмолеммы клеток [Авцын и др., 1991]. Приспособительные механизмы при воздействии химических факторов направлены на снижение содержания в организме за счет включения дополнительных путей выведения и увеличении скорости метаболизма [Уланова и др., 1979]. Основные пути элиминации микроэлементов из организма. Пути выведения микроэлементов из организма определяются в первую очередь типом химических соединений, в форме которых они поступают в организм, а также их дальнейшей трансформацией в цепи биохимических превращений [Авцын и др., 1991]. Выведение микроэлементов из организма преимущественно осуществляется через кишечник и почки. Через кишечник, главным образом, экскретируются соединения с низким произведением растворимости, биологически мало активные или неактивные. Их доля достигает 97-99 % от общего количества микроэлемента, поступившего в организм. В обменных процессах участвуют и обладают высокой биологической активностью только «доступные» формы микроэлементов. Именно они мигрируют в составе физиологических жидкостей. Очевидно, что в составе мочевых камней способны накапли107

ваться только биологически активные формы металлов и неметаллов, которые выводятся из организма в составе ультрафильтрата плазмы крови. На этом основании можно предполагать, что для широкого спектра элементов характер их распределения в почечных тканях и уролитах может служить объективной характеристикой микроэлементного гомеостаза организма в целом. Преимущественно удаляются через почки металлы, циркулирующие в ионном или молекулярно-дисперсном состоянии (Li+, Rb+, Cs+, Ge4+, Hf4+, Be2+, Cd2+, Cu2+). Мочой выводится до 60 % анионных форм V, Mo, Cr – метаванадатов, молибдатов и хроматов (бихроматов). Катионные формы этих металлов, напротив, обладают малой биологической доступностью. Так, в частности, 99 % хрома удаляется через кишечник в форме нерастворимых соединений, и только 1 % хрома всасывается в желудочно-кишечном тракте. Ультрафильтруемая часть хрома, удаляющаяся из организма в составе мочи, составляет у человека только 6-28 % от общего его количества в плазме крови. Ряду металлов присуща многостадийная схема выделения, обусловленная различными механизмами их циркуляции и депони2+ 2+ 2+ рования. Это касается Ba , Sr , Pb , а также тяжелых лантаноидов, способных изоморфно замещать ион Ca2+ в структуре апатита и накапливающихся вследствие этого в скелете. Только в первый период своего выделения они преимущественно выводятся через почки. Аналогичная схема выделения характерна и для As. Экскреция почками преобладает для мобильных форм Ga, Te, Co, Ni, In, Bi, Tl, прочие формы этих элементов выводятся через кишечник. Незначительным признано удаление через почки Hg, Sb, Mn, Th и легких лантаноидов. Cложно интерпретировать картину элиминации Zn. Он поступает в мочу из ультрафильтрата плазмы крови и на 95% подвергается реабсорбции в почках. Несмотря на способность кумулироваться 2+ в составе апатита костей, избыточный Zn выводится из организма. В биохимических реакциях он вступает в конкуренцию с ионами Cd2+, Cu2+, Ca2+. В общей закономерности элиминации микроэлементов из организма надо отметить, что при поступлении их алиментарным путем, интенсивность выделения зависит от содержания элемента в пище, скорости и степени усвоения в пищеварительном тракте. Ингаляционный путь введения микроэлементов в организм лишен барьерных функций, существующих в желудочно-кишечном тракте. Но при любом пути поступления основная нагрузка по выведе108

нию химических элементов из организма в значительной степени принадлежит почкам. 6.2. Кумуляция и распределение микроэлементов в почках Вследствие постоянного загрязнения среды обитания человека возрастает нагрузка на элиминирующую функцию почек, в этой связи нарушение функционального состояния мочевыделительной системы может рассматриваться как индикатор загрязнения среды [Шакиров, 1998]. Ухудшение экологической обстановки в промышленных регионах влечет наиболее частые нарушения обмена пуринов, щавелевой кислоты и кальция [Бондаренко, 1996]. Так, сравнительный анализ распространенности аномалий развития почек и гипероксалурии в двух различающихся по степени загрязнения промышленных городах Оренбургской области позволил установить, что в более загрязненном городе указанная патология регистрировалась в 2,5 раза чаще, чем в контрольном, и в 6,5 раза больше, чем в среднем по России [Перепелкина, 1995]. При проведении изучения заболеваемости населения в городах Челябинской области [Уральшин и др., 1994; 1999] и последующее ранжирование их по степени эпидемиологического территориального риска, связанным со средовым загрязнением, установлено, что одними из наиболее часто встречающихся патологий, превышающих фоновый уровень более чем в 1,5 раза, являются заболевания мочевыделительной системы. Исследования последних лет убедительно свидетельствуют о том, что районах с преобладанием металлургической и угледобывающей промышленности обнаруживается большинство рецидивов уролитиаза [Kocvara et al., 1999]. По данным И.И. Токаренко с соавт. (1994), А.Ф. Фитина с соавт. (2000) болезни мочевыводящей системы имеют прямую корреляционную связь, в том числе, с содержанием в питьевой воде железа, марганца, алюминия. Факторы риска токсических нефропатий, связанных с функцией почек. Уязвимость почки к токсическому действию металлов слагается из нескольких групп факторов риска: • поверхность капиллярного эндотелия почек подвергается прямому действию металлов в процессе ультрафилтрации. Дополнительный вклад в уязвимость клубочковых капил109

ляров вносит положительное гидростатическое давление, необходимое для образования ультрафильтрата плазмы [Brenner, 1983]; • отрицательный заряд фильтрующих мембран. Положительно заряженные лиганды под действием электростатических сил оседают на мембранах и изменяют проницаемость клубочков. Катионные белки захватываются клубочками и действуют как «посаженные антигены», в свою очередь циркулирующие антитела могут прикрепляться к этим антигенам, в результате чего происходит образование иммунных комплексов [Ravnskov, 1985]; • действующая в мозговом веществе почки противоточномножительная система обеспечивает реабсорбцию и рециркуляцию металлов, которые могут накапливаться в медуллярном интерстиции, инициировать воспалительную реакцию посредством активации медиаторов воспаления [Mudge, 1985]; • химические вещества, захватываемые посредством пиноцитоза, концентрируются в лизосомах, где подвергаются расщеплению гидролитическими ферментами. Эти соединения могут подавлять процесс гидролиза, в результате чего происходит аккумуляция металлов и возникают токсические поражения канальцевых клеток [Schwartz et al., 1970; Dorn et al., 1975]. Изучение нами уровня нахождения микроэлементов в паренхиме почки (таблица 6.1.) свидетельствовало о более активной их биокумуляция в корковом слое почки, чем в мозговом. Обращает на себя внимание, что имелось постепенное увеличение концентрации с момента рождения до 40-50 лет и относительное ее снижение в пожилом и старческом возрасте. С физиологической точки зрения это вполне объяснимо. Корковое вещество составляет 70-75% всей массы почки, поэтому на его долю приходится более 80% общего кровотока почки, что в пересчете на 100 г ее массы составляет 373538 мл/мин [Суслов, 1981]. В спектре анализируемых нами микроэлементов 5 носились к эссенциальным (Cr, Zn, Fe, Cu, Co), 2 – к условно эссенциальным (As, Ni), 4 – к токсичным микроэлементам (Cd, Sr, Pb, Hg). Объединяющей особенностью условно эссенциальных и токсических микроэлементов является преимущественно 110

ренальный путь элиминации и способность вызывать поражения канальцевого эпителия почек [Покровский, 1976; Соколов и др., 1981; Балкаров и др., 1995]. Многочисленными исследованиями доказано, что почки являются одним из органов-мишеней воздействия и накопления токсичных элементов [Левина, 1972; Авцын и др., 1991; Fillastre, 1978; Berndt, 1989]. Ввиду выраженного аффинитета металлических полютантов к почкам [Дубищев и др., 1996; Кузнецова и др., 2007], их воздействие реализуется в проксимальной канальцевой дисфункции с низкомолекулярной протеинурией, сопровождаются гиперкальциурией, гиперурикозурией и кристаллизационными явлениями в почке, что патогенетически связано с процессами камнеобразования [Фомичев, 1971; Мамбеталин и др., 1990; Жмуров и др., 1991; Bhandari et al., 2002]. Это заключаются в том, что присутствие металлических примесей изменяет коэффициент поверхностного натяжения среды, и при гетерогенном механизме зародышеобразования они могут служит инициаторами зарождения кристаллов [Демин, 2000]. Таким образом, хроническое воздействие малых доз микроэлементов, поступающих в организм алиментарным или ингаляционным путем, вызывает образование в почках конъюгированных антигенов путем непосредственного взаимодействия с белками или мембранами клеток и приобретение гаптенных свойств через окисление на мембране с одновременным освобождением активных метаболитов – окисей, спиртов, кетонов, альдегидов [Владимиров, 1989; Люлько и др., 1995]. Повышение интенсивности воздействия приводит к подавлению аллергического ответа и одновременно к снижению резистентности к инфекционным агентам – патогенной и условно-патогенной микрофлоре. Последнее убедительно было доказано исследованиями В.А. Мельниковой с соавт. (1991), где установлено влияние ионов металлов на индукцию компетентности, эффективность трансформации, частоту слияния протопластов E. coli. Возникновение на уровне важнейших клеточных структур при действии факторов малой интенсивности устойчивой ферментной дезорганизации, еще не связанной с явным проявлением функциональных нарушений, может способствовать накоплению в организме своеобразного «биохимического груза» подобно «генетическому грузу» человека. 111

112

6.3. Микроэлементы в мочевых камнях жителей Южного Урала При изучении биологического вещества существует ряд объективных трудностей и ограничений в использовании методик определения их микроэлементного состава: 1. высокая стоимость исследования; 2. наличие биологических ритмов различной длительности в экскреции химических элементов; 3. необходимость консервации проб; 4. исследование высушенного, обезжиренного или озоленного материала; 5. невозможность фиксации «малых доз» тех или иных элементов в отобранной «сиюминутной» пробе; 6. сложность в интерпретации результатов; 7. корректность распространения индивидуального анализа на пролонгированный интервал жизни организма. Конкременты, формирующиеся в мочевой системе длительное время, лишены многих из перечисленных выше недостатков. Их микроэлементный состав отражает долговременное интегральное воздействие природного фона территории и техногенной нагрузки на организм, что позволяет судить об уровне накопления биологически активных форм того или иного элемента. На этом основании конкременты могут быть использованы как маркеры геохимического воздействия среды обитания на конкретный человеческий организм [Каткова, 1996; Чиглинцев, 2007]. Прямое сопоставление полученных нами результатов определения микроэлементов в мочевых камнях с ранее представленными данными [Ковалев, 1955; Тарасов, 1978; Саакашвили, 1976; Тыналиев и др., 1996], затруднено по следующим причинам: 1. во всех случаях использованы аналитические методы, характеризующиеся различной ошибкой анализа и пределом чувствительности; 2. применены различные процедуры пробоподготовки (большинстве работ, выполненных в XX веке, анализировались озоленные пробы или зольная фракция мочевых камней); 3. выбранный набор изученных элементов, лимитировался возможностями доступными аналитическими методиками; 4. исследования были проведены на популяциях с различными геохимическими условиями, типе и интенсивности техногенной нагрузки регионов проживания больных МКБ. 113

В работе проанализирован спектр микроэлементов и избирательность их кумуляции в мочевых камнях на примере пациентов МКБ, проживавших в Челябинской области. В исследовании набор микроэлементов был представлен в широкой вариабельности (табл. 6.2) и классифицирован по количественным, качественным характеристикам. Таблица 6.2 Статистические параметры, характеризующие содержание микроэлементов в мочевых камнях больных МКБ, проживающих на Южном Урале Элемент

Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga As Se Br Rb Sr Y Zr Nb Mo

x

Me

max

Q1

Q3

Элемент

122,75 44,22 995,1 10,94 79,05 Ag 37,08 8,58 241,0 5,00 37,28 Cd 15,93 8,80 122,3 5,00 17,52 In 8,99 3,47 77,7 3,00 10,03 Sn 296,53 162,31 2789,3 100,00 284,72 Sb 20,66 10,00 130,5 3,43 24,52 Te 34,10 21,11 165,3 10,34 50,00 I 268,33 151,69 1743,1 61,82 322,00 Cs 1,26 0,50 25,9 0,50 0,80 Ba 0,92 0,50 16,7 0,01 0,80 La 0,84 0,59 4,7 0,10 1,17 Ce 9,41 3,95 228,7 2,38 7,38 W 1,15 0,50 12,0 0,50 1,05 Hg 122,75 70,45 782,1 27,66 155,74 Pb 0,28 0,20 3,5 0,01 0,25 Bi 5,03 1,34 108,0 0,62 3,50 Th 0,09 0,10 0,7 0,01 0,10 U 0,94 0,60 11,7 0,30 1,05

x

Me

max

Q1

5,05 0,30 156,3 0,10 0,45 0,30 3,4 0,10 0,17 0,10 1,0 0,10 1,24 0,57 27,4 0,11 0,97 0,27 13,6 0,10 0,22 0,10 3,6 0,10 74,44 10,58 2241,1 2,56 2,43 0,34 130,0 0,10 14,99 6,19 548,9 2,50 4,95 4,81 32,6 1,76 4,34 1,17 54,9 1,00 1,49 1,00 7,8 1,00 0,16 0,01 1,6 0,01 50,01 16,80 634,5 6,38 16,19 16,19 17,2 15,20 0,66 1,00 4,0 0,00 0,75 1,00 9,3 0,00

Q3

0,76 0,59 0,23 0,96 1,07 0,22 31,83 0,93 12,00 6,22 4,20 1,50 0,14 46,25 17,18 1,00 1,00

Примечание. Единицы измерения концентрации мг/кг. Среднее ( x ), медиана (Me), максимум (max), нижняя (Q1 )и верхняя (Q3 ) квартили.

Количественные характеристики По величине среднего содержания вся совокупность элементов-примесей можно условно подразделена на 3 группы. К первой отнесены элементы, содержания которых во всех типах камней отмечены до 25 мг/кг: Ga, As, Se, Rb, Y, Nb, Mo, Cd, Sb, W. Их распределения однотипны и характеризуются выраженной положительной (правосторонней) асимметрией. В 30-80 % образцов их концентрации не превышали предела обнаружения (рис. 6.1). Вторую группу формировали: Br, Zr, Ag, Sn, Cs, Ba, La и Ce, с рядовыми содержаниями до 20 мг/кг, однако их концентрации в отдельных 114

пробах могли возрастать до 35-500 мг/кг (рис. 6.2). В третью группу вошли элементы: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Sr, Pb, уровень нахождения которых достигали сотен и тысяч мг/кг (рис. 6.3). Спорадически обнаруживались висмут (15 и 17 мг/кг), торий (2,5 и 4 мг/кг), уран (2,7 и 9,3 мг/кг) – 2 конкремента. В одном мочевом камне зафиксированы ртуть (1,6 мг/кг) и теллур (3,5 мг/кг). Йод отличался крайней неравномерностью распределения с максимальной концентрацией 2400 мг/кг. Концентрация индия была ниже предела обнаружения. Методические особенности не позволили выполнить определение Au и Co. Качественные характеристики С целью выявления закономерностей, обусловивших согласованное накопление элементов-примесей в мочевых камнях, был применен факторный анализ. На первом его этапе, проведенном методом главных компонент, установлены обобщающие переменные (факторы), необходимые и достаточные для описания корреляционной структуры отношений между элементами. Согласно критерию «каменистой осыпи» Кэттелла, в качестве наиболее важных факторов следует рассматривать только первые три, тогда как последующие не являются существенными (рис. 6.4). На втором этапе методом максимального правдоподобия было получено трехфакторное решение, которое для упрощения интерпретации было подвергнуто варимакс-вращению. В результате были выделены три равные по силе фактора, объясняющие в сумме 30,5% общей изменчивости показателей. Как видно из таблицы 6.3, в первый фактор с высокими положительными нагрузками вошли Th, U, Ce, Pb, Mo, с отрицательными – Zr, Ti, Sb, Ag, Cs, Ba. Известно, что Th, U, Pb и Ce в природных средах при pH ≥ 6 мигрируют преимущественно в виде карбонатных комплексов [Волкова и др., 1989]. Карбонатный и гидрокарбонатный состав вод способствует экстракции этих элементов из пород и их вовлечению в биологический круговорот в виде комплексных соединений. Вероятнее всего этот фактор отражал специфику анионного состава вод, дренирующих отдельные территории Челябинской области. На взаимосвязи между химическим составом биогеохимических провинций и закреплением определенных микроэлементов ранее указывали исследования И.А. Флеровского (1965), Ю.Г. Козловского (1976), В.С. Рябинского с соавт. (1991).

115

Таблица 6.3 Факторные нагрузки элементов на латентные переменные Элементы Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Ga* As Br* * Rb Sr Y Zr Nb* Mo Ag Cd In* Sn Sb I* Cs Ba La* Ce Pb Th U Доля объясняемой дисперсии, %

1 -0,525 -0,264 0,072 -0,001 -0,145 -0,085 -0,279 0,062 -0,181 0,060 0,036 -0,025 -0,065 0,157 -0,549 0,094 0,332 -0,458 0,210 0,237 -0,169 -0,478 -0,010 -0,387 -0,352 -0,194 0,367 0,354 0,837 0,757

Факторы 2 0,540 0,627 0,482 0,438 0,668 0,772 0,485 0,012 0,188 -0,328 -0,142 -0,026 -0,048 0,013 0,264 -0,290 -0,039 -0,002 -0,045 -0,128 0,107 -0,136 -0,047 0,017 -0,248 0,120 -0,219 -0,115 -0,235 -0,115

3 -0,087 -0,016 -0,023 -0,067 -0,016 0,070 -0,117 0,789 0,116 -0,158 0,098 0,175 0,821 0,313 0,345 0,109 0,226 -0,047 0,380 -0,018 0,396 -0,185 -0,039 0,118 0,417 0,047 0,052 0,717 0,160 0,261

11,20

9,88

9,42

Примечание: жирным шрифтом выделены нагрузки более 0,30; * – изменчивость элементане получила объяснения в трехфакторной модели

116

В этом случае представлялось логичным ожидать существования различий между изученными территориями по величине фактора 1. Для проверки этой гипотезы был проведен дисперсионный анализ индивидуальных значений этого фактора, рассчитанных для каждого конкремента. В ходе анализа учитывали два параметра: место проживания пациента и его пол. Его результаты представлены в таблице 6.4. Таблица 6.4 Результаты дисперсионного анализа значений первого фактора Источник изСумма Степени Средний менчивости квадратов свободы квадрат Главные эффекты - город 13,41603 6 2,236005 - пол 0,60993 1 0,609935 Взаимодейс твия факторов - город × пол 15,52975 6 2,588291 Ошибка 66,99450 81 0,827093

Fкритерий

P

2,703 0,737

0,019 0,393

3,129

0,008

Статистически значимым оказался эффект города и взаимодействие «город × пол». Эффект города проявился, за счет контраста микроэлементного состава конкрементов жителей Челябинска (больше Zr, Ti, Sb, Ag, Cs, Ba) с одной стороны и жителей Магнитогорска и Озерска (больше Th, U, Ce, Pb, Mo) – с другой. Это видно из рисунка 6.5 а, по отсутствию наложения соответствующих 95%ных доверительных интервалов для средних значений фактора 1. Взаимодействие факторов «город × пол» свидетельствовало о том, что в разных городах половая специфика содержания конкурирующих металлов проявлялась вариабельно (рис. 6.5 б). Данное взаимодействие оказалось статистически значимым, в первую очередь, за счет существенных половых различий микроэлементного состава в выборке конкрементов у жителей г. Челябинска: в составе камней мужчин значительно преобладают Zr, Ti, Sb, Ag, Cs, Ba. Аналогичная ситуация наблюдалась в г. Коркино, а в г. Копейске, Металлургическом районе г. Челябинска и г. Южноуральске в составе камней мужчин, напротив, больше Th, U, Ce, Pb, Mo. Приме117

чательно, что в г. Магнитогорске и г. Озерске специфики микроэлементного состава уролитов в половом отношении не было загистрировано. Существование достоверных различий по величине фактора 1 между городами подтверждает гипотезу о его средовой природе. Однако на сегодняшний день нельзя определенно ответить на вопрос является ли данный фактор индикатором экологического неблагополучия в отношении U и Th, поскольку, содержание этих элементов в мочевых камнях чрезвычайно низко. Нельзя исключить, что выделенный фактор отражает химические закономерности, контролирующие подвижность указанных элементов в растворах сложного анионного состава. Во второй фактор выделилась преобладающая в камнях жителей Южного Урала группа металлов: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu. Все эти элементы в равной мере типоморфны как для геологического субстрата Южного Урала, так и для его техносферы. Именно они на протяжении десятилетий являются объектом направленной добычи и переработки. По данному фактору не проявились различия между городами (F[6; 81] = 0,653; P = 0,687) и отсутствовала связь с возрастом пациентов (коэффициент корреляции Спирмена RS = 0,106; Р = 0,251). В то же время, на объединенном по всем городам материале обнаружились две тенденции: к половым различиям по критерию МаннаУитни (P = 0,056, у женщин больше) и к связи с долей мочевой кислоты в составе уролитов (табл. 6.5). Эти обстоятельства, наряду с небольшой долей объясняемой этим фактором дисперсии, указывали на то, что фактор 2 не может служить интегральным показателем влияния геотехносферы Южного Урала на микроэлементный состав уролитов. Он отражал лишь небольшой компонент этого влияния, имеющий согласованный характер во всех городах, в то время как для оценки региональной специфики наиболее показательны относительные различия в средних концентрациях. Третий фактор сформировала группа элементов: Sr, Zn, Pb, Ba, Sn, Cd, Zr, Y, имеющих сходные химические свойства друг с другом, а также с кальцием и магнием. Концентрации этих элемен118

тов не зависели от возраста пациента (RS = 0,207; Р = 0,769). Как видно из таблицы 6.5, они обнаруживали отрицательную корреляцию с долей мочевой кислоты в составе уролитов и не коррелировали с долей оксалатов. В случае апатита и струвита, напротив, имелась высоко статистически значимая связь. Следовательно, данный фактор интерпретируется как элементы – химические аналоги кальция, способные к их изоморфному замещению в составе апатита и струвита. Таблица 6.5 Коэффициенты ранговой корреляции Спирмена (RS ) между факторными шкалами и долей индивидуальных минеральных компонентов Минеральный компонент Оксалат кальция одноводный CaC2 O4 .H2 O Oксалат кальция двуводный СаС2 О4 .2Н2 О Апатит Ca5 (PO4 )3 (ОН,F) Струвит MgNH4 PO4 .6H2 O Мочевая кислота С5 H4 N4 O3

Фактор 1 RS P 0,065 0,481

Фактор 2 RS P -0,065 0,478

Фактор 3 RS P 0,014 0,881

-0,131

0,151

0,013

0,885

0,142

0,121

-0,192

0,035

0,008

0,927

0,602

<0,001

-0,077

0,398

0,007

0,942

0,210

0,021

0,022

0,810

0,151

0,098 -0,507 <0,001

Таким образом, в результате факторного анализа были выявлены три процесса, обеспечивающие согласованное поступление элементов-примесей в состав мочевых камней: два из них связаны с геохимическим фоном, а один – с метаболизмом кальция и, вероятно, магния.

119

Рис. 6.1. Гистограммы распределения микроэлементов в почечных камнях жителей Южного Урала по результатам анализа РФА СИ: диапазон концентраций 0 – 25 мг/кг. n – число образцов. 120

Рис. 6.2. Гистограммы распределения микроэлементов в почечных камнях жителей Южного Урала по результатам анализа РФА СИ: диапазон концентраций 0 – 500 мг/кг. n – число образцов.

