Способ моделирования процесса образования струвитного мочевого камня Российский патент 2024 года по МПК G09B23/28 

Изобретение относится к области практической медицины, к методам экспериментального моделирования патологических процессов, протекающих в мочевой системе, в частности, процесса образования струвитного мочевого камня.

Мочекаменная болезнь является одним из старейших недугов, которыми страдает человечество. Камень из мочевого пузыря (размером около 6.5 см, преимущественно фосфатный по составу) был обнаружен в гробнице в окрестностях древнего египетского города Абидос. Возраст останков, принадлежащих 16-летнему юноше, оценивается более 6800 лет (Shattock 1905). Мочекаменная болезнь является одним из часто встречающихся урологических заболеваний, которым болеет от 1 до 3% населения различных регионов мира. Распространенность мочекаменной болезни зависит от состава воды, климатических, экологических, этнических, диетических и других особенностей данного региона и его населения. Мочекаменная болезнь встречается у детей и взрослых и часто проявляется не только в пожилом возрасте, но и в самый активный период жизни. По данным 1994 года (Soucie et al. 1994), в США около 15% мужчин и 6% женщин (с небольшими региональными вариациями) страдают от мочекаменной болезни. После образования камни подвергаются фрагментированию ультразвуком (ударно-волновая литотрипсия) или удаляются при инвазивном хирургическом вмешательстве, и оба варианта несут краткосрочные и долгосрочные медицинские риски. Несмотря на важность данного вопроса для здравоохранения, в настоящее время не существует терапии для профилактики образования камней, как первичных так и рецидивных (хотя обильное употребление жидкости и другие диетические изменения могут снизить частоту образования камней). На самом деле, уже давно признали, что подобные методы лечения крайне необходимы, о чем свидетельствует замечание физика Роберта Гука, который еще в 1665 году писал: «Какое неоспоримое преимущество было бы для страдающих от Камня, найти некую микстуру, способную растворять его не повреждая мочевого пузыря» (Нооке 1665). Путь к такой терапии лежит через исследования критических этапов камнеобразования, в частности зарождения, роста кристаллов, агрегации и соединения с клетками. Эти процессы неразрывно связаны со структурой, составом и реакционной способностью поверхности кристаллов, ответственных за камнеобразование. Таким образом, минералоги и химики, в сотрудничестве с исследователями в области клинической медицины, могут внести существенный вклад в направлении решения проблемы патологической минерализации. (Wilt 2005; Полиенко 2008; Пальчик и Столповская 1998). Мочекаменная болезнь довольно сложное заболевание хотя бы из-за того, что камни, образующиеся в почках, мочеточниках и мочевых пузырях, отличаются огромным многообразием (Кораго 1992; Зузук 2004; Полиенко 2014; Лонсдейл и Сьютор 1971; Кадурин и Чепижко 2001; Пальчик и др. 2001). Камни мочевой системы отличаются по окраске, форме, количеству, фазовому составу (Полиенко и Севостьянова 2015). По преобладающей минеральной компоненте различают оксалатные, фосфатные и уратные почечные камни (Кораго 1992). По данным (Голованова 2009) все камни мочевой системе являются полиминеральными. Но, по статистике, большинство заболевших находится в самом трудоспособном возрасте - от 20 до 49 лет, а пик заболеваемости приходится на людей в возрасте 35-45 лет. Причем мужчины подвергаются этому недугу в три раза чаще, чем женщины.

В составе камней присутствуют: оксалаты (уэвеллит, уэдделлит), фосфаты (апатит, струвит, витлокит), а также мочевая кислота, которая в геологических условиях не образуется. При этом частота встречаемости полиминеральных камней в 4 раза больше чем мономинеральных. Характерные для мочевых камней минеральные ассоциации, образование которых обусловлено составом минералообразующей среды, значением ее рН и другими факторами.

На фиг. 1 представлена диаграмма частоты встречаемости минеральных фаз в почечных камнях. Частота встречаемости моногидрата оксалата кальция в составе камней минеральной фазы достигает 6%. Данное соединение найдено в камнях мочевой системы, в слюнных камнях, в камнях в хрусталике глаза и в других патогенных минералообразованиях.

