Физико-химическое моделирование фосфатного нефролитиаза
The basic physico-chemical and biochemical parameters of the formation of phosphatic kidney stones are determined on model systems. It is established that the structures similar to kidney stones can be formed only in the simultaneous presence of fiber and mineral components, being under metastable...
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4119 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Физико-химическое моделирование фосфатного нефролитиаза / Н.М. Богдан // Доп. НАН України. — 2008. — № 2. — С. 135-139. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859826353612783616 |
|---|---|
| author | Богдан, Н.М. |
| author_facet | Богдан, Н.М. |
| citation_txt | Физико-химическое моделирование фосфатного нефролитиаза / Н.М. Богдан // Доп. НАН України. — 2008. — № 2. — С. 135-139. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | The basic physico-chemical and biochemical parameters of the formation of phosphatic kidney stones are determined on model systems. It is established that the structures similar to kidney stones can be formed only in the simultaneous presence of fiber and mineral components, being
under metastable conditions.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:29:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
2 • 2008
ХIМIЯ
УДК 541.1+616.613-003.7
© 2008
Н.М. Богдан
Физико-химическое моделирование фосфатного
нефролитиаза
(Представлено академиком НАН Украины В. П. Кухарем)
The basic physico-chemical and biochemical parameters of the formation of phosphatic kidney
stones are determined on model systems. It is established that the structures similar to kidney
stones can be formed only in the simultaneous presence of fiber and mineral components, being
under metastable conditions.
Имеющиеся в настоящее время представления о химизме камнеобразования в почке базиру-
ются на предположении о ведущей роли отдельного субстрата и не учитывают как форм его
существования, так и влияния различных факторов на изучаемые явления. Как было по-
казано в работах [1–6], основными факторами, способствующими (или препятствующими)
образованию фосфатных камней, являются повышенные концентрации камнеобразующих
компонентов Ca2+, аммония (NH+
4
), неорганического фосфора P (преимущественно в виде
HPO2−
4
и PO3−
4
); повышенные значения pH мочи; недостаток защитных коллоидов; пони-
женное содержание ингибиторов камнеобразования — цитратов, пирофосфатов, магния,
кислых мукополисахаридов (хондроитин-сульфат и гепарансульфат), аминокислот, олиго-
пептидов и др. Однако, как показывает опыт, изменение содержания любого отдельного
из перечисленных выше субстратов не приводит к образованию конкремента. Более того,
наши наблюдения позволяют заключить, что на возможность формирования камня в зна-
чительной мере влияют как концентрации (и их соотношения) всех приведенных веществ,
так и условия их взаимодействия.
Целью настоящего исследования является изучение физико-химических особенностей
механизма образования in vitro кальций-фосфатных конкрементов. В работе изучено влия-
ние природы белка, его концентрации, вида денатурирующего агента и pH среды на струк-
туру образующихся искусственных конкрементов в системе фосфат кальция — белок —
денатурирующий агент.
Оказалось, что получить осадок, по своим физико-химическим свойствам аналогичный
почечным конкрементам, невозможно при наличии в реакционной среде только низкомо-
лекулярных глобулярных белков (яичный и сывороточный альбумин), даже при более чем
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №2 135
10-кратном избытке камнеобразующей компоненты (раствор KH2PO4 с коррекцией pH сис-
темы), а также при добавлении денатурирующих агентов, варьировании pH раствора, изме-
нении температуры системы. По-видимому, это является общим свойством низкомолекуляр-
ных глобулярных белков и может рассматриваться как проявление “защитного механизма
коллоидов” — пептидов среднего молекулярного веса, которые обычно присутствуют как
в моче здоровых людей [4], так и в моче некоторых нефрологических больных [5].
