Міністерство освіти і науки України

Львівський національний університет імені Івана Франка

УДК 616.613-003.7:549.12

На правах рукопису

Кадурін Сергій Володимирович

ПАРАГЕНЕТИЧНі АСОЦіАЦії МіНЕРАЛіВ і ОНТОГЕНіЯ органо-мінеральних агрегатів У НИРКАХ ЛЮДЕЙ

Спеціальність 04.00.20 – мінералогія, кристалографія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Львів 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеському національному університеті ім. І. І. Мечникова

Науковий керівник:

доктор геолого-мінералогічних наук, професор Ларченков Є. П., Одеський національний університет ім. І. І. Мечникова, завідувач кафедри загальної та морської геології.

Офіційні опоненти:

Павлишин В. І. – доктор геолого-мінералогічних наук, професор (Київський національний університет ім. Тараса Шевченко)

Дяків В. О. – кандидат геологічних наук (Львівський національний університет ім. Івана Франка)

Провідна установа: Криворізський технічний інститут (кафедра мінералогії)

Захист відбудеться 05.12.2001 р. о 12 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д35.051.04 у Львівському національному університеті ім. Івана Франка за адресою: 79005, м. Львів, вул. Грушевського, 4, ауд 219.

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Львівського національного університету ім. Івана Франка за адресою: 79005, м. Львів, вул Драгоманова, 5

Автореферат розісланий 04.11.2001 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат геолого-мінералогічних Є. М. Сливко

наук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблема вивчення органо-мінеральних агрегатів (ОМА) як самостійний науковий напрямок розглядається з 70-х років у межах країн СНД і за кордоном. Розробка і вдосконалення теоретичних основ проблеми вивчення ОМА (як об'єкту мінералогії) набуває в останній час особливо важливого значення у зв'язку з високим зростанням захворювання “сечовими каменями” і, відповідно, необхідністю пошуків нових методів лікування.

Окреслені обставини обумовили розробку нового наукового напрямку, а також застосування відповідних способів і методик мінералогії для дослідження ОМА з урахуванням досягнень у суміжних науках, пов'язаних з проблемою ОМА в людському організмі.

Головною особливістю нового наукового напрямку – “біомінералогії” є уявлення про ОМА як про мінеральні агрегати (мінерали), історія утворення яких нерозривно пов'язана з людським організмом, а сама поява викликана аномальним його станом. Отже, нові результати в дослідженні ОМА можуть бути отримані передусім при вивченні взаємозв'язку їхньої морфології з біохімією, побудові морфологічних рядів, розробці методів морфологічної діагностики агрегатів і визначенні парагенетичних асоціацій мінералів уролітів.

Мета: вивчення онтогенії і встановлення парагенетичних асоціацій мінералів у нирках людини.

Основні задачі досліджень:

1. Вивчення ОМА в нирках людини мінералогічними методами і визначення особливостей їхньої морфології, анатомії, макро- і мікрохімічного складу.

2. Встановлення чинників, які впливають на процес виникнення і розвитку ОМА.

3. Створення моделей утворення ОМА в нирках людини.

4. Формування схеми генезису уролітів.

Наукова новизна.

1. Вперше запропонована діаграма системи мінералоутворення в нирках людини. Діаграма побудована в координатах “концентрація (моляльність) – рН” як найбільш інформативних параметрах цієї системи. Аналіз інших параметрів системи – температури, тиску, Eh і т. п. показав, що вони є менш інформативними, оскільки визначають загальний стан людини. На підставі діаграми розраховані парагенетичні асоціації і визначена послідовність формування мінералів.

2. Вперше були проведені комплексні дослідження ОМА з встановленням мікрохімічного складу і детальною послідовністю росту. Для визначення мікрохімічного складу уролітів були проведені оригінальні дослідження на мікрозондовому аналізаторі "Jeol-733".

3. На основі порівняльного аналізу особливостей ОМА і геохімічних характеристик середовища проживання людини, запропоновано використовувати уроліти як біотести при оцінці екологічного становища.

Положення, що захищаються:

1. Мінералогічний комплекс уролітів утворився двома незалежними парагенетичними асоціаціями мінералів: 1. Боб'єрит - Апатит - Ювеліт - Уеделіт - Струвіт - Оксаміт; 2. Урикіт і інші кристалічні форми сечової кислоти.

2. Парагенетичні асоціації і послідовне формування мінералів визначається термохімічними умовами в системі “рН – моляльність”.

3. Зародження ОМА у нирці людини відбувається двома способами: а) у вигляді змушеної кристалізації на зародкові (у метастабільній області); б) у вигляді спонтанної кристалізації (у нестабільних областях).

4. Зародком у метастабільній області для фосфатних каменів є білок, а для оксалатних каменів – фосфатно-органічний зародок.