Получается, что камнеобразование это сегодня уже серьезная проблема глобального масштаба, к которой нельзя относиться без должного внимания.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является описанный в статье авторов А.А. Рабинович, О.А. Голованова и др. «Моделирование образования моногидрата оксалата кальция в живых организмах. Влияние условий эксперимента на фазовый состав осадка», Вестник Омского университета, 2006. № 3. С. 48-50. В данной работе предлагают изучать «… кристаллизация оксалата кальция, при этом осадок получали из хорошо растворимых солей - хлорида кальция CaCl₂ и оксалата аммония (NH₄)₂C₂O₄⋅Н₂О (реактивы марки х.ч.) путем сливания равных объемов исходных 7,06⋅10^-3 М растворов».

В данной работе предложен способ не связанный с протекание различных процессов в биологической жидкости человека, а именно мочи человека, а также не рассматривает моделирование биологической системы при параметрах и их отклонениях состава биологической жидкости от нормы.

Технической задачей заявляемого решения является разработка способа экспериментального моделирования процесса образования струвитного мочевого камня, выявление условий, способствующих камнеобразованию в мочевой системе.

Техническим результатом заявляемого решения является моделирование кристаллизации струвита in vitro в среде, по электролитному составу приближенной к мочевой жидкости человека.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ моделирования процесса образования струвитного мочевого камня, основанный на выращивании камня в искусственно созданной модельной среде мочи человека, в котором для приготовления раствора используют: CaCl₂⋅2H₂O - 5,00 ммоль/л, MgSO₄⋅7H₂O - 11,00 ммоль/л, KHSO₄ - 69,00 ммоль/л, (NH₄)₂С₂О₄⋅Н₂О - 0,42-0,62 ммоль/л, (NH₄)₃PO₄ - 24÷32 ммоль/л, KHCO₃ - 33,00 ммоль/л, NaCl - 64,00 ммоль/л, NaH₂PO₄⋅2H₂O - 8,40 ммоль/л, NaOH - 85,40 ммоль/л, синтез проводят при значениях рН=8,00±0,05 в течение 24 часов при температуре 37,0±0,5°С.

Известно, что основными параметрами любой минералообразующей среды являются концентрация, температура, давление, рН среды. Именно они определяют возможность существования той или иной кристаллической фазы в растворе. Ряд из этих параметров, в первую очередь температуру и давление, применительно к почке человека можно принять за постоянную величину. Таким образом, основными параметрами минералообразующей среды в мочевой системе человека могут являться концентрации веществ, формирующих кристаллические фазы, и рН среды.

При проведении эксперимента использовались максимальные значения диапазона концентраций основных неорганических компонентов мочи здорового взрослого среднестатистического человека. Поведение систем изучалось при значениях рН 8,00±0,05. Время опыта составило 24 часа, температура эксперимента 37,0±0.5°С.

В качестве исходных реагентов использовались соли марки ч.д.а. и х.ч. и дистиллированная вода. Выбор исходных реагентов и их соотношение в растворе определялись таким образом, чтобы пересыщения раствора и концентрации добавок были максимально приближены к параметрам данной моделируемой системы, а так же достигалась необходимая масса твердой фазы. Условия экспериментов по кристаллизации струвита (шестиводный фосфат магния аммония) были выбраны исходя из свойств естественной кристаллобразующей среды (мочи).

В эксперименте были приготовлены растворы, содержащие катионы и анионы, при совместном присутствии которых в данных условиях не образуются малорастворимые соединения. Затем растворы смешивались в эквивалентных объемах, в ячейке для синтеза и в ней создавалось соответствующее значение рН.

Несмотря на комплексность процесса кристаллизации, особенности явлений, протекающих «в точке» и в системе в целом, а также многообразие действующих факторов и форм кристаллических структур, процесс состоит из двух основных этапов: образование зародыша твердой фазы и его рост (формирование кристалла растворенного вещества).