Эксперимент с фибриллярными белками показал, что структура образующихся осад-
ков в системе белок — денатурирующий агент — камнеобразующий компонент и в этом
случае во многом определяется не только химической природой материальных субстратов,
но и условиями проведения опытов. Так, при электролитном составе растворов, аналогич-
ном моче в норме, в условиях мягкого встряхивания реакционного сосуда, содержащего
фибриноген и глобулярные белки, при варьировании pH в диапазоне от 6,5 до 8,5 образу-
ются различные количества не реагирующих между собой белковых сгустков. За пределами
этого интервала pH белковые сгустки не образуются. Причиной этому являются как увели-
чение растворимости минеральных камнеобразующих веществ, участвующих в образовании
белковых сгустков, при pH < 6,5, так и щелочной гидролиз белков при pH > 8,5. Интервал
pH 7–8 является наиболее благоприятным для образования цельного фибринового сгустка,
а множественные белковые сгустки образуются преимущественно за пределами указанного
диапазона pH. Кроме того, отмечено влияние pH (табл. 1) на время формирования фибри-
новых сгустков, которое изменяется от 1 мин (pH ≃ 7,5) до 2 мин на граничных значениях
диапазона pH 6,5–8,5. Интересно, что в процессе последующей кальцинации фибриновых
сгустков в растворе их слияние не происходит, что, по-видимому, объясняет происхождение
множественных камней в почечной лоханке.
Следует отметить, что при введении в систему денатурирующих агентов фибриногена
и тромбина образуются более рыхлые первичные структуры, в то время как при нали-
чии в качестве денатурирующего агента танина, в модельных растворах образуются более
плотные конкременты, по своим свойствам мало отличающиеся от естественных.
Медленная кальцинация фибриноген-тромбиновых сгустков и связанная с этим невысо-
кая плотность образованных на их основе конкрементов является, на наш взгляд, след-
ствием быстрого образования неоднородных исходных белковых структур, что, по-види-
мому, затрудняет их дальнейшую равномерную кальцинацию. Однако, плотность фиб-
ринового сгустка и, следовательно, время процесса кальцинации можно изменять, ва-
рьируя природу денатурирующего агента и его концентрацию. Так, при концентрации
фибриногена и тромбина 0,2% образование сгустка происходит за 1–2 мин, в то вре-
Таблица 1. Влияние pH на скорость образования твердой фазы в системе солевой раствор — альбумин
(0,2%) — фибриноген (0,2%) — танин (0,2%)
Минеральная
камнеобразующая
компонента
pH
Время
образования
твердой фазы, с
Результат эксперимента
PO3−
4 6,9 2 мин Несколько фибриновых сгустков
(0,21 г/л) 7,6 58 Несколько фибриновых сгустков, стремящихся слиться
7,9 57 Один сгусток
8,2 55 Несколько фибриновых сгустков,
располагающихся произвольно
8,5 110 Отдельный сгусток
136 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №2
мя как при наличии в реакционной среде танина время образования сгустков увеличи-
вается до 0,4–1,5 ч. При этом в последнем случае образуется более плотный и одно-
родный белковый сгусток, а при его кальцинации — более плотный и однородный
конкремент.
Как отмечалось выше, структура фибриногенового осадка обычно гетерогенна и струк-
турирована белковыми тяжами различной плотности. Это свойство образующегося осадка,
по-видимому, является определяющим: образуется ли в конечном итоге одиночный кон-
кремент или множественные камни (см. данные эксперимента, приведенные в табл. 1).
В отличие от фибриногеновых систем, в модельной системе желатин — Ca3(PO4)2 — та-
нин образуются более гомогенные структуры, что обусловлено гомогенностью исходного
желатинового раствора. Последующее добавление денатурирующего агента и минеральной
камнеобразующей компоненты в систему уплотняет и закрепляет эту структуру практиче-
ски синхронно по всему объему раствора. Кроме того, гомогенность структуры желатина
и его растворов позволяет осуществлять плавную регулировку как скорости, так и плот-
ности образующегося гомогенного осадка путем варьирования концентрации танина. Это
чрезвычайно важно для моделирования нефролитиаза in vitro. Поэтому, хотя система с фиб-
риногеном несравненно более точно воспроизводит процесс образования почечного камня,
система с менее активной желатиновой матрицей, на наш взгляд, является исключитель-
но удобной моделью, более полно и корректно воспроизводящей все основные особенности
процесса камнеобразования.