До практичного значення запропонованої роботи відноситься визначення послідовності і фізико-хімічних параметрів утворення сечових каменів, що дозволять проводити медичну корекцію лікування сечово-кам'яної хвороби і профілактику рецидивного уролітіазу. Запропоновано зважувати на післепіелонефритову профілактику фосфатних каменів і дані рекомендації по створенню фізико-хімічних умов у нирці (концентрації і рН), що приводять до розчинення сформованих каменів.

Фактичний матеріал і методи досліджень. В основу роботи лягли результати досліджень колекції з 122 ниркових каменів, отриманих в результаті співробітництва з урологічним відділенням одеської міський лікарні № 10 (зав. відділенням Борисов О. В.) за час з 1995 по 1999 рр.. Для оптичного опису використовувався бінокулярний мікроскоп з різними збільшеннями, вироблялися зрізи уролітів, які полірувалися. Для визначення мінеральних фаз в ОМА застосовувався рентген-структурний метод досліджень на апараті ДРОН-2 в Одеському національному університеті ім. І. І. Мечникова (доц. Сучков І. О.) і у Львівському національному університеті ім. І. Франка. Визначення мікроелементного складу уролітів і електронна мікроскопія проводилися в Технічному центрі НАН України у Києві на апараті “Jeol-733”. При скануючій мікроскопії зразки напилялись вуглецем. Геохімічна база даних була надана “ПричорноморДГРП” (Петров С. В.). Лабораторні експерименти проводилися в мінералогічній лабораторії сектора акцесорних мінералів Одеського національного університету.

Статистична обробка цифрового матеріалу була здійснена за допомогою програм Microsoft Excel 97, Mathcad 8 і Stаtistica 5. Карти будувалися з використанням програми Surfer 6. Апаратне оснащення: комп'ютер IBM AMD K6-2-266, RAM 64 Mb.

Публікації і особистий внесок здобувача. За темою дисертації опубліковано 17 робіт. Безпосередньо здобувачем вивчені морфологія і анатомія уролітів, проведена статистична обробка цифрового матеріалу, поставлено ряд експериментів і визначені парагенетичні асоціації мінералів у нирках людини. Дисертантом також запропоновано онтогенічний опис уролітів і розглянута можливість використати уроліти як біотест екологічного стану навколишнього середовища.

Робота виконана під керівництвом доктора геолого-мінералогічних наук, професора Ларченкова Є. П. та кандидата геолого-мінералогічних наук, доцента Чепіжко О. В., за що дисертант сердечно їм дякує. Здобувач часто звертався по консультації і поради до доцентів кафедри загальної і морської геології ОНУ Кадуріна В. М., Кравчука О. П., Сучкова І. О., Усенко В. П. і доцента кафедри урології Одеського медичного університету Борисова О. В. Всім їм і багатьом іншим, хто допоміг в роботі над дисертацією, дисертант висловлює сердечну вдячність.

Апробація роботи. Матеріали і результати досліджень доповідалися на нарадах “Біомінералогія і медична екологія” (Луцьк, 1995), у Львові в 1996 році, на 18-ому Європейському кристалографічному зібранні (Прага, 1998), на засіданнях Одеського відділення Українського мінералогічного товариства (Одеса, 1998, 1999, 2000 рр.), нарадах професорсько-викладацького складу Одеського національного університету ім. І. І. Мечникова, нараді "Минералогия и жизнь: биоминеральные гомологии" у Сиктивкарі у 2000 році, а також на міжнародній науковій конференції "Новые типы инженерно-геологических и экологл-геологических карт" у Москві у 2001 році.

Об'єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 8 розділів, висновків і списку літератури з 150 найменувань. Супроводжується 13 таблицями і 36 рисунками. Текстова частина викладена на 119 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі “Біомінералогічні дослідження: стан проблеми” освітлені проблеми біомінералогії, розглянуті взаємовідносини між живими організмами і мінералами. Розділ складається з двох підрозділів. У першому – “Фізіогенні біомінералі” – розглядаються процеси нормального, фізіогенного формування необхідних живим організмам біомінералів, таких як раковини у молюсків або зуби у людини. Механізм формування різноманітних фізіогенних біомінералів практично ідентичний. Так, наприклад, формування кісток, у тому числі і у людини, здійснюється по наступному принципу: формуються спеціальні колагенові волокна, що виконають роль матриці, а після цього відбувається їх мінералізація. Сам по собі процес мінералізації кістки це не просто осаджування солей. Мінералізація не почнеться, доки реакційні групи колагену не наразяться розщепленню на більш дрібні молекули і не визволять ті аміногрупи, що будуть брати участь у створенні центрів кристалізації. В процесі кристалізації бере участь андезин-трифосфорна кислота, що виконує роль акумулятора і розподільника хімічної енергії, і є джерелом фосфору. Атоми фосфору відділяються за допомогою ферментів.