121

Рис. 6.3. Гистограммы распределения микроэлементов в почечных камнях жителей Южного Урала по результатам анализа РФА СИ: диапазон концентраций 0 – 3000 мг/кг. n – число образцов. 122

Рис. 6.4. График. Выделение компонент в ходе оптимального шкалирования

а)

б) Рис. 6.5. Различия в средней величине значения первого фактора содержания микроэлементов в уролитах: а) между городами, б) между городами с учетом пола пациента 123

6.4. Зависимость спектра микроэлементов от минерального состава мочевых камней Ранее Н. И. Тарасовым (1978) было установлено, что в различных составляющих мочевых камней избирательно закрепляются микроэлементы. Данная точка зрения не противоречит и фундаментальным законам геохимического поведения элементов [Вернадский, 1978]. Тогда как в середине ХХ века бытовало мнение о взаимной независимости макро- и микроэлементного состава конкрементов [Ковалев, 1955]. В последующем было доказано, что содержания микроэлементов в мочевых камнях и диапазон их вариаций существенно разнятся для конкрементов разного фазового состава [Полиенко и др., 1996; Тыналиев и др., 1996]. Эти различия наиболее контрастны для следующих групп: 1) оксалаты кальция (суммарное содержание в пробе СаС2О4 · Н2 О + СаС2 О4 · 2Н2 О ≥ 75%); 2) камни, преимущественно сложенные мочевой кислотой (C5N4 H4O3 ≥ 50%); 3) фосфатсодержащие камни (апатит + струвит ≥ 50%). Проиллюстрировать это утверждение позволяет таблица 6.6, в которой приведены значения медиан для тех элементов, по которым в ходе анализа Краскела-Уоллиса были обнаружены существенные различия. Изучение фазового состава мочевых камней позволило установить, что для жителей северной и центральной частей Челябинской области характерны, прежде всего, оксалатные камни и конкременты сложного состава, тогда как в южных районах доминируют камни, состоящие из мочевой кислоты и апатита. Установленные особенности продиктовали необходимость проведения анализа версии о возможности преобладающего влияния регионального геохимического фона и возникновения вследствие этого ложной корреляции между микроэлементным и фазовым составом мочевых камней.

124

Таблица 6.6 Различия в содержании элементов в мочевых камнях разного фазового состава Элемент V Fe Cu Zn Se Br Rb Sr Zr Nb Mo Cd Ba Pb U

Оксалатный

Тип камня Мочекислый

Фосфатный

Me

n

Me

n

Me

n

6,726 140,585 18,250 156,723 0,400 5,197 0,500 73,199 1,252 0,100 0,782 0,301 7,060 31,054 1,000

76 76 76 76 51 76 76 76 76 76 76 74 74 76 74

25,205 240,000 50,000 79,535 1,000 4,131 0,577 19,885 0,633 0,018 0,391 0,199 2,250 7,711 0,577

32 32 32 32 23 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32

13,913 133,320 31,573 738,436 0,680 2,609 1,378 383,506 2,139 0,100 0,485 0,503 12,683 28,598 1,000

15 15 15 15 8 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15

Различия по Краскелу-Уоллису НP критерий 8,725 0,0127 9,383 0,0092 14,194 0,0008 17,552 0,0002 12,775 0,0017 6,520 0,0384 9,403 0,0091 45,057 0,0000 12,053 0,0024 8,948 0,0114 7,802 0,0202 5,740 0,0567 18,961 0,0001 23,109 0,0000 5,018 0,0814

Примечание. Me-медиана, n – объем выборки

Для выявления особенностей микроэлементного состава конкрементов разного типа, присущих всем образцам выборки, вне зависимости от их географического положения был использован дискриминантный анализ. В ходе него были выделены две высоко статистически значимые канонические оси (χ2[30] = 131,77; P < 0,001 и χ2 [14] = 58,51; P < 0,001), включающие 15 элементов. Как представлено на рисунке 6.6, составы оксалатных, фосфатных и мочекислых камней образуют самостоятельные поля. Вдоль первой оси (X) проявились различия между всеми тремя типами конкрементов, вдоль второй (Y) – между наиболее контрастными по микроэлементному составу – оксалатными и фосфатными камнями. В целом первая дискриминантная функция отображает тот же процесс, который обусловил возникновение третьего фактора (табл. 6.3, 6.5).

125

Наглядным оказалось статистическое сопоставление выборок конкрементов различного фазового состава, принадлежащих жителям Металлургического района г. Челябинска и шахтерских городов (табл. 6.7). Компактное проживание каждой из групп населения, сходная геохимия природной среды позволяют продемонстрировать зависимость между минеральным типом камня и содержанием микроэлементов. Анализ выполнен на примере элементов 3 класса. Установлено, что фосфатные камни достоверно обогащены в сравнении с оксалатными Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Br, Sr (коэффициенты накопления k = 1,9 ÷ 4,0). Камни, сложенные мочевой кислотой, содержат максимальные количества Ti, V, Cr, Fe, Ni, Cu и минимальные концентрации Zn, Br, Sr и Pb. Таким образом, установлено, что для накопления металлов, преимущественно (Rb+, Cs+, Ge4+, Hf4+, Cd2+, Cu2+) либо в значительной степени (Sr, Ba, Pb, Zn, Tl, Y, Ni, Ga, Te) удаляющихся из организма через почки, принципиальную важность представляет тип минеральной матрицы, в которой происходит их фиксация. Оксалаты кальция. Оксалаты кальция наиболее консервативны в отношении накопления всех микроэлементов. Это объясняется как ограниченной емкостью кристаллических решеток СаС2О4.Н2О и СаС2О4 .2Н2О в отношении этих элементов, так и отгонкой инородных частиц от фронта кристаллизации при росте их достаточно совершенных кристаллов. Однако, оксалатные уролиты жителей территории сосредоточения металлургических производств достоверно обогащены Fe, Mn, Cr, V, Ti и Cu (рис. 6.7). Мочевая кислота. Кристаллы мочевой кислоты отличаются высокой чистотой макрокомпонентного состава [Нигматулина и др., 2004; Sokol et al., 2005]. Однако мочекислые камни в целом обладают ярко выраженной способностью концентрировать микроэлементы группы железа, а также Ti и Cu. Причиной этого представляется их микрокристаллическое или микроглобулярное строение, определяющее высокую удельную поверхность. Наиболее вероятным концентратором микроэлементов здесь, как и в случае оксалатных камней, выступает белково-органическая составляющая. Ведущим механизмом их осаждения следует признать сорбцию из раствора (мочи). 126

127

128

129

Фосфатсодержащие камни. Накопление микроэлементов в фосфатных камнях имеет иную природу и аналогично их депонированию в минеральной составляющей костных тканей. Оно контролируется изоморфным вхождением ионов металлов в позиции Ca2+ структуры апатита. Преобладает замещение Ca2+ → Sr2+. Типоморфными для апатитовых конкрементов являются, прежде всего, те элементы, которые образуют крупные двухвалентные катионы Zn2+, Ba2+, Pb2+, Cd2+, способные замещать Ca2+. В меньшей степени к изоморфизму с кальцием предрасположены высокозарядные 4+ 3+ 4+ катионы Sn , Y , Zr . На этом основании численные величины, характеризующие вклад этих элементов в третий фактор (табл. 6.3) могут быть проинтерпретированы как аналог ряда констант вытеснения Ca2+ из его комплексов в условиях наличия МКБ. Устойчивость соответствующих комплексов, конкурирующих с комплексами Ca2+, должна возрастать в ряду Y < Zr < Cd ≈ Sn < Ba << Pb < Zn < Sr. Учитывая вышесказанное, при изучении региональной микроэлементной специфики следует сопоставлять между собой только мочевые камни идентичного фазового состава.

Рис. 6.6. График. Особенности микроэлементного состава нефролитов трех минеральных типов по результатам дискриминантного анализа: 1 – мочевая кислота; 2 – оксалаты кальция, 3 – фосфаты (апатит + струвит); В рамках указаны коэффициенты корреляции концентрации элементов с соответствующей канонической осью. 130

Рис. 6.7. Графики. Микроэлементный состав мочевых камней больных МКБ, жителей Металлургического района г. Челябинска (А) в сравнении с уролитами жителей других районов Челябинска (Б) и из шахтерских городов Копейска и Коркино (В). Типы конкрементов : 1 – оксалатные; 2 – мочекислые; 3 – фосфатные (апатит + струвит). 131

6.5. Участие микроэлементных составляющих естественного геохимического фона и техногенных процессов региона в специфичности микроэлементного состава мочевых камней Влияние регионального геохимического фона (включающего как естественную компоненту, так и техногенную нагрузку) на микроэлеметный состав уролитов может быть проиллюстрирован путем сопоставления подвыборок камней однотипного минерального состава. Результаты линейного корреляционного анализа всей совокупности данных, полученных при изучении микроэлементного состава конкрементов жителей Челябинской области, суммированы в таблице 6.8. Особый интерес представляет сравнение данных для популяций, проживающих в геохимически контрастных районах со сходными типами техногенной нагрузки, – в нашем случае это Металлургический район г. Челябинска и г. Магнитогорск. Установлено, что и фосфатные, и мочекислые камни в г. Магнитогорске содержат достоверно более низкие концентрации Ti, V, Cr, Mn, Fe и Cu. При этом фосфатные камни у пациентов из Магнитогорска обогащены Zn, Sr и Pb (табл. 6.7, 6.8). Ореол воздействия предприятий угледобычи и теплоэнергетики, использующей местные угли, может быть очерчен по присутствию в камнях галлия (Ga) – типоморфного элемента челябинских лигнитов. Его концентрация в большинстве изученных проб ниже предела обнаружения (< 0,7 мг/кг). При этом все образцы с содержанием Ga = 2-25 мг/кг происходят из компактного района, где добывают и используют эти угли – гг. Копейск, Коркино, Челябинск. Вклад техногенной составляющей в микроэлементный состав уролитов анализировали путем сопоставления выборок из пространственно сближенных районов (рис. 6.7). Это – г. Челябинск, его Металлургического район, а также шахтерские города Копейск и Коркино. Установлено, что содержание металлов, задействованных в производстве продукции черной металлургии и ферросплавов (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni), максимально в мочевых камнях у пациентов, проживавших в Металлургическом районе г. Челябинска. В качестве примера мочевого камня с ураганными содержаниями элементов-примесей, приводим следующее наблюдение (Рис. 6.8). Больной К. 70 лет, диагноз: МКБ. Оксалатный камень (CaC2 O4 · H2 O) нижней трети левого мочеточника. Выполнена кон132

тактная уретеролитотрипсия. После разрушения камня фрагменты отошли самостоятельно и в осадке мочи обнаружились инородные частицы: 1) фрагменты с полуметаллическим блеском; 2) деформированная металлическая фольга; 3) глобулы серебристо-серого металла; 4) частицы неправильной формы. В первой группе частиц главными химическими компонентами были (в мас.%) Fe = 24,1-37,7; Si = 34,9-38,7; P = 7,4-11,5; Mn = 0,8-1,7; Cr = 0,5-0,6, что позволило идентифицировать эти частицы как Si-Fe шлаки. Прочие частицы представляли собой фрагменты металлического Mg, Al и абразивный Cr2 O3 . Валовая проба камня была исследована методом РФА-СИ (Сокол и др., 2004). Обнаружено присутствие: Fe, Cr, Ti, V, Mn, Cu, Br, Sr, Pb, а также аномально высокие концентрации Mo и Bi. Анализ профессионального маршрута позволил установить, что больной в течение 20 лет работал токарем-универсалом и имел отношение к металлообработке сталей и сплавов специального назначения. Разнообразие ферросплавов, наличие магниевой и алюминиевой примесей, глобулярного хрома и абразивного оксида хрома прямо указывали на связь профессиональной деятельности больного со специфическими находками в мочевом камне. Три жилых района Челябинска располагаются в зоне влияния электролитно-цинкового завода, перерабатывающего полиметаллические руды с преобладанием Fe, Zn (Pb, Cu) и примесями Hg, Sb и Cd. При этом в конкрементах больных МКБ содержания Sb (≤ 8,7 мг/кг) и Cd (≤ 3 мг/кг) оказались низки, а ртуть не была обнаружена, что можно рассматривать как благоприятный показатель. Распределение цинка дает более сложную картину, связанную, вероятнее всего, с общей цинковой специализацией Южного Урала и эссенциальностью самого металла. Содержания Zn варьировали от 15 до 1700 мг/кг. Его максимальные концентрации (≥ 500 мг/кг) зафиксированы в апатитсодержащих камнях больных из г.г. Верхнего Уфалея, Кыштыма, Озерска, Челябинска, Копейска, Южноуральска и Магнитогорска.