Степень кальцинации желатиновых сгустков нами изучалась по ее воздействию на ра-
створы и взвеси Ca3(PO4)2. Было установлено, что в достаточно разбавленных растворах
образование конкремента или структур, ему подобных, не происходит. Однако это проис-
ходит в присутствии взвеси среднего фосфата кальция. При этом скорость седиментации
и последующего образования плотного осадка определяется сродством фосфата к белку,
степенью кальцинации последнего и зависит от адгезии частиц минеральной взвеси и бел-
ка, а также от размеров образующихся белково-кальций-фосфатных агрегатов. Поэтому
динамика образования осадка белок-фосфат кальция изучалась нефелометрическим мето-
дом, позволяющим следить за процессом формирования осадка.
Для этого были изучены системы, содержащие желатин и Ca3(PO4)2, при различных
условиях. Степень осаждения определялась по изменению оптической плотности раствора.
На рис. 1, в качестве примера представлена типичная зависимость оптической плотности
раствора от концентрации белкового субстрата и содержания Ca3(PO4)2 при различных
pH. При этом варьировалось соотношение белка и фосфора (Cжел/Pi). При фиксирован-
ных значениях pH и содержания Ca3(PO4)2 варьирование концентрации желатина позво-
ляет установить оптимальное отношение Cжел к Pi, которое характеризует условия наиболее
быстрого оседания взвеси. Так, даже в довольно кислых растворах (pH ≃ 4,0) и высоком
содержании Ca3(PO4)2, равном 6 г/л, т. е. в условиях, характерных для относительно не-
большой протеинурии (и отношении Cжел к Pi, равном 1,60), может образовываться конкре-
мент (рис. 1, кривая 1 ). Для достижения оптимальных условий осаждения взвеси (т. е. при
меньшем содержании Ca3(PO4)2 в модельной системе) необходим существенно больший
избыток белка. Так, при pH ≃ 4,0 и содержании Ca3(PO4)2 0,6 г/л, осадок образуется уже
при концентрации желатины 0,8 г/л, Cжел/Pi = 2 : 3 (см. рис. 1, кривая 2 ).
Приведенные отношения Cжел/Pi, при которых в нашем модельном эксперименте обра-
зовывался осадок, практически совпадают с характерными для больных с кальций-фос-
фатными камнями. Согласно литературным данным [8], отношение концентрации общего
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №2 137
Рис. 1. Зависимость оптической плотности (D) водной взвеси Ca3(PO4)2 от концентрации (C) белкового
субстрата:
1 — 6 г/л Ca3(PO4)2 (ацетатный буфер, pH 3,96); 2 — 0,6 г/л Ca3(PO4)2 (ацетатный буфер, pH 3,98); 3 —
0,2 г/л Ca3(PO4)2 (ацетатный буфер, pH 3,38); 4 — 0,6 г/л Ca3(PO4)2 (глициновый буфер, pH 8,53)
Рис. 2. Влияние температуры (t) на оптическую плотность (D) водной взвеси Ca3(PO4)2 в присутствии
белкового субстрата
белка к Pi, у больных фосфатным нефролитиазом лежит в интервале от 1 : 10 — 1 : 6
до 1 : 3 — 1 : 2.
Дальнейший рост концентрации белкового субстрата вызывает обратный эффект — ста-
билизирует взвесь Ca3(PO4)2. Это происходит, вероятно, прежде всего, из-за увеличения
общей вязкости раствора, которая затрудняет образование и седиментацию взвеси, что ана-
логично механизму “защитной функции коллоидов мочи” [8].
Изучение влияния температуры на эти процессы позволило обнаружить температурный
оптимум камнеобразования, который для желатины составляет 39 ◦С (рис. 2).