Процес закінчується формуванням двох мінеральних фаз: аморфного і кристалічного фосфату кальцію. Аморфний фосфат кальцію є продуктом кліткової діяльності і виступає як резерв кальцію і фосфору. Існує дві гіпотези його утворення: одна стверджує, що молекули фосфату кальцію формуються всередині кліток і після цього виводяться у міжклітковий простір, де й накопичуються, а друга гіпотеза основана на тому, що фосфатна складова формується в клітці і потім виводиться у міжклітковий простір, де вже знаходиться кальцій, і саме там відбувається формування молекули фосфату кальцію.

Кристалічна фаза – це апатит. Кристалізація його на органічній основі можлива лише при особливому положенні колагенових волокон. Центри кристалізації виникають тільки тоді, коли формуються певні типи розміщення і упаковки молекул колагену. В такому положенні стають доступними реакційно-здатні групи амінокислот, що призводить до виникнення апатитових центрів кристалізації на колагеновій матриці.

У другому підрозділі “Патогенні біомінералі” розглядаються теорії, що склалися на даний момент, про формування патологічних мінеральних фаз в живих організмах. Тут розглядаються роботи таких авторів, як В. О. Дяків, Ф. В. Зузук, А. А. Кораго, К. Лонсдейл, Д. Мак-Коннел, А. К. Полієнко, М. П. Юшкін. Поряд з перлом, розглядається формування патологічних біомінералів в організмі людини – камені у жовчному міхурі і у нирках. Внаслідок спрямування роботи особлива увага приділяється ОМА у нирках – уролітам.

Багатьма авторами відзначалося, що розвиток патологічного мінералоутворення у системі сечевиведення людини (уролітіазу) корелює з деякими географічними і демографічними чинниками. Так, наприклад, виділені два так званих “пояси” уролітіазу: Південь Європи – Балканський півострів – Мала Азія – Північна Африка; і Середня Азія – Іран – Афганістан – Південний Китай – Індонезія. Окрім цього статистика показала, що уроліти ширше розповсюджені у людей, зайнятих сидячою і важкою фізичною працею; при цьому у міських жителів дане захворювання зустрічається набагато частіше, ніж у жителів сільської місцевості. Також відзначено, що у жінок частіше спостерігаються камені у нирках, а у чоловіків – у сечовому міхурі.

Вивчення хімічного складу уролітів дозволило виділити три основні групи мінералів. Це урати – сечова кислота і її солі; фосфати – солі ортофосфорної кислоти; і оксалати – солі щавелевої кислоти. Окрім вищенаведених груп були виділені уроліти, що складаються здебільшого з складних органічних сполук, але вони зустрічаються досить рідко. Різними авторами при дослідженні мінерального складу уролітів було виділено більш дев'ятнадцяти мінеральних фаз. Крім мінеральних фаз в уролітах зустрічається і органічна складова. Як і в перлі, органіка в уролітах формує тонкі прокладки навколо кристалів мінералів. Окрім цього спостерігаються прошарки органічної речовини між кристалічними зонами. Але на відміну від перлу, тільки деякі уроліти утворилися в результаті матричної кристалізації. Існує теорія, що початковим центром кристалізації є білок. Молекула білку, що потрапила до нирки, є “матрицею”, на якій починає формуватися мінеральна оболонка, що представляє собою зародок для подальшого розвитку уроліту.

Всі вищенаведені чинники утворення уролітів носять ендогенний характер, але не слід забувати і про екзогенні чинники. До них відносяться екологічний стан навколишнього середовища, спосіб життя людини, рід діяльності, дієта. В деякій мірі можна говорити, що екзогенні чинники створюють передумову виникнення уроліту, а ендогенні – її реалізують.

У другому розділі “Морфологія уролітів” наведені результати власних досліджень морфології зібраних уролітів. Запропонована класифікація уролітів по морфологічному признаку. Для оксалатно-кальцієвих уролітів виділені три групи.

Перша представляє собою скритокристалічні ізометричні утворення з бугристою, бруньковидною поверхнею. Такі уроліти нечасто досягають розміру 5.0 мм. Як правило, їх розміри знаходяться в інтервалі 1.5 – 3.0 мм.