133

134

Рис. 6.8. Микрофотограммы металлических и шлаковых частиц, обнаруженных в мочевом камне (электронный микроскоп LEO 420, ув. 2000): а – шлаковая частица, содержащая Si, Fe, Mn, Cr; б – стружка металлического магния; в – фрагмент алюминиевой стружки; г – глобула металлического хрома.

Установлено, что конкременты больных, проживающих в городах, специализирующихся на добыче и переработке Cu, Pb, Zn, Ni и сопутствующих им элементов (Cd, Hg, As, Ag), не выделяются на региональном фоне сколько-нибудь значительным ростом их содержаний. Никель преимущественно концентрировался в мочекислых камнях. Его минимальные концентрации характерны для пациентов из г.г. Магнитогорска, Миасса и Озерска (3-14 мг/кг); умеренные (до 30 мг/кг) зафиксированы в гг. Коркино и Челябинске, а максимальные (≥ 50 мг/кг) – в Копейске. При этом мочевые камни жителей Верхнего Уфалея, где градообразующим предприятием является комбинат «Уфалейникель», не выделяются повышенным содержанием этого металла. 135

Содержание меди не обнаруживало очевидной связи с фазовым составом конкрементов. Низкие и умеренные ее содержания характеры для городов проживания больных – Магнитогорска и Озерска, высокие (50-130 мг/кг) – для Челябинска, Копейска и Коркино. Мочевые камни жителей Кыштыма, где расположен медеплавильный комбинат, содержат средние для данного региона количества Cu. Такие токсичные элементы как As, Sb, Cd и Hg, зафиксированы в количествах, превышающих предел их обнаружения, только в единичных пробах. Максимальные концентрации составляют: As – 7 мг/кг; Sb – 8 мг/кг; Hg –1,6 мг/кг; Cd – 3 мг/кг. Содержание U и Th не превышало предела их обнаружения (1 мг/кг). Мочевые камни пациентов, проживающих в зоне ВУРС’а (Восточно-Уральский радиоактивный след) – гг. Озерск и Кыштым на региональном фоне не выделялись. Таким образом, микроэлементный состав мочевых камней можно рассматривать как независимую объективную характеристику геохимических особенностей среды обитания конкретной популяции. Это элементное своеобразие отражает долговременное интегральное влияние природного геохимического фона территории и техногенной нагрузки на организм, является результирующей взаимодействия в системе организм-среда и позволяет выявить суммарный эффект воздействия «малых доз». Микроэлементная специфика мочевых конкрементов регулируется тремя факторами: региональным геохимическим фоном, фазовым составом камней и техногенным загрязнением среды обитания организма, при этом более значимой является техногенная составляющая. Камни, сложенные оксалатами кальция, наиболее консервативны в отношении накопления всех микроэлементов. Мочевая кислота преимущественно концентрирует элементы группы железа. Для этих типов камней адсорбентом микроэлементов, вероятнее всего, выступает белково-органическая составляющая. Механизм их осаждения – сорбция из раствора. Самыми «загрязненными» по большинству микроэлементов являются фосфатные конкременты, выступающие главными накопителями Sr и Zn. Для стронция, по аналогии с природными апатитами, наиболее вероят2+ 2+ но изоморфное вхождение Sr в позиции Са .

136

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Мочекаменная болезнь – заболевание, наиболее часто встречающееся в урологической практике. В рамках настоящей работы мы ставили перед собой цель всесторонне изучить материальное свидетельство заболевания - мочевые камни. Основной акцент был сделан на нескольких позициях. Одна из них - использование в большинстве исследований нетрадиционных для данной области минералогии методов изучения: сканирующей электронной микроскопии сверхвысокого разрешения, энерго-дисперсионного и электронно-зондового микроанализа. Вторая позиция – применение современных статистических методик обработки полученных результатов с использованием факторного анализа и выделение трех факторов, влияющих на содержание микроэлементов в мочевых камнях, каждый из которых объяснял около 10% суммарной дисперсии. Третья позиция, и главная, - методологическим средством реализации исследовательской программы явился системный анализ, позволивший, с одной стороны, развить сложную проблему на составляющие ее простые задачи, имеющие отработанные методы решения, а с другой, удержать их вместе в качестве единого целого. Кинетический характер функционирования верхних мочевых путей убеждают в том, что индукционный период, необходимый для самопроизвольного (гомогенной нуклеации) зарождения микрокристаллитов даже в высококонцентрированной моче недостаточен. Изучение онтогенеза конкрементов дает основание утверждать, что зарождение мочевых конкрементов происходит в канальцевом аппарате почки. Последующая их миграция в полостную систему органа и нарушение коллоидной стабильности мочи на фоне канальцевых дисфункций обеспечивают дальнейшее формирование камня. В одних случаях развитие процесса литогенеза, имеющего в основе гетерогенную нуклеацию, обусловливает ренальный воспалительный процесс, при этом в составе ядер обнаруживаются фосфаты и органические составляющие. В других случаях, расщепленные микрокристаллы, мигрировавшие из почки, трансформируются в сферолиты, лишенные выраженного ядра, что возможно и на фоне кристаллурии. В течение всего периода нахождения в организме мочевой камень неразрывно связан с органическим веществом (почка) и минералогенетической средой (моча), где органическая составляющая 137

динамично участвует в появлении минеральной компоненты. Все изменения физико-химического состояния среды минералообразования оказывают влияние на процесс формирования патогенных агрегатов. Эти изменения отражаются в элементах структуры камня, его минерального состава и наличия разнообразных микро- и макроэлементов. Кроме того, между организмом и формирующимся в нем камнем существует постоянный энергоинформационный обмен, выражающийся в непрерывной «подпитке» растущего мочевого камня элементами необходимыми для его роста, а конкремент «отвечает» на это соответствующими изменениями в своем составе и строении. Число актов зарождения сферолитов свидетельствует ритмическом течение заболевания. Оно провоцируется появлением новых затравочных центров. Продолжение макроритма отвечает стабильному течению заболевания. Образование ограненных поверхностей сферолита означает перерыв в формировании ритмической зональности. В поведении кристаллов и живых организмов наблюдаются некоторые схожие черты, что позволяет рассматривать их как своеобразные модели друг друга. Параллели между словосочетаниями «живой организм» и «живой кристалл» опираются на глубокое единство свойств объектов и процессов их развития. Различия же обусловлены тем, что независимо от уровня сложности, живые организмы, кроме пространственной (морфологической и анатомической), имеют и временную организацию. В то же время понятие структуры кристалла до сих пор отделено от понятия времени и только выявление эволюционирующих во времени дефектов минерала позволяет конвергентно рассматривать эти понятия. С течением времени минеральное вещество его глубинных зон претерпевает фазовые трансформации (дегидратация оксалата), морфологические изменения (перекристаллизация апатитовых глобул, аморфных фосфатов кальция). Мочевые камни способны «адаптироваться» к меняющимся условиям своего существования, с регенерацией структуры - восстановление поверхностей растворения, формирование новых ростовых ритмов, агрегирование и уплотнение комковатых глобулярных частиц с образованием единого тела. При изменении химических параметров минералогенетической среды мочевой камень не прекращает свой рост, а остается центром кристаллизации, изменяя при этом фазовый состав. 138

В особенностях макрохимического состава мочевых камней можно отметить нахождение фосфора в оксалатах кальция и агрегатах мочевой кислоты преимущественно за счет наличия фосфатов кальция в этих конкрементах. Сера регистрируется как компонент механически захваченных белков в процессе роста камней. Сложный макрохимический состав апатитов мочевых камней обусловлен дефицитом кальция и компенсаторным вхождением Mg, Na, K. Причиной наличия фтора в составе анионных радикалов является инфекция мочевыводящих путей. Это обстоятельство объясняет одну из причин сохранения устойчивой минерализации и формирования центров кристаллизации (затравок), на базе которых осуществляется дальнейший рост зрелого конкремента. Структура мочевых камней определяет их способность к разрушению. Дезинтеграция оксалатных уролитов происходит по зонам сочленения крупных ростовых ритмов, что обусловливает коническую симметрию фрагментов. Разрушение фосфатных и уратных конкрементов протекает по межкристаллитному типу благодаря микроглобулярному строению. Микроэлементный состав мочевых камней можно рассматривать как независимую объективную характеристику геохимических особенностей среды обитания конкретной популяции. Это элементное своеобразие отражает долговременное интегральное влияние природного геохимического фона территории и техногенной нагрузки на организм, является результирующей взаимодействия в системе организм-среда и позволяет выявить суммарный эффект воздействия «малых доз». Микроэлементная специфика мочевых конкрементов регулируется тремя факторами: региональным геохимическим фоном, фазовым составом камней и техногенным загрязнением среды обитания организма, при этом более значимой является техногенная составляющая. Камни, сложенные оксалатами кальция, наиболее консервативны в отношении накопления всех микроэлементов. Мочевая кислота преимущественно концентрирует элементы группы железа. Для этих типов камней адсорбентом микроэлементов, вероятнее всего, выступает белково-органическая составляющая. Механизм их осаждения – сорбция из раствора. Самыми «загрязненными» по большинству микроэлементов являются фосфатные конкременты, выступающие главными накопителями Sr и Zn. Для 139

стронция, по аналогии с природными апатитами, наиболее вероятно изоморфное вхождение Sr2+ в позиции Са2+. Комплексное воздействие экзогенных факторов на развитие МКБ обусловливают неравномерность преимущественного распределения типов мочевых камней на территории Челябинской области. В северной и западной ее частях отмечается зональное доминирование оксалатов при смешанном характере фазового состава камней. Мочекислые и фосфатсодержащие конкременты превалируют в ее центральных, восточных и южных районах. Таким образом, изучение взаимосвязей системы «организмкристалл» имеет значение как с точки зрения фундаментальных проблем минералогии, так и с точки зрения урологии с ее практическими задачами. Эти исследования позволяют выявить динамику процессов возникновения минеральных новообразований в организме человека, действие систем, регулирующих их рост, прогнозировать эффективность лечебного воздействия на них. С другой стороны, образование минералов в среде человеческого организма, с регламентируемыми условиями, отличающимися от условий абиогенной среды, расширяет представление о генезисе минералов и способствует развитию общей теории минералообразования. До настоящего времени, к сожалению, в литературе не существует сколько-нибудь широких и общепризнанных обобщений, касающихся онтогенеза, макро- и микроэлементного состава мочевых камней. Между тем проблема привлекает внимание обширного круга урологов, минералогов. В представленном труде мы попытались обобщить литературные сведения и собственные данные, полученные при исследовании конкрементов, с целью установления некоторых общих закономерностей и выявления корреляционных связей.