В ходе проведенных нами исследований кристаллизации малорастворимых соединений из модельных растворов было установлено, что в зависимости от условий эксперимента фосфаты кальция присутствуют в твердых фазах в форме струвита, аморфного фосфата кальция и нестехиометрического гидроксилапатита.

На фиг. 2 - представлены данные рентгенофазового анализа, полученные из прототипа биологической жидкости при рН_{24 часа}=8,00±0,05 - струвит, и аморфный фосфат кальция после 24 часов кристаллизации.

Для проведения эксперимента были выбраны рН=8,00±0,05. Такой выбор обусловлен тем, что рН в почках здорового человека равна 6,00±0,05 единицам, однако в некоторых случаях могут наблюдаться отклонения. При проведении модельных экспериментов были получены аналоги фосфатных (струвит - основная фаза и примеси гидроксилапатита и аморфного фосфата кальция) минералов мочевых камней, а также выявлены различия в условиях их образования. Результаты фазообразования от условий эксперимента приведены в табл. 1.

В таблице 1 представлен фазовый состав образцов, полученных в процессе кристаллизации из модельных растворов при рН=8,00±0,05 при вариации: (NH₄)₂C₂O₄⋅H₂O от 0,42 до 0,62 ммоль/л и (NH₄)₃PO₄ - от 24 до 32 ммоль/л.

Таким образом, при проведении модельных экспериментов были получены аналоги струвитного (фосфат магния аммония) минерала мочевых камней, а также выявлены различия в условиях их образования. Анализ полученных данных показал, что величина рН раствора оказывает наиболее существенное влияние на состав образующейся твердой фазы. При этом варьирование начальных концентраций компонентов раствора, в диапазоне значений, характерных для биологической жидкости, приводит в основном к количественным, а не качественным изменениям состава осадка.

Показано, что заявляемый способ позволяет выявить параметры, которые вызывают образование струвитного мочевого камня, и создать модельную систему, с помощью которой можно изучать эффективность воздействия лекарственных препаратов для профилактики возникновения и роста струвитных мочевых камней.

Изобретение относится к области практической медицины, к методам экспериментального моделирования патологических процессов, протекающих в мочевой системе. Раскрыт способ моделирования процесса образования струвитного мочевого камня, основанный на выращивании камня в искусственно созданной модельной среде мочи человека, в котором для приготовления раствора используют: CaCl₂⋅2Н₂О - 5,00 ммоль/л, MgSO₄⋅7H₂O - 11,00 ммоль/л, KHSO₄ - 69,00 ммоль/л, (NH₄)₂С₂О₄⋅Н₂О - 0,42÷0,62 ммоль/л, (NH₄)₃PO₄ - 24÷32 ммоль/л, KHCO₃ - 33,00 ммоль/л, NaCl - 64,00 ммоль/л, NaH₂PO₄⋅2H₂O - 8,40 ммоль/л, NaOH - 85,40 ммоль/л, синтез проводят при значениях рН=8,00±0,05 в течение 24 часов при температуре 37,0±0,5°С. Изобретение обеспечивает моделирование кристаллизации струвита in vitro в среде, по электролитному составу приближенной к мочевой жидкости человека. 2 ил., 1 табл.

Способ моделирования процесса образования струвитного мочевого камня, основанный на выращивании камня в искусственно созданной модельной среде мочи человека, в котором для приготовления раствора используют: CaCl₂⋅2Н₂О - 5,00 ммоль/л, MgSO₄⋅7H₂O - 11,00 ммоль/л, KHSO₄ - 69,00 ммоль/л, (NH₄)₂С₂О₄⋅Н₂О - 0,42÷0,62 ммоль/л, (NH₄)₃PO₄ - 24÷32 ммоль/л, KHCO₃ - 33,00 ммоль/л, NaCl - 64,00 ммоль/л, NaH₂PO₄⋅2H₂O - 8,40 ммоль/л, NaOH - 85,40 ммоль/л, синтез проводят при значениях рН=8,00±0,05 в течение 24 часов при температуре 37,0±0,5°С.