Друга група – це еліпсовидні уроліти. Їхня поверхня більш ніж на 75% покрита кристалами. Розміри таких уролітів, в основному, знаходяться в інтервалі 5.0 – 12.0 мм. Дана група може бути поділена на дві підгрупи: першу підгрупу утворять ОМА, у яких поверхня покрита кристалами наростання. Причому, кристали наростають нерівномірно, покриваючи поверхню ОМА частково. Розмір кристалів коливається від 0.1 – 0.5 мм до 1.0 – 1.2 мм. Важливо те, що ці кристали обростають оксалатний агрегат, описаний як перша морфологічна група. Другу морфологічну підгрупу утворять більш великі ОМА еліпсоїдального виду, повністю покриті кірками наростання, що сформувалися орієнтованими кристалами. Розміри таких кристалів відносяться до розміру ОМА як 1:50 – 1:40. Характерною особливістю кристалів, що описуються, є також їх орієнтування – практично всі вони орієнтовані перпендикулярно до поверхні ОМА, причому перпендикуляром служить одна з вершинних осей другого порядку. Ця обставина призводить до того, що весь ОМА покривається гострими списоподібними кристаликами, звернутими гострою вершиною в сторону тканини нирки. Таким чином, спостерігається процес обростання агрегатів першої групи кристалами, що призводить до формування другої морфологічної групи ОМА.

Третя морфологічна група ОМА оксалатного складу представляє собою зростки одного-двох десятків кристалів. Їх розміри лише інколи перевищують 5.0 мм. Особливу увагу привертає центр розростання кристалів. Як правило, в такому центрі спостерігається невеликий оксалатний агрегат розміром 0.01 – 0.1 мм, який визначається як перша морфологічна група. На поверхні ОМА встановлені кристали двох зароджень: кристали першого зародження більш великі за розміром (досягають 2.0 мм), і на них починають формуватися кристали другого зародження (розміром до 0.2 мм). В результаті цього сечовий камінь покривається “віялоподібними” зростками. Причому кристали другого зародження розташовуються на ребрах тетрагональної діпіраміди кристалів першого зародження. Орієнтація дрібних кристалів відбувається таким чином, що вершинне ребро кристалу першого зародження співпадає з віссю симетрії 4-го порядку кристалу другого зародження.

Фосфатні уроліти можна поділити на дві групи.

Перша група фосфатних уролітів – кораловидні утворення. Найбільший зразок у колекції такого вигляду досягає розмірів 25.0 мм. Середні розміри коливаються у межах 12.0 мм – 14.0 cм. Такі уроліти представляють собою утворення, в основі яких лежить один “стовбур”. Його розміри співвідносяться з розмірами всього агрегату від 7:10 і до 9:10. Такий “стовбур” складає основну масу каменю. “Гілки”, що формуються на стовбурі, як правило, в половину менше і тонше “стовбура”. На кораловидних уролітах налічується у середньому 2 – 3 “гілки”. Поверхня уролітів, що описуються, рівна і шорстка.

Другий вид фосфатних уролітів представляють утворення ізометричної округлої форми розміром до 10.0 мм. Вони розповсюджені ширше, ніж кораловидні різновиди. Поверхня таких каменів гладка, у деяких випадках покрита блискучою кіркою чорного кольору – по всій видимості кров'ю.

Уроліти уратного складу поділяються на дві групи:

Перша представляє собою мікроагрегати, що частіше називають “пісок”. Вивчення показало, що кожна “піщинка” є мікроагрегат зі своєю морфологією і анатомією. Поверхня піщинок гладка, інколи блискуча. Розміри не перевищують 1.0 мм.

Друга група уратних уролітів є великі за розміром – до 10.0 мм –утворення. Поверхня їх бугриста, гроновидна і неоднорідна, нагадує натічні форми. На поверхні формуються кірки, що відрізняються від загальної маси каменю більш низькою консолідованістю і більш шершавим характером поверхні. Сама поверхня каменю гладка і матова.

У третьому розділі “Анатомія уролітів” розглядається внутрішня будова уролітів, що класифікувалися по морфологічним признакам. Виявлено, що виділені морфологічні групи знаходять своє підтвердження і при вивченні внутрішньої будови. Так, уроліти першого морфологічного типу є масивні, скритокристалічні утворення з зональною будовою. При цьому на сколі чітко виявляється їх радіально-променева будова. Радіально-променева будова самих зон призводить до прояву тієї ж властивості у всім уроліті. Подібна будова уролітів оксалатного складу характерна для будь-яких сферолітових агрегатів. Достатньо часто спостерігаються зупинки росту, часткові розчинення, поява локальних центрів росту. Розвиток кристалів на поверхні уролітів, певно, відбувається внаслідок зміни умов мінералоутворення. Це призводять до припинення зонального росту, а інколи і до початку розчинення агрегату, що сформувався раніше.

Розвиток агрегатів, які складаються практично повністю з кристалів (третій морфологічний тип), говорить про те, що зміна умов можлива на будь-якому, навіть початковому етапі мінералоутворення. Механізм же залишається незмінним – скритокристалічний жовновидний агрегат є основою для розвитку кристалічної кірки.