140

ЛИТЕРАТУРА 1. Авцын А.П. Принципы классификации заболеваний биогеохимической природы / А.П. Авцын, А.А. Жаворонков, Л.С. Строчкова // Арх. патологии. – 1983. – Т. XLV, № 9. – С. 3-11. 2. Агроклиматические ресурсы Челябинской области: справочник / Е.В. Григорчук [и др.]. – Л. : Гидрометеоиздат, 1977. – 115 с. 3. Аксенов С.А. Оценка обеспеченности населения Челябинской области ресурсами подземных вод для хозяйственно-питьевого водообеспечения: (отчет) / С.А. Аксенов, Ю.Н. Афанасьев. – Челябинск: Челяб. гос. геолого-геофиз. предприятие, 1996. – 30 с. 4. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения / Г.С. Альтшуллер. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Моск. Рабочий, 1973. – 296 с.: ил. 5. Аляев Ю.Г. применение новейших технологий в диагностике урологических заболеваний / Ю.Г. Аляев // Материалы Пленума Правления Российского о-ва урологов. – М., 2005. – С. 425-438. 6. Андреева М.А. Реки Челябинской области: учеб. пособие по спецкурсу / М.А. Андреева, В.Б. Калишев. – Челябинск: ЧГПИ, 1991. – 100 с. 7. Андреева М.А., Андреева Е.В. К вопросу о водохозяйственном использовании озер Челябинской области // Научно-практическая конференция «Водные ресурсы Южного Урала – 2004. Проблемы водохозяйственного комплекса»: сб. статей, Челябинск, 2728 апреля 2004 г. – Челябинск, 2004. – С. 157-159. 8. Апатит в костном детрите панцирных девонских рыб северозапада Русской платформы / Е.Г. Панова [и др.] // Зап. Всерос. минералог. о-ва. – 2001. – № 4. – С. 97-107. 9. Белозерова О. Особенности экономического развития Челябинской области и его влияние на состояние окружающей среды и природных ресурсов / О. Белозерова // Охрана природы Южного Урала: Областной экологический альманах. – Челябинск: ОАО «Челябинский дом печати», 2005. – С. 39-41. 10. Билобров В.М. Биохимический состав и структура органической матрицы почечных камней / В.М. Билобров, О.Л. Миронов; Ин-т физ.-орган. химии и углехимии. – Донецк, 1984. – 43 с. 11. Бондаренко А.В. Влияние экологически неблагоприятных факторов на распространенность, структуру и особенности течения нефропатий у детей г. Ставрополя: автореф. … канд. мед. наук: 141

12.

13.

14. 15. 16. 17. 18.

19.

20.

21.

22.

23. 24.

14.00.09 / А.В. Бондаренко; Ставропол. гос. мед. акад. – Ставрополь, 1996. – 21 с. – Библиогр.: с. 20-21. Боржиевский Ц.К. Химический состав и структура мочевых камней у жителей Львовской области / Ц.К. Боржиевский, А.Г. Козий // Врачеб. дело. – 1979. – № 1. – С. 70-72. Борисенкова Р.В. Канцерогенная опасность никеля и его соединений (обзор литературы) / Р.В. Борисенкова, Л.Л. Гвоздева, Л.А. Лущенко // Медицина труда и пром. экол. – 2001. – № 1. – С. 27-31. Буданов Н.Д. Гидрогеология Урала / Н.Д. Буданов. – М.: Наука, 1964. – 302 с. Вайнберг З.С. Камни почек / З.С. Вайнберг. – М.: Медицина, 1971. – 198 с.: ил. – Библиогр.: с. 192-198. Вернадский В.И. Живое вещество / В.И. Вернадский; АН СССР. – М.: Наука, 1978. – 358 с. – Библиогр.: с. 327-331. Вингелл А.Н. Оптическая минералогия / А.Н. Вингелл, Г.Н. Вингелл. – М.: ИЛ, 1953. – 347 с. Виноградов А.П. Биогеохимические провинции и их роль в органической эволюции / А.П. Виноградов // Геохимия. – 1963. – № 3. – С. 199-212. Владимиров Ю.А. Роль нарушений свойств липидного слоя мембран в развитии патологических процессов / Ю.А. Владимиров // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. – 1989. – № 4. – С. 7-18. Влияние структуры конкрементов на результаты дистанционной ударно-волновой литотрипсии / В.Я. Фарбирович [и др.] // Урология. – 2001. – № 4. – С. 48-50. Волкова Н.И. Состояние Th4+ и UO22+ в поверхностных водах зоны гипергенеза / Н.И. Волкова, Д.Н. Пачаджанов // Геохимия – 1989. – № 11. – С. 1668-1672. Воробьев А.А. Накопление нарушений, повреждения структуры, разрушение минералов и горных пород / А.А. Воробьев. – Томск: Изд-во Томского университета, 1973. – 574 с. Выращивание кристаллов из растворов / Г.Г. Петров [и др.]. – Л.: Недра, 1983. – 200 с. Гидроксилапатит в крови человека / А.Т. Титов [и др.] // Поверхность, рентгеновские, синхротронные и нейронные исследования. – 2002. – № 7. – С. 72-76. 142

25. Главные минералогические типы почечных камней / Е.Н. Нигматулина [и др.] // Химия в интересах устойчивого развития. – 2004. – № 12. – С. 67-81. 26. Грибовский Г.П. Ветеринарно-санитарная оценка загрязнителей окружающей среды на Южном Урале / Г.П. Грибовский – Челябинск, 1996. – 225 с. 27. Григорьев Д.П. Онтогения минералов / Д.П. Григорьев. – Изд. Львовского ун-та, 1961. – 283 с. 28. Годовиков А.А. Агаты / А.А. Годовиков, О.И. Риппинен, С.Г. Моторин. – М.: Недра, 1987. – 368 с. 29. Голиков С.Н. Общие механизмы токсического действия / С.Н. Голиков, И.В. Саноцкий, Л.А. Тиунов. – Л.: Медицина, 1986. – 280 с. 30. Голощапов П.В. Экологические и санитарно-гигиенические последствия радиоактивного загрязнения территории Южного Урала / П.В. Голощапов, А.В. Аклеев // Материалы 1-го Международного симпозиума: Хроническое радиационное воздействие – риск отдаленных эффектов. – М., 1996. – Т. 1. – С. 38-44. 31. Григорьев Д.П. Онтогения минералов. Индивиды / Д.П. Григорьев, А.Г. Жабин. – М.: Наука, 1975. – 339 с. 32. Грум-Гржимайло К.И. Друг здравия / К.И. Грум-Гржимайло. – СПб., 1834. – 161 с. 33. Дасаева Л.А. Диагностика, медикаментозное лечение и профилактика мочекаменной болезни / Л.А. Дасаева, С.Н. Шатохина, Е.М. Шилов // Клин. медицина. – 2004. – № 1. – С. 21-26. 34. Демин Ф.И. Влияние примесей на процессы кристаллизации в гелевых средах // Минералогия и жизнь: биоминеральные взаимодействия: тез. докл. III Междунар. семинара, Сыктывкар, 2000г. / РАН, Ин-т геологии Коми науч. центра Урал. отд-ния, Всерос. минералог. о-во. – Сыктывкар, 2000. – С. 83-85. 35. Дзеранов Н.К. Современные подходы к оперативному лечению камней почек у пожилых людей / Н.К. Дзеранов, К.А. Байбарин // Урология. – 2004. – № 3. – С. 58-66. 36. Дзеранов Н. К. Лечение мочекаменной болезни – комплексная медицинская проблема / Н. К. Дзеранов // Качество жизни. Медицина. – 2005. - № 2. – С. 46-51. 37. Динамика урологической заболеваемости по регионам Российской Федерации / Н.П. Ненашева [и др.] // Материалы Пленума Правления Российского о-ва урологов. – М., 1998. – С. 215-216. 143

38. Добровольский В.В. Некоторые аспекты загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Биологическая роль микроэлементов / В.В. Добровольский. – М.: Наука, 1983. – С. 44-54. 39. Дубищев А.В. Моделирование избирательного поражения нефронов крыс солями тяжелых металлов и возможность фармакологической коррекции / А.В. Дубищев, О.С. Сергеев // Тез. докл. I Рос. Конгресса по патофизиологии, Москва, 17-19 октября 1996. – М.: РГМУ, 1996. – С. 129. 40. Единый Ю.Г. Исследование минеральной (кристаллической) основы мочевых камней) / Ю.Г. Единый // Урология: респ. межведом. сб. – 1974. – Вып. 8. – С. 106-110. 41. Емлин Э.Ф. Кадмий в геотехносфере Урала / Э.Ф. Емлин; Урал. горно-геолог. акад. – Екатеринбург : Б. и., 1997. – 285 с. – Библиогр.: с. 277-281. 42. Ермаков В.В. Геохимическая экология как следствие системного изучения биосферы / В.В. Ермаков // Труды Биогеохимической лаборатории / РАН, Ин-т геохим. и аналит. химии им. В.И. Вернадского. – М., 1999. – Т. 23: Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. – С. 152-182. 43. Зигель Х. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов: пер. с англ. / Х. Зигель, А. Зигель. – М.: Мир, 1993. – 366 с. 44. Зубарев В.А. Комплексная клинико-рентгенологическая диагностика структурно-плоскостного и химического состава мочевых камней у больных уролитиазом: автореф. дис. … канд. мед. наук: 14.00.19;14.00.40 / В.А. Зубарев; Центр. НИИ рентгенорадиол. ин-т МЗ РФ. – СПб., 2001. – 23 с. 45. Иванова М. Рентгеноструктурный анализ почечных камней. К механизму действия фармалига при нефролитиазе / М. Иванова, М. Баева // Биофизика. – 1998. – Т. 43, вып. 6. – С. 1060-1062. 46. Исследования элементного состава проб атмосферных аэрозолей Байкальского региона методом рентгенофлуоресцентного анализа на пучке синхротронного излучения / В.В. Барышев [и др.] // Поверхность. – 2002. – № 11. – С. 56-59. 47. Кадыров З.А. Некоторые вопросы этиологии и патогенеза мочекаменной болезни / З.А. Кадыров, В.Г. Истратов, С.И. Сулейманов // Урология. – 2006. – № 5. – С. 98-101. 48. Кантор Б.З. Беседы о минералах / Б.З. Кантор. – Республика Ингушетия: Из-во «Астрель», 1997. – 136 с. 144

49. Каткова В.И. Мочевые камни: минералогия и генезис / В.И. Каткова; отв. ред. Н.П. Юшкин, Я.Э. Юдович; УрО РАН, Коми науч. центр. Ин-т геологии. – Сыктывкар: Б. и., 1996. – 86 с. 50. Карта экологического состояния территориальных комплексов Челябинской области / В.А. Бакунин [и др.]. – Челябинск, 1994. – 1 п.л. 51. Кнутарева Н.Г. Использование подземных вод для питьевого водоснабжения в населенных пунктах / Н.Г. Кнутарева // Научно-практическая конференция «Водные ресурсы Южного Урала – 2004. Проблемы водохозяйственного комплекса»: сб. статей, Челябинск, 27-28 апреля 2004 г. – Челябинск, 2004. – С. 164-167. 52. Ковалев М.М. Спектральный качественный анализ питьевой воды и мочевых камней / М.М. Ковалев // Клин. медицина. – 1955. – Т. 33. – С. 54-56. 53. Ковальский В.В. Геохимическая экология / В.В. Ковальский. – М.: Наука, 1974. – 297 с. 54. Козлова О.Г. Рост и морфология кристаллов / О.Г. Козлова. – М.: Изд-во МГУ, 1980. – 357 с. 55. Козловский Ю.Г. Макро- и микроэлементный состав камней мочеточников и сухих остатков питьевой воды / Ю.Г. Козловский // Вопросы биогеохимических эндемий в Казахстане: тр. науч. исслед. ин-та краевой патологии / отв. ред. М.Е. Зельцер. – Алма-Ата, 1976. – Т. 30. – С. 164-168. 56. Козловский Е.А. Горная энциклопедия / Е.А. Козловский. – М.: Советская энциклопедия, 1984. – Т. 1. 575 с. 57. Колиснеченко С.В. Удивительные минералы Южного Урала / С.В. Колиснеченко. – Челябинск: Из-во Южно-Уральского гос. университета «Аркаим», 2004 – 296 с. 58. Колпаков И.С. Морфология и генез мочевых камней: дис. … канд. мед. наук: 14.00.40 / И.С. Копаков – М., 1965. – 181 с. 59. Комплексный доклад о состоянии окружающей природной среды Челябинской области в 1996 году / под ред. В.А. Бакунина. – Челябинск: УРЦ «Аэрокосмология», 1997. – 302 с. 60. Комплексный доклад о состоянии окружающей среды Челябинской области в 2006 году / под ред. Г.Н. Подтесова. – Челябинск: Министерство по радиационной и экологической безопасности Челябинской области, Управление Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Челябинской области, 2007. – 221 с. 145