138 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №2
При достаточно высокой концентрации фосфатов, в условиях сдвига pH как в кислую,
так и в щелочную область образуется мелкодисперсный осадок. В этих условиях при pH ≃
≃ 6,5 он состоит преимущественно из белка, а при pH ≃ 8,5 — образован преимущественно
фосфатами. Этот факт, а также данные исследований модельных систем, содержащих гло-
булярный белок (альбумин), позволили установить нам наиболее общие условия появления
“фосфатных диатезов”, которые, с одной стороны, определяются структурой белка, а с дру-
гой — pH среды в почечной лоханке.
Из полученных результатов следует, что образование конкрементов или мелкодисперс-
ного осадка (“песка”) обусловлено сочетанием условий среды, а периодические изменения
изученных в работе параметров среды способствуют образованию слоистых структур, ана-
логичных почечным камням радиально-зонального строения.
1. Билобров В.М., Чугай А.В., Единый Ю.Г. и др. Биохимические особенности среды: Химический
состав и строение почечных конкрементов // Структура органических соединений и механизмы ор-
ганических реакций: Сб. науч. тр. – Киев: Наук. думка, 1986. – С. 126–157.
2. Robertson V.G. Physical chemical aspects of calcium stone formation in the urinary tract // Ibid. –
P. 25–39.
3. Чугай А.В. Физико-химические основы определения химического состава почечных камней: Авто-
реф. дис. . . . канд. хим. наук. – 02.00.04. – Донецк, 1989. – 18 с.
4. Серов В. В. Основы нефрологии. – Москва: Б. и., 1972. – Т. 1. – 191 с.
5. Ратнер М.Я., Серов В.В. // Клин. медицина – 1975. – № 8. – С. 16–22.
6. Schulz E., Hackeschidt M., Stadie G. Stromungetechnische Analuse des Pyelon-Molch-Sustens hinshinsi-
chtlich der Harnsteingenese // Urol, nephrol. – 1982. – 75, No 11. – P. 771–779.
7. Bilobrov V.M., Chugaj A.V., Bessarabov V. I. Urine pH Variation Dynamics in Healthy Individuals and
Stone Formes // Urol. Intern. – 1900. – No 50. – P. 326–331.
8. Миронов О.Л. Химический состав почечных камней и фракционный состав белков сыворотки крови
и мочи: Автореф. дис. . . . канд. хим. наук. – 02.00.04. – Донецк, 1991. – 18 с.
Поступило в редакцию 06.07.2007Институт физико-органической химии
и углехимии им. Л.Н. Литвиненко
НАН Украины, Донецк
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №2 139
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-4119 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:29:16Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Богдан, Н.М. 2009-07-15T14:33:53Z 2009-07-15T14:33:53Z 2008 Физико-химическое моделирование фосфатного нефролитиаза / Н.М. Богдан // Доп. НАН України. — 2008. — № 2. — С. 135-139. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4119 541.1+616.613-003.7 The basic physico-chemical and biochemical parameters of the formation of phosphatic kidney stones are determined on model systems. It is established that the structures similar to kidney stones can be formed only in the simultaneous presence of fiber and mineral components, being under metastable conditions. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Хімія Физико-химическое моделирование фосфатного нефролитиаза Article published earlier |
| spellingShingle | Физико-химическое моделирование фосфатного нефролитиаза Богдан, Н.М. Хімія |
| title | Физико-химическое моделирование фосфатного нефролитиаза |
| title_full | Физико-химическое моделирование фосфатного нефролитиаза |
| title_fullStr | Физико-химическое моделирование фосфатного нефролитиаза |
| title_full_unstemmed | Физико-химическое моделирование фосфатного нефролитиаза |
| title_short | Физико-химическое моделирование фосфатного нефролитиаза |
| title_sort | физико-химическое моделирование фосфатного нефролитиаза |
| topic | Хімія |
| topic_facet | Хімія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4119 |
| work_keys_str_mv | AT bogdannm fizikohimičeskoemodelirovaniefosfatnogonefrolitiaza |