Уроліти фосфатного складу можна розрізнити на дві категорії по анатомічним особливостям. Перші являють собою утворення, складені пухкою і пористою масою. В ній зустрічаються дрібні кристали, кількість яких до центру збільшується. В центральній частині кристали розміщені хаотично і займають майже весь простір. У самому камені не спостерігаються признаки упорядкованої будови. Другий вид фосфатних уролітів має складну зональну структуру. При цьому кожна з зон має чітко упорядковану будову.

Уроліти уратного складу анатомічно є один тип каменів. Вони мають чітко виявлену шарувату структуру. При цьому така структура зберігається і в піщинках – в аншліфах, виготовлених з піску уратного складу, було виявлено, що кожна піщинка є маленьким агрегатом зі своєю внутрішньою будовою.

В уратних каменях можна виділити два основних етапи розвитку, кожний з яких по особливому відображуєтся в анатомії агрегату. В центральній частині спостерігається невпорядкована і неорієнтована кристалічна маса. Така будова центральної частини каменю і часте знаходження уратів у вигляді піску свідчать про процеси спонтанної кристалізації з сильно пересиченого розчину на перших стадіях формування каменю. Далі периферійна частина каменю має шарувату будову. При подальшому розростанні піщинок утворюються, у деяких випадках, достатньо великі уроліти уратного складу. Вони успадковують від піщинок концентрично-зональну будову. Часті перерви і зупинки у рості каменю, а також формування локальних центрів кристалізації на межі тимчасової зупинки росту приводить до висновку про нестабільність середовища під час кристалізаційних процесів.

Особливе місце при вивченні анатомії уролітів займають ОМА змішаного складу. Границя двох фаз супроводжується зоною розчину і обволікання органічною речовиною, що свідчить про деякий часовий інтервал між припиненням формування однієї кристалічної фази і початком формування іншої.

У четвертому розділі “Онтогенія мінералів” приводяться відомості про зародження, ріст і зміну уролітів.

У підрозділі “Зародження уролітів” визначені чотири способи зародження уролітів:

1. Спонтанне зародження.

2. На зародках, що утворилися у сечі в нирці або в сечовому міхурі.

3. На бляшках Рандала, виниклих на ниркових сосках.

4. На чужорідних тілах.

Для спонтанного зародження необхідно пересичення кристалізаційного розчину. Стосовно до нирки людини, пересичення мінералоутворюючого розчину можливе при настанні застійного процесу і для макрокомпонентів середовища. Наявність запальних процесів створює можливість застою або скрути протока сечі через нирку. Основним компонентом розглядуваного мінералутворюючого середовища є сечова кислота. Саме вона створює одну із груп уролітів – урати. До того ж урати дуже часто формують так званий “пісок”, у якому кожна піщинка є мікроагрегат. Це свідчить про те, що при формуванні уратного піску утворюється велика кількість центрів кристалізації, на кожному з яких утворюється мікроагрегат. Подібний процес масового виникнення зародків характерний саме для спонтанної кристалізації.

При розгляді кристалізації на зародку важливим є питання про виникнення зародку. Особлива роль при цьому відводиться органо-мінеральному комплексу, який складається з білку і фосфатів кальцію. Попередні дослідження показали, що між структурою білка і апатиту існує багато загального. Саме на цьому факті базується пояснення процесу формування зародку в нирці людини. Механізм наступний: запальний процес у нирці призводить до проникнення до неї молекул білку. Вони, потрапивши до нирки, вступають у взаємодію з іонами кальцію і ортофосфорної кислоти. Ця взаємодія призводить до формування кристалічної гратки апатиту на молекулі білку по принципу епітаксіального наростання. Таким чином, у нирці з'являється кристалічний фосфат кальцію – апатит, що і є зародком для початку формування уроліту. Наступний розвиток і ріст уроліту зумовлено іншими чинниками, і, як результат, може приводити до формування на фосфатно-органічному зародку оксалатних уролітів. Це було підтверджено за допомогою електронної мікроскопії, мікрозондового аналізу і мікрохімічних реакцій.

Питання про виникнення уролітів на бляшках Рандала залишається відкритим. Подібні уроліти зустрічаються достатньо рідко (2 випадки) і морфологічно являють собою U–видні зразки. Напевне, причиною їх формування є порушення суцільності тканини нирки або зміна її структури внаслідок відмирання або запалення, і зародком є стінка нирки.

У вигляді зародків також можуть виступати і чужорідні тіла. До таких потрібно віднести мікроорганізми. Деякі з видів мікроорганізмів є зародком для фосфатних каменів. У вигляді чужорідного тіла може виступати раніше утворений уроліт. Найбільш розповсюджені уратні уроліти, що сформувалися на оксалатних. Уроліт оксалатного складу, що сформувався внаслідок зміни мінералоуворюючого середовища у нирці, потрапив в умови кристалізації уратів. Урати, в свою чергу, почали формуватися на вже існуючому оксалатному уроліті, використавши його як основу.

У підрозділі “Ріст уролітів” розглядається механізм формування шарів, зон і ритмів з яких складається ОМА. Уроліт починає наростати на зародку, що вже сформувався, кристалічними шарами. Кожний шар є скупчення кристалів, що орієнтувалися паралельно, при цьому орієнтовані вони у радіальному напрямку. У деяких випадках у нижніх частинах шарів спостерігається зона геометричного відбору. У верхніх частинах цих же шарів формується паралельно-тичинковий агрегат. Далі слідує зупинка росту, що супроводжується частковим розчиненням верхньої частини шару і формуванням тонкого прошарку органічної речовини. Слідом за цим починається формування нового шару. Він починає формуватися на попередньому, первісно успадковуючи його направлення, без зони геометричного відбору. Таким чином, формуються всі шари всередині однієї зони. Зони ж, у свою чергу, відділяються більш товстими шарами органічної речовини. Окрім цього, перший шар кожної зони починається з геометричного відбору. Саме присутність у нижній частині шару зони геометричного відбору є признаком початку формування нової зони. Подальший розвиток уролітів може призвести до формуванню окремих ритмів. Ритми супроводжуються сильним розчиненням шарів, що сформувалися раніше. Кордон, що формується між ритмами, як правило, нерівний і покритий шаром органічної речовини. Ритми часто залягають один на одному “неузгоджено”. Зміна ритму інколи супроводжується зміною морфології або мінерального складу речовини, яка кристалізується. Таким чином, ритм є самостійна генетична одиниця у формуванні уролітів.

У п'ятому розділі “Моделювання процесів росту органо-мінеральних агрегатів” описані способи і результати лабораторного і математичного моделювання процесів росту уролітів.

У підрозділі “Лабораторне моделювання” приведені результати лабораторного моделювання, яке проводилося для оксалатів кальцію. Вони вирощувалися у різних рН-умовах. Дослідження кристалічних фаз, які були вирощені, дозволило встановити, що в більш лужних умовах середовища формується двохводний оксалат кальцію – уеделіт, а в більш кислих умовах – одноводний оксалат кальцію – ювеліт. Математичні розрахунки дозволили визначити поле стійкості оксалатів кальцію в системі “моляльність – рН” (рис. 1). Визначення цього поля стійкості дозволяє по концентрації оксалатно-кальцієвого розчину визначити рН - кордони формування кристалічних фаз і, навпаки, по значенням рН середовища визначити граничні для кристалізації концентрації компонентів середовища.

Рис. 1. Діаграма стійкості оксалатів кальцію.

У підрозділі “Математичне моделювання” подальші дослідження дозволили створити модель середовища мінералоутворення у нирці людини. При створенні моделі були використані термохімічні розрахунки стійкості кристалічних фаз у розчині. Результати моделювання представлені на рис. 2.

Рис. 2. Діаграма стійкості мінеральних фаз у нирці людини.

Тут виділяються поля стійкості різноманітних кристалічних фаз, що формуються у нирці людини. Так, при найменших концентраціях іона магнію і фосфат-іона при значеннях рН у межах 8 першими можуть сформуватися фосфати магнію (боб'єрит), а слідом за ними і фосфати кальцію (апатит). З підвищенням концентрації їх поле стійкості поширюється як в сторону кислого середовища – до 7.5, так і в сторону лужного. При подальшому підвищенні концентрації речовин, які реагують при рН середовища, що дорівнює 7.5, кристалізуються оксалати магнію і кальцію. Оксалати магнію доки не встановлені, а оксалати кальцію розповсюджені досить широко і представлені двома кристалічними фазами – уеделітом і ювелітом. Подальше підвищення концентрації речовин, що реагують при значних лужних показниках рН, можуть формуватися фосфати, до складу яких входить група NH4+. Такий мінерал зустрінуто в уролітах – це струвіт.

У випадку подальшого підвищення концентрації компонентів, що описуються, при настільки ж лужних значеннях рН може утворюватися оксалат амонію – оксаміт.

Аналіз діаграми стійкості мінеральних фаз у нирці людини (див. рис. 2) дозволяє зробити ряд висновків:

1. Поля, що визначають умови утворення фосфатів і оксалатів, є поля формування парагенетичних асоціацій ОМА у нирках людини.

2. Уратні уроліти формуються винятково у своєму діапазоні значень рН і не можуть створювати асоціації з будь якими іншими мінералами уролітів.

3. Встановлені значення рН середовища і рівновісного стану ОМА в організмі людини є функціональними критеріями розвитку захворювання.

У шостому розділі “Мікроелементи в уролітах” приводяться результати мікрозондового дослідження уролітів. Проведені дослідження по п'ятнадцяти елементам: Mg, Sr, F, P, Cr, Zn, Na, Ca, Fe, Cl, As, Pb, Co, Cu, Hg. Визначений вміст (%) оксидів цих елементів у кристалічній фазі в заданій точці на зразку. До отриманого масиву даних застосовано ряд статистичних прийомів аналізу, виконаних за допомогою табличного процесора Microsoft Excel по убудованим до нього статистичним функціям. Визначалися три параметри – частота зустрічаємості кожного елементу, середнє значення і середнє абсолютних значень відхилень від середнього. По цим трьом статистичним функціям можна судити про значимість і положення того чи іншого елементу у кристалічній гратці, що сформувалася. На другому етапі статистичної обробки масиву даних були застосовані факторний і кластерний методи аналізу (програмний пакет Statistica 5.0). Факторний аналіз проводився для елементів-домішок, тому зі списку був усунений Са. Використовувалося угрупування елементів по трьом чинникам, окрім цього аналіз супроводжувався генеруванням таблиці парних кореляцій. Кластерний аналіз передбачає створення ієрархічного дерева кореляційних зв'язків серед елементів, що досліджуються. Обидва методи дозволяють виявити з загального масиву окремі групи. Всі ці статистичні методи, включаючи раніше описані, дозволяють провести угрупування елементів, що досліджувалися, і охарактеризувати їх місце, роль і участь у кристалічній гратці кожного виду уролітів.

Таким чином, в оксалатних ОМА виділені чотири групи елементів:

1. Na - P - Cl. Ці елементи зв'язані високими значеннями парних кореляцій і на графіку створюють самостійну групу, що визначається чинником 1. До цієї ж групи тяжіють Sr, Fe і Zn. Вони мають середні значення кореляції, як між собою, так і з іншими елементами.

2. Pb - Co - Mg. Ці елементи також зв'язані високими значеннями парної кореляції і загальним положенням на графіку – характеризуються чинником 2.

3. As – Hg – F. Ці елементи не володіють настільки тісними кореляційними зв'язками, як дві попередні групи, але положення на графіку дозволяє визначати їх як єдину групу, що характеризується чинником 3.

4. Cu і Cr. Ці елементи не мають будь-яких тісних кореляційних зв'язків ані з одною з вищенаведених груп, ані між собою. На графіку знаходяться в центральній частині координатного простору, і розташовуються поруч певно лише тому, що не підтверджено впливу жодного з чинників.

В уратних ОМА виділяються дві основні групи елементів:

1. Са, Р, Cr, Fe, Mg, Na, Cl, F. Ці елементи відрізняються достатньо високими кореляційними зв'язками і угрупуванням в одній гілці кластерного аналізу. Дані елементи формують самостійні кристалічні фази в загальній масі уратних уролітів.

2. Sr, Zn, As, Pb, Co, Cu – визначаються третім чинником або знаходяться під невеликим впливом всіх трьох чинників. Подібне положення пояснюється їх роллю неструктурних елементів-домішок.

У фосфатних ОМА виділяються три групи елементів:

1. Са, P, Mg, Na, Cl. Це, як вже відзначалося, мінералоутворюючі елементи. Вони формують основну масу уроліту і входять до складу таких мінералів, як фтор-, хлор-, гідроксилапатит або струвіт.

2. Fe, Sr, Pb, Cr. Ця група елементів визначається другим чинником і може інтерпретуватися як ізоморфні елементи, що входять до кристалічної структури фосфатних мінералів

3. Zn, Cu, Co, As, Hg. Вони визначаються окремою гілкою на кластерній діаграмі і третім чинником у факторному аналізі. Це елементи, розподіл яких, напевне, визначається зовнішніми чинниками. Особливо потрібно звернути увагу на As і Hg – вони мають високі показники парної кореляції і відособлені на діаграмах кластерного і факторного аналізу, що говорить про одну причину їх розподілу.

У сьомому розділі “Зовнішні чинники, що впливають на утворення уролітів” приводиться інформація про розподіл хімічних елементів у поверхневому шарі грунтів м. Одеси і у водопровідній воді, що надходить до м. Одеси. Роль зовнішніх – екологічних – чинників у розвитку уролітіазу очевидна, але досі залишається відкритим питання про механізм впливу цих чинників. Особливе значення при дослідженні уролітів відводиться вмісту різноманітних мікроелементів у навколишньому середовищі на розглянутій території, і особливо у воді, що вживається як питна.

У розділі приводяться результати геохімічних досліджень грунтів розглянутого району, виділяється ряд груп елементів, кожна з яких має власні особливості розподілу: елементи першої групи – Pb, Zn, Cu і Sr адсорбуються у поверхневому шарі ґрунтів безпосередньо на місці їхнього утворення, а друга група – Mn, Ni і Co переходять у рухомий стан і активно мігрують від джерел виникнення. Окрім цього, приводяться результати контролю мікроелементного складу питної води у м. Одесі, де поряд з високим вмістом таких елементів як K (8.55 мг/дм3) і Na (49.0 мг/дм3), присутні мікроелементи Sr (0.68 мг/дм3), Fe (0.067 мг/дм3), а також Cu (0.017 мг/дм3) і Zn (0.013 мг/дм3). Отримані дані свідчать про наявність зв'язків особливостей уролітіазу з геохімічною і екологічною специфікою району.

У восьмому розділі “Загальна схема формування уролітів” описується процес формування уролітів з моменту зародження до можливого розчинення. Викладений матеріал призначено для створення цілісного поняття про процеси утворення каміння у нирках людини. Загальна схема формування уролітів може бути представлена наступним чином.

Зародження оксалатних і фосфатних уролітів здійснюється на зародку, в основі якого знаходиться молекула білку. На ньому спочатку по принципу епітаксіального наростання формується апатитова кристалічна структура, а опісля починає формуватися основна мінеральна фаза. Зародження уратних уролітів відбувається іншим способом – це спонтанна кристалізація з пересиченого розчину.

Наступний ріст кожного виду уролітів відбувається в умовах, найважливішими з яких є рН середовища і концентрація компонентів мінералоутворення. Ріст здійснюється пошарово з формуванням сферолітів. У деяких випадках в оксалатних уролітах можливо формування великих (до 2.5 мм) кристалів уеделіту, що покривають, як правило, поверхню уроліта друзами і щітками.

Часткове розчинення уролітів спостерігається досить часто. Найбільш підвернені цьому процесу уратні ОМА. Слідом за частковим розчиненням настає новий етап росту. В деяких випадках він може супроводжуватися зміною кристалізаційної мінеральної фази.

Висновки

1. Зародження уролітів обумовлене рядом чинників: несприятлива екологічна обстановка створює загальне тло і передумову для формування уролітів. Запальний процес у нирці призводить до застійних явищ, пересичення розчину і робить можливим кристалізацію уратів і деяких оксалатів. Причиною того ж запального процесу є потрапляння до нирки білку, що призводить до початку формування фосфатів.

2. Ріст сформованого уроліту, залежить від умов, що склалися у нирці. Основними параметрами, які визначають характер мінералоутворюючого середовища і мінеральну фазу, що формується, є концентрації реагуючих компонентів і кислотно-лужний потенціал.

3. У процесі уролітіазу формуються дві парагенетичні асоціації: 1) Боб'єрит – Апатит – Ювеліт – Уеделіт – Струвіт – Оксаміт; 2) Урикіт і інші різновиди сечової кислоти.

4. Вивчення мікроелементного складу уролітів визначається як біотест стану навколишнього середовища. Дослідження в області геоекології і мікроелементного складу уролітів дозволяють реально оцінити вплив навколишнього середовища на людський організм.

5. Отримані в ході дослідження дані про парагенетичні асоціації і умови виникнення та розвитку уролітів можуть бути основою для визначення ходу хвороби і виробленню персональних рекомендацій по зупинці росту уроліту і початку його розчинення. Інформація з приводу способів зародження ОМА у нирках може бути корисна при відвертанні рецидивного уролітіазу.

Список опублікованих робіт за темою дисертації:

1. Кадурин С.В., Кравчук О.П., Сучков И.А. Особенности морфологии и состава органоминеральных агрегатов у населения Одесской области // Мiнерал. зб. - 1999. - № 49, вип. 2. - С. 154-160.

2. Кадурiн С.В., Чепiжко О.В. Математичне моделювання процесу формування органомiнеральних агрегатiв у нирках людей // Мiнерал. зб. - 2000. - №50, вип. 1. - С. 93-97.

3. Кадурин С.В., Чепижко А.В. Моделирование процессов минералообразования в почке больных // Мiнерал. журн. - 2001. - № 2-3. - С. 57-60.

4. Кравчук А.О., Кадурин С.В., Федорончук Н.А., Сучков И.А., Кадурин В.Н., Кравчук О.П., Крейденко Т.Л., Пунько В.П. Методические аспекты геотоксикологии // Мiнеральнi ресурси Украiни. - 2001. - № 2. - С. 41-43.

5. Кадурин С.В., Чепижко А.В. Микроэлементный состав и морфологические типы почечных камней оксалатного состава населения Одесской области // Зап. Всерос. минерал. об-ва. - 2001. - № 