61. Комяков Б.К. Эндоскопическое лечение боьных с камнями мочеточников / Б.К. Комяков, Б.Г. Гулиев, С.В. Попов // Эндоскопическая хирургия. – 2004. – № 4. – С. 49-52. 62. Кораго А.А. Введение в биоминералогию / А.А. Кораго. – СПб.: Недра, 1992. – 279 с.: ил. – Библиогр.: с. 233-237. 63. Краснова Н.И., Петров Т.Г. Генезис минеральных индивидов и агрегатов / Н.И. Краснова, Т.Г. Петров. – СПб.: изд-во Невский Курьер. – 1997. – 228 с. 64. Краюшкина М.А. Санитарно-гигиенические аспекты водопользования / М.А. Краюшкина // Научно-практическая конференция «Водные ресурсы Южного Урала – 2004. Проблемы водохозяйственного комплекса»: сб. статей, Челябинск, 27-28 апреля 2004 г. – Челябинск, 2004. – С. 51-56. 65. Лабораторные методы прогнозирования первичного рецидивирования камнеобразования в почках / М.К. Алчинбаев [и др.] // Урология. – 2001. – № 5. – С. 9-10. 66. Лаврентьев Ю.Г. Программный комплекс РМА 89 для количественного рентгеноспектрального микроанализа на микрозонде Камебакс Микро / Ю.Г. Лаврентьев, Л.В. Усова // Журн. аналит. химии. – 1991. – Т. 46, № 1. – С. 67-75. 67. Лагунов А. Экологические кризисы на Южном Урале / А. Лагунов // Охрана природы Южного Урала: Областной экологический альманах. – Челябинск: ОАО «Челябинский дом печати», 2005. – С. 25-27. 68. Левина Э.Н. Общая токсикология металлов / Э.Н. Левина. – Л.: Медицина, 1972. – 183 с. 69. Лопаткин Н.А. Состояние и перспективы развития урологической помощи в Российской Федерации / Н.А. Лопаткин, А.Г. Мартов // X Российский съезд урологов, Москва, 1-3 октября 2002 г.: материалы. – М., 2002. – С. 5-26. 70. Лосева О.А. Основные результаты Всероссийской переписи населения 2002 года на территории Челябинской области / О.А.Лосева, М.М. Чернышова // Социально-гигиенический мониторинг: вчера, сегодня, завтра. – Челябинск: ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Челябинской области», Территориальное управление Роспотребнадзора по Челябинской области, 2006. – с. 162-168. 71. Люлько А.В. Изменения в почках под влиянием тяжелых металлов / А.В. Люлько, Н.Н. Моисеенко, С.В. Берестенко // Ак146

72.

73.

74.

75.

76.

77.

78.

79.

80. 81.

туальные вопросы уроандрологии: материалы 2 Конгресса урологов Казахстана, Алматы, 8-10 дек. 1995 г. / М-во здравоохранения Казах. Респ., Науч. о-во урологов, НИИ урологии; ред. Б.У. Джарбусынов и др. – Алматы, 1995. – С. 25-26. Малышев С.Н. Влияние сбросов и выбросов промышленных предприятий на водные ресурсы области / С.Н. Малышев, И.П. Добровольский, Н.Т. Шеремет // Научно-практическая конференция «Водные ресурсы Южного Урала – 2004. Проблемы водохозяйственного комплекса»: сб. статей, Челябинск, 2728 апреля 2004 г. – Челябинск, 2004. – С. 136-141. Махонина Г.И. Химический состав растений на промышленных отвалах Урала / Г.И. Махонина. – Свердловск: Изд-во уральского университета, 1987. – 175 с. Мебель М. Кристаллы в почечных камнях / М. Мебель, Г. Брин, Г. Шуберт // Наука и человечество / АН СССР, Всесоюз. о-во «Знание». – М., 1988. – С. 35-43. Медико-биологические и экологические последствия радиоактивного загрязнения реки Теча / Под ред. А.В. Аклеева, М.Ф. Киселева. – М.: ФУ «Медбиоэкстрем», 2000. – 532 с. Мельникова В.А. Лимитирование и ингибирование жизнедеятельности микроорганизмов ионами металлов / В.А. Мельникова, И.А. Баснакьян, В.В. Ермолов // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. – 1991. – № 6. – С. 80-83. Металлические частицы в почечных камнях как индикатор профессиональной деятельности пациентов / Э.В. Сокол [и др.] // Минералогия техногенеза – Миасс: Имин УрО РАН, 2004. – С. 105-114. Методические вопросы нормирования пылей сложного химического состава / Р.В. Борисенкова [и др.] // Гигиена и санитария. – 1980. – № 11. – С. 8-10. Микроэлементозы человека: (этиология, классификация, органопатология) / А.П. Авцын [и др.]. – М.: Медицина, 1991. – 495 с. Министерство сельского хозяйства Челябинской области. Вебгазета. – Доступ: http://www.chelagro.ru Мир-Касимов М.А. Материалы к изучению мочекаменной болезни в Азербайджане: (диссертация) / М.А. Мир-Касимов. – Баку: АзГиз, 1928. – 155 с. 147

82. Мочекаменная болезнь и микроэлементы в техногенной зоне / Е.С. Мамбеталин [и др.] // Материалы IV Всесоюзного съезда урологов (10-12 октября 1990 г.) / Всесоюз. съезд урологов. – М., 1990. – С. 90. 83. Надеенко В.Г. Накопление металлов в организме животных при поступлении их с питьевой водой / В.Г. Надеенко, Е.А. Борзунова, Н.Н. Петрова // Гигиена и санитария. – 1990. – 3 6. с. 24-26. 84. Неймарк А.И. Роль физико-химического и биохимического состава мочи в генезе сочетанной мочекаменной и желчнокаменной болезни / А.И. Неймарк, А.В. Фидиркин, В.И. Савенко // Урология. – 2002. – № 2. – С. 37-39. 85. Новые механизмы адаптации организма к ксенобиотикам / И.Е. Ковалев [и др.] // Тез. докл. I Рос. Конгресса по патофизиологии, Москва, 17-19 октября 1996. – М.: РГМУ, 1996. – С. 241. 86. О возможностях применения комплексного исследования минерального состава внутренних жидкостей и тканей человека для диагностики заболеваний / А.И. Кирсанов [и др.] // Клиническая лабораторная диагностика. – 1998. – № 9. – С. 35. 87. Олигер Т.А. Применение эколого-геохимического картографирования в области гигиены окружающей среды / Т.А. Олигер, В.С. Юрьев, А.И. Олигер // Гигиена и санитария. – 1994. – № 1. – С. 23-25. 88. Определение многоэлементного состава биосубстратов человека, животных и растительности для оценки риска природных и техногенных факторов / К.П. Куценогий [и др.] // IX Международный экологический симпозиум «Урал атомный. Урал промышленный»: тез. докл. / РАН, Урал. отд-ние. – Екатеринбург, 2001. – С. 80-82. 89. Павлов Н.Н. Теоретические основы общей химии (учебное пособие для вузов) / Н.Н. Павлов. – М.: Высшая школа, 1978. – 304 с. 90. Пальчик Н.А. Минералы внутри нас / Н.А. Пальчик, В.Н. Столповская // Вестн. РФФИ. – 1998. – № 4. – С. 61-65. 91. Патогенетические основы лечения больных почечно-каменной болезнью / А.С. Крикун [и др.] // Материалы IV Всесоюзного съезда урологов (10-12 октября 1990 г.) / Всесоюз. съезд урологов. – М., 1990. – С. 151-152. 148

92. Перепелкина А.В. Распространенность структуры и факторы риска нефропатии у детей в условиях экологически неблагоприятного региона: автореф. дис. … канд. мед. наук: 14.00.16 / А.В. Перепелкина; ОГМИ – Оренбург, 1995. – 23 с. 93. Плохих Г.П. Радиация и окружающая среда: Населению о простом и сложном / Г.П. Плохих. – Челябинск: [Б. и.], 1998. – 54 с. 94. Плохих Н.А. Радиоактивность подземных вод Челябинского промузла / Н.А. Плохих // Научно-практическая конференция «Водные ресурсы Южного Урала – 2004. Проблемы водохозяйственного комплекса»: сб. статей, Челябинск, 27-28 апреля 2004 г. – Челябинск, 2004. – С. 170-174. 95. Погосян А.М. Значение кремния в литогенезе при эндемическом уролитиазе / А.М. Погосян // Урология и нефрология. – 1982. – № 6. – С. 32-34. 96. Показатели дестабилизации клеточных мембран у больных мочекаменной болезнью / В.А. Жмуров [и др.] // Урология и нефрология. – 1991. – № 3. – С. 12-15. 97. Покровский А.А. Мембранотоксины / А.А. Покровский // Вестн. АМН СССР. – 1976. – № 9. – С. 79-87. 98. Полиенко А.К. Особенности онтогении почечных камней: автореф. дис. … канд. геолого-минерал. наук: 04.00.20 / А.К. Полиенко / Ленинград. горный ин-т им. Г.В. Плеханова. – Л.,1986. – 21 с. 99. Полиенко А.К. Минералогия и геохимия мочевых камней / А.К. Полиенко, В.К. Бернатолис // Минералогия и жизнь: биоминеральные взаимодействия: тез. докл. II Междунар. семинара, Сыктывкар, 17-22 июня 1996 г. / РАН, Ин-т геологии Коми науч. центра Урал. отд-ния, Всерос. минералог. о-во. – Сыктывкар, 1996. – С. 140-141. 100. Попов Г.М. Кристаллография / Г.М. Попов, И.И. Шафрановский. - М.: Изд. «Высшая школа», 1972. – 352 с. 101. Поражение почек при производственном воздействии свинца и кадмия / И.М. Балкаров [и др.] // Терапевт. архив. – 1995. – № 5. – С. 34-36. 102. Проскурин В.Е. Камни почекъ и мочеточниковъ и ихъ хирургическое лечение: дис. … д-ра медицины / В.Е. Проскурин. – М., 1910. – 242 с. 103. Принципы поиска решений медицинских проблем / К.С. Терновой [и др.]. – Киев: Наукова думка, 1990. – 200 с. 149

104. Причинная связь высокого уровня заболеваемости детей с качеством питьевой воды в г.Зеленограде / А.Ф. Фитин [и др.] // VII Международный симпозиум: Информационно-технологическое и медицинское обеспечение защиты населения и охраны окружающей среды в чрезвычайных ситуациях: тез. докл. – М., 2000. – С. 102-103. 105. Прохоров Б.Б. Прикладная антроэкология. Учебник. / Б.Б. Прохоров. – М.: Изд-во МНЭПУ, 1998. – 312 с. 106. Пунин Ю. О. Расщепление кристаллов / Ю. О. Пунин // Зап. Всерос. минералог. о-ва. – 1981. – Вып. 6. – С. 667-686. 107. Пытель А.Я. О географической распространенности мочекаменной болезни на земном шаре / А.Я. Пытель, И.В. Шубладзе // Урология и нефрология. – 1966. – № 5. – С. 24-34. 108. Пытель Ю.А. Физиология человека. Мочевые пути / Ю.А. Пытель, В.В. Борисов, В.А. Симонов. – М.: Высш. шк.,1986. – 269 с. 109. Пытель Ю.А. Уратный нефролитиаз / Ю.А. Пытель, И.И. Золотарев. – М.: Медицина, 1995. – 176 с. 110. Радиационные и химические факторы, влияющие на здоровье населения в районе ПО «Маяк» / С.Н. Демин [и др.] // Мат. 1-го международного симпозиума «Хроническое радиационное воздействие: риск отдаленных эффектов», Челябинск 25-27 ноября 1996. – М., 1996. – С. 45-51. 111. Ранжирование 13 городов Челябинской области по степени относительного эпидемиологического территориального риска заболеваемости населения / А.Г. Уральшин [и др.] // Актуальные проблемы медицинской науки, технологий и профессионального образования: материалы Первой Урал. науч.-практ. конф., 13-14 мая 1999 г. / гл. ред. Н.И. Тарасов. – Челябинск, 1999. – С. 50-51. 112. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA. / О.Ю. Реброва – М.: МедиаСфера, 2003. – 312 с. 113. Рентгенофлуоресцентный элементный анализ с использованием синхротронного излучения / В.Б. Барышев [и др.] // Журн. аналит. химии. – 1986. – Т. 41, № 3. – С. 389-401. 114. Рид С. Электронно-зондовый микроанализ: пер. с англ. / С. Рид. – М.: Мир, 1979. – 424 с.

150

115. Роль биохимических методов в динамическом наблюдении и лечении больных мочекаменной болезнью / Н.К. Дзеранов [и др.] // Урология. – 2001. – № 1. – С. 18-20. 116. Роль перкутанной хирургии в оперативном лечении нефролитиаза / С.С. Зенков [и др.] // Х Рос. съезд урологов, Москва, 1-3 октября 2002 г.: материалы. – М., 2002. – С. 557-558. 117. Рябинский В.С. Влияние факторов внешней среды на возникновение мочекаменной болезни в регионе Приаралья / В.С. Рябинский, Э. Досчанов, В.Г. Истратов // Современные методы диагностики и лечения мочекаменной болезни: сб. науч. тр. / под ред. А.Ф. Даренкова, Э.К. Яненко; НИИ урологии МЗ РСФСР. – М., 1990. – С. 25-32. 118. Саакашвили Т.Г. Значение некоторых микроэлементов в развитии экспериментального почечного камня / Т.Г. Саакашвили // Вопросы клинической и экспериментальной урологии: сб. тр. / Ин-т урологии АМН СССР. – Тбилиси, 1976. – Т. XI. – С. 33-38. 119. Северин С.Е. Металлоэнзимы / С.Е. Северин, П.П. Филиппов, Г.А. Кочетков // Успехи современной биологии. – 1970. – Т. 69, вып. 2. – С. 241-260. 120. Семенов В.Б. Малахит / В.Б. Семенов. – Свердловск: СреднеУральское книжное изд., 1987 – 240 с. 121. Сеченов И.М. Рефлексы головного мозга / И.М. Сеченов. – 2-е изд. – СПб., 1871. – 179 с. 122. Сигов А.П. Металлогения мезозоя и кайнозоя Урала / А.П. Сигов. – Москва: Недра, 1969. – 296 с. 123. Соколов В.В. Клеточные и субклеточные реакции в изучении влияния на организм малых концентраций токсических веществ / В.В. Соколов, И.А. Грибова, Л.А. Иванова // Гигиена труда и профессиональные заболевания. – 1981. – № 7. – С. 5-7. 124. Состояние урологической заболеваемости в Российской Федерации по данным официальной статистики / О.И. Аполихин [и др.] // Урология. – 2008. – № 3. – С. 3-9. 125. Суслов В.В Интенсивная терапия и обезболивание в урологии / В.В. Суслов – Киев: Здоров’я, 1981. – 192 с. 126. Талалаев С.В. Морфологические основы адаптации почки в условиях экспериментальной патологии / С.В. Талалаев // Нефрология. – 2003. – Т. 5, № 3. – С. 244. – (Тезисы Всерос. конгресса «Нефрология и диализ сегодня», Новосибирск, 1719 сент. 2003 г.). 151

127. Тарасов Н.И. Эндемический уролитиаз в аридной зоне: (эпидемиология, патогенез, клиника, диагностика, лечение) / Н.И. Тарасов. – Ашхабад: Ылым, 1978. – 222 с. 128. Тетерин А.Ф. О ветровой миграции радиоактивных веществ в районе ПО «Маяк» весной 1957 года / А.Ф. Тетерин // VIII Международный экологический симпозиум «Урал атомный. Урал промышленный»: тез. докл. / РАН, Урал. отд-ние. – Екатеринбург, 1999. – С. 159-161. 129. Тиктинский О.Л. Мочекаменная болезнь / О.Л. Тиктинский, В.П. Александров. – СПб.: Изд-во «Питер», 2000. – 384 с. 130. Трапезникова М.Ф. Применение мочеточниковых стентов при ДУВЛ – монотерапии коралловидных камней / М.Ф. Трапезникова, В.В. Дутов // Х Рос. съезд урологов, Москва, 1-3 октября 2002 г.: материалы. – М., 2002. – С. 798-799. 131. Токаренко И.И. Экологическая ситуация и заболеваемость населения в Запорожье / И.И. Токаренко, Б.Я. Иванов // Гигиена и санитария. – 1994. – № 7. – С. 24-26. 132. Токсичные микроэлементы и их роль в развитии нефропатий у детей / Е.Г. Кузнецова [и др.] // Нефрология. – 2007. – Том 11, № 2. – С 31-38. 133. Томсон М. Руководство по спектрометрическому анализу с индуктивно-связанной плазмой: пер. с англ. / М. Томсон, Д. Уому. – М.: Недра, 1988. – 288 с. 134. Тыналиев М. Т. Почечнокаменная болезнь: (избранные проблемы нефролитиаза в Киргизии) / М. Т. Тыналиев. – Фрунзе: Мектеп, 1990. – 176 с. 135. Тыналиев М.Т. Минеральный состав и строение почечных камней у людей и животных в Киргизии / М.Т. Тыналиев, А.Ч. Усулбаев // Минералогия и жизнь: биоминеральные взаимодействия: тез. докл. II Междунар. семинара, Сыктывкар, 17-22 июня 1996 г. / РАН, Ин-т геологии Коми науч. центра Урал. отд-ния, Всерос. минералог. о-во. – Сыктывкар, 1996. – С. 144. 136. Улитин Р.В. Изучение техногенного загрязнения природной среды в Уральском регионе / Р.В. Улитин, О.И. Федорова, Р.Л. Харус // VIII Международный экологический симпозиум «Урал атомный. Урал промышленный»: тез. докл. / РАН, Урал. отдние. – Екатеринбург, 1999. – С. 166-168. 137. Уральшин А.Г. Исследование состояния заболеваемости населения в городах с предприятиями металлургии в Челябинской 152

области / А.Г. Уральшин // Гигиена и санитария. – 1994. – № 3. – С. 6-9. 138. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ: пер. с англ. / Дж.-О. Ким и др.; под ред. И.С. Енюкова. – М.: Финансы и статистика, 1989. – 215 с. 139. Финкель В.М. Физика разрушения. Рост трещин в твердых телах / В.М. Финкель – М.: Металлургия, 1970. – 376 с. 140. Флейшер М. Микроскопическое определение прозрачных минералов: пер. с англ. / М. Флейшер, Р. Уилкокс, Дж. Матуко. – Л.: Недра, 1987. – 647 с. 141. Флеровский И.А. О комплексном изучении состава мочевых камней / И.А. Флеровский // Урология и нефрология. – 1965. № 4. С. 3-8. 142. Фомичев И.Л. Комплексное исследование состава камней верхних мочевых путей / И.Л. Фомичев // Урология и нефрология. – 1971. – № 5. – С. 6-9. 143. Хальфин Р.А. Урал: среда обитания, техногенез и здоровье человека / Р.А. Хальфин, С.Н. Волков // Вестн. медицины. – 1995. – № 8. – С. 20-33. 144. Хромато-масс-спектрометрическая оценка течения разных форм мочекаменной болезни / З.А. Кадыров [и др.] // Клиническая лабораторная диагностика. – 2008. – № 5. – С. 14-17. 145. Челябинский гидрометеоцентр. – Доступ: http://www.chelpogoda.ru/pages/490.php. 146. Чернов А.А. Теория устойчивости гранных форм кристаллов / А.А. Чернов // Кристаллография. – 1971. – Т. 16, вып.4. – С. 824863. 147. Челябинская область: общие сведения // Официальный сайт Правительства Челябинской области. – URL: http://www.pravmin74.ru/default.aspxs_id=18 148. Чиглинцев А.Ю. Факторы риска и клинико-патогенетические характеристики уролитиаза на Южном Урале: автореф. дис. … докт. мед. наук: 14.00.40, 14.00.16 / А.Ю. Чиглинцев; НИИ урологии Росздрава. – М., 2007. – 39 с. 149. Чиглинцев А.Ю. Особенности онтогенеза мочевых камней / А.Ю. Чиглинцев, Э.В. Сокол // Урология. – 2007. - № 4. – С. 10-14. 150. Шакиров Р.Р. Распространенность мочекаменной болезни в промышленном городе и оказание медицинской помощи боль153

ным данного профиля: автореф. дис. … канд. мед. наук: 14.00.33, 1400.40 / Р.Р. Шакиров; Казанский гос. мед. университет – Казань, 1998. – 22 с. 151. Шатохина С.Н. Экспресс-методы в диагностике ранних стадий мочекаменной болезни / С.Н. Шатохина, А.А. Дасаева, Е.М. Шилов // Клин. медицина. – 2004. – № 2. – С. 39-41. 152. Шафрановский И.И. Лекции по кристалломорфографии минералов / И.И. Шафрановский. – Львов: Изд-во. Львовского гос. университета, 1960. – 163 с. 153. Экспериментальные исследования приспособления организма к монотонному и интермиттирующему режимам воздействия химических соединений / И.П. Уланова [и др.] // Токсикология новых промышленных химических веществ. – М.: Медицина, 1979. – Вып. 15. – С. 76-84. 154. Яненко Э.К. Современное состояние научно-исследовательской работы по проблеме мочекаменной болезни в России / Э.К. Яненко, Л.Г. Кульга, Е.В. Зайцевская // Пленум Правления Российского общества урологов, Сочи, 28-30 апр. 2003 г.: материалы. – М., 2003. – С. 354-355. 155. Aggett P.L. Physiology and metabolism of essential trace elements: An outline / P.L. Aggett // Clin. Endocrinol. Metab. – 1985. – Vol. 14, № 3. – P. 513-543. 156. A prospective study of nonmedical prophylaxis after a first kidney stone / R. Kocvara et al. // Br. J. Urol. Int. – 1999. – Vol. 84, № 4. – P. 393-398. 157. Baggio B. Association of primary hyperparathyroidism with cystinuria in a recurrent renal stone – forming patient / B. Baggio // Nephrol. Dial. Transplant. – 2003. – Vol. 18, № 3. – P. 623. 158. Bani-Hani A.H. Urinary matrix calculi: our experience at a single institution / A.H. Bani-Hani, J.W. Secura, A.J. Leroy // J. Urol. – 2005. –Vol. 173, № 1, – P. 120-123. 159. Berndt W.O. Potential involvement of renal transport mechanisms in nephrotoxicity / W.O. Berndt // Toxicol. Jett. – 1989. – Vol. 46. – P. 77-82. 160. Bertalanffy L. Von. General Theory of Systems: Applications to Psychology / L. Von. Bertalanffy // Social Science Information. – 1967. – Vol. 6. – P. 125-136. 161. Binette J.P. Sequencing of proteins extracted from stones / J.P. Binette, M.B. Binette // Scan. Microsc. – 1994. – Vol. 8, №2. – P. 233-239. 154

162. Biochemical and physicochemical presentations of patients with brushite stones / Ch.Y.C. Pak et al. // J. Urol. – 2004. – Vol. 171, № 3. – P. 1046-1049. 163. Brenner B.M. Hemodynamically mediated glomerular injury and the progressive nature of kidney disease / B.M. Brenner // Kidney Int. – 1983. – Vol. 23. – P. 647-655. 164. Brien G. Harnsteintherahie 1988 / G. Brien, P. Althays, M. Mebel // Z. Klin. Med. – 1989. – Bd. 44, № 11. – S. 901-904. 165. CaC2O4.H2O spherulites in human kidney stones: morphology, chemical composition, and growth regime / E. Sokol et al. // Eur. J. Miner. – 2005. – Vol. 17. № 2. – P. 285-295. 166. Carr J.A. A new theory on the formation of renal calculi / J.A. Carr // Br. J. Urol. – 1954. – Vol. 26. – P. 105-117. 167. Coe F.L. Kidney stone disease / F.L. Coe, A. Evan, E. Worcester // J. Clin. Invest. – 2005. – Vol. 115, № 10. – P. 2598-2608. 168. Daudon M. Epidemiology of nephrolithiasis in France / M. Daudon // Ann. Urol. (Paris) – 2005. – Vol. 39. № 6. – P. 209-231. 169. Dorian H.H. Evidence for aggregation in oxalate stone formation: atomic force and low voltage scanning electron microscopy / H.H. Dorian, P. Rez, G.W. Drach // J. Urol. – 1996. – Vol. 156, № 4. – P. 1833-1837. 170. Dorn C.R. Environmental contamination by lead cadmium, zinc and coper in a new lead producing area / C.R. Dorn, J.O. Pierce, G.R. Chase // Environm. Res. – 1975. – Vol. 9, № 2. – P. 159-172. 171. Dretler S.P. A modified algorithm for the management of ureteral calculi: 100 consecutive cases / S.P. Dretler, A.A. Weinstein // J. Urol. – 1988. – Vol. 140, № 4. – P. 732-736. 172. Effects of oxalate on HK-2 cells, a line of proximal tubular epithelial cells from normal numan kidney / A. Bhandari et al. // J. Urol. – 2002. – Vol. 168, № 1. – P. 253-259. 173. Fillastre J.P. Nephrotoxicity: interaction of metals with membranes systems mitochondria-lysosomes / J.P. Fillastre. – New York: Masson Pub. USA Co. – 1978. – 332 p. 174. Finalyson B. Physicochemical aspects of urolithiasis / B. Finalyson // Kidney Int. – 1978. – Vol. 13. – P. 344-360. 175. Goyer R.A. Tissue and cellular toxicology of metals. Clinical chemistry and chemical toxicology of metals / R.A. Goyer, M.G. Cherian. – Amsterdam: Elsevier-Nort Holland Biomedical Press, 1977. – P. 89-103. 155

176. Grass F. Renal Stone formation and development / F. Grass, O. Sobnel, A. Costa-Bauza // Int. Urol. Nephrol. – 1999. – Vol. 31, № 5. – P. 561-600. 177. Grover P.K. Urate and calcium oxalate stone: frome repute to rhetoric to reality / P.K. Grover, R.L. Ryal // Miner. Electrolyt. Metab. – 1994. – Vol. 20, № 6. – P. 361-370. 178. Hammersten G. On calcium oxalate and its solubility in the presence of inorganic alts with spectal reference to the occurrence of oxaluria / G. Hammersten // Comptesrendes des travaux lu labortoire Carlsberg. – 1929. – Vol. 17. – P. 17. 179. Janitzky V. Zur Prognose von Struvitsteinpatienten mit Rest/Rezidivcteinen und therapieresistenten Harnwegsintekten / V. Janitzky, P. Brinding, R. Haerting // Z. Urol. Nephrol. – 1989. – Bd. 82, № 12. – S. 653-659. 180. Jensen T. On concrement from the urinary tract / T. Jensen // Acta Chirurg. Scand. – 1941. – Vol. 85. – P. 473-485. 181. Kajamder E. O. Nanobacteria: An alternative mechanism for pathogenic intra- and extracellular calcification and stone formation / E.O. Kajamder, N. Ciftcioglu // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1998. – Vol. 95. – P. 8274-8279. 182. Kavanagb J.P. Enlargement of a lower pole calcium oxalate stone: a theoretical examination of the role of crystal nucleation, growth and aggregation / J.P. Kavanagb // J. Endourol. – 1999. – Vol. 13, № 9. – P. 605-610. 183. Keith H.D, A Phenomenological Theory of Spherulitic Crystallization / H.D. Keith, F.J. Padden // J. of Applied Physics. – 1963. – Vol. 34, N. 8. – P. 2409-2421. 184. Keyser L. The etiology of urinary lithiasis, an experimental study / L. Keyser // Arch. Surg. – 1923. – P. 525-553. 185. Khan R.K. Calcium phosphate/calcium oxalate crystal association in urinary stones: in placations for heterogenous nucleation of calcium oxalate / R.K. Khan // J. Urol. – 1997. – Vol. 157, № 5. – P. 376-383. 186. Kmilcik J. Diagnostic, prophylaxis and treatment of urolithiasis / J. Kmilcik // Pzzegl. Lek. – 1997. – Vol. 54, № 5. – P. 335-343. 187. Kontayannis C.G. Use of Raman spectroscopy for the quantitative analysis of calcium oxalate hydrates: application for the analysis of urinary stones / C.G. Kontayannis, N.C. Bouropoulos, P.G. Koutsoukos // Appl. Spectroscopy. – 1997. – Vol. 51, № 1. – P. 6467. 156

188. Kumar V. Whole urinary proteins coat calcium oxalate monohydrate crystals to greatly decrease their adhesion to renal cells / V. Kumar, G. Farell, J. Lieske // J. Urol. – 2003. – Vol. 170, № 1, – P. 221-225. 189. Laing M. X-ray diffraction analysis of urinary calculi in Durban / M. Laing, A. Kerr // South. Afr. Med. J. – 1991. – Vol. 79, № 3. – P. 407-408. 190. Lewis R. J. An Introdaction to Classification and Regression Tree (CART) Analisis. – San Fransisco: Department of Emergency Medcine Harbor – UCLA Medical Center, 2000. – 14 p. 191. Lonsdale K. Human Stones / K. Lonsdale // Science. – 1968. – Vol. 159. – P. 1199-1207. 192. Mandel N. Mechanism of Stone Formation / N. Mandel // Seminars in Nephrology. – 1996. – Vol. 16, № 5. – P. 364-374. 193. Manthey D.E. Nephrolithiasis // D.E. Manthey, L. Teichman // Emerg. Med. Clin, North. Ann. – 2001. – Vol. 19, № 3. – P. 633-654. 194. Mineral deposits of the Urals and links to geodynamic evolution / R. Herrington et al. // Econ. Geology – 2005 – P. 1069-1095. 195. Moenke H. Mineralspektren II / H. Moenke. – Berlin: AkademeVerlag, 1966. – 486 s. 196. Mudge G.H. Pathogenesis of nephrotoxicity: Pharmacologica l principles / G.H. Mudge. New York: John Wiley and Sons, 1985. – P. 1-12. 197. Nakano H. Beiträge zur kemtnis der in den harnsteinen euthaltenen substanzen / H. Nakano // Biochem. – 1922. – Bd. 2. – S. 437-441. 198. Nikkila M.T. Prevalence of urolithiasis in a Finnish district. An epidemiologie study of adults in Tampere / M.T. Nikkila, A. Pasternack // Scad. J. Urol. Nephrol. – 1998. – № 4. – Р. 293-297. 199. Pak C.Y. Elucidation of factors determining formation of calcium phosphate stones / C.Y. Pak, B. Adams-Huet // J. Urol. – 2004. – Vol. 172, № 6. – P. 2267-2270. 200. Patient evaluation. Laboratory and imaging studies / F. P. Begun et al. // Urol. Clin. North. Am.–1997.–Vol. 24, № 1. – P. 97-116. 201. Pouchou J.L. ’PAP’ (φρτ) procedure for improved quantitative microanalysis / J.L. Pouchou, F.Pichoir // Microbeam Analysis / ed. J.T. Armstrong. – San Francisco: San Francisco Press, 1985. – P. 104106.

157

202. Powder diffraction file. Inorganic phases. – Pensylvania, USA: Published by the JCPDS (Joint committee of powder diffraction stabfards). – 1946. – 1989. 203. Prevalence and incidence of urolithiasis in Germany an epidemiologic update / A. Hesse et al. // 10 th Euporean symposium on urolithiasis. – Istambul, 2003. – P. 174. 204. Prien E.L. Studies in urolithiasis: II Relationships between pathogenesis, structure and composition of calculi / E.L. Prien // J. Urol. – 1949. – Vol. 61, № 5. – Р. 821-837. 205. Randall A. Hypothesis for origin of renal calculis / A. Randall // New Engl. J. Med. – 1936. – Vol. 214. – P. 234-242. 206. Ravnskov U. Possible mechanism of hydrocarbon-associated glomerulonephritis / U. Ravnskov // Clin. Nephrol. – 1985. – Vol. 23. – P. 294-298. 207. Rodman G.S. Struvite stones / G.S. Rodman // Nephrol. – 1999. – Vol. 81. – P. 150-159. 208. Ryall R.L. The value of the 24-hour urine analysis in the assessment of stone-formers attending a general hospital outpatient clinic / R.L. Ryall, V.R. Marshall // Br. J. Urol. – 1983. – Vol. 55, № 1. – Р. 1-5. 209. Santin M. Changes in the surface conditioning of calcium-salt crystals treated with physiological and alkaline urine / M. Santin, A. Motta, M Cannas // Br. J. Urol. – 1998. – Vol. 82, № 1. – P. 97-103. 210. Saupe E. Röuntgendiagramme von menschlichen körpergeweben und kokrementen / E. Saupe // Porschritte auf dem Gebiete der Röntgenctrahlen. – 1931. – Br. 44. – S. 204-211. 211. Scanning electron microscopy and energydispersive X-ray microanalysis studies of several human calculi containing calcium phosphate crystals / T. Kodaka et al // Scanning Microscopy. – 1994. – Vol. 8, № 2. – P. 241-257. 212. Scheinman S. J. Nephrolithiasis / S. J. Scheinman // Semin. Nephrol. – 1999. – Vol. 19, № 4. – Р. 381-388. 213. Schwartz S.L. Study of the mechanism of renal vasculogenesis induces in the rat by EDTA. Comparison of the cellular activities of calcium and chromium / S.L. Schwartz, C.B. Johnson, P.D. Doolan // Mol. Pharmacol. – 1970. – Vol. 6. – P. 54-59. 214. Skinner C.W. Minerals and human health / C.W. Skinner // EMU Notes in Mineralogy. – 2000. – Vol. 2, № 11. – Р. 383-412. 215. Skinner H.W. Geology and health: closing the gap / H.W. Skinner, A.R. Berger. – New York: Oxford University Press, 2003. – 178 p. 158

216. Smith L.H. Calcium – containing renal stones / L.H. Smith // Amer. J. Med. – 1976. – Vol. 45, № 5. – P. 649-653. 217. Sokal R.R. Biometry: the principles and practice of statistics in biological research / R.R. Sokal, F.J. Roulf. – New York: Freeman & Co., 1995. – 850 p. 218. Sutor D.J. The structure and formation of urinary calculi: 1 Oriented crystal growth / D.J. Sutor, S.A. Wolley // Br. J. Urol. – 1972. – Vol. 44. – P. 532-536. 219. The Role of Randall´s Plaques in the Pathogenesis of Calcium Stones / B.R. Matlaga et al. // J. of Urology. – 2007. – Vol. 177, – P. 31-38. th 220. Trace elements in man and animals / Proc. 5 Int. Symp. Aberdeen – London, 1985. – Р. 977. 221. Umekawa T. Calprotectin – like protein is related to soluble organic matrix in calcium oxalate urinary stone / T. Umekawa, T. Kurita // Biochem. Mol. Biol. Int. – 1994. – Vol. 34, № 2. – P. 309313. 222. Urologic diseases in America project: urolithiasis / M.S. Pearl [et al.] // J. Urol. – 2005. – Vol. 173, № 3. – P. 848-857. 223. Virchow R. Dil Cellularpathologie in ihrec Begrundung auf physiologiische und pathologisehe Gewebelehre / R. Virchow. – Berlin, 1858. – 127 s. 224. Wardlaw H.S. Observations on the incidence and composition of urinary calculi / H.S. Wardlaw // Med. J. Astralia. – 1952. – Vol. 1. – P. 180-186. 225. Werness P.G. Urinary crystal growth effect of inhibitor mixtures / P.G. Werness, J.H. Bergert, K.E. Lee // Clin. Sci. – 1981. – Vol. 61, № 4. – P. 487-491.

159

А.Ю. Чиглинцев, Э.В. Сокол, Д.Ю. Нохрин

СТРУКТУРА, МИНЕРАЛЬНЫЙ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МОЧЕВЫХ КАМНЕЙ

Монография

Подписано в печать 30.05.2010 г. Формат 60х84 1/16. Бумага типографская. Печать офсетная. Усл. п. л. 9,3. Тираж 250 экз. Заказ 459. Отпечатано в типографии «Два Комсомольца». 454008 г. Челябинск, Комсомольский пр., 2-207. Тел.: (351) 729-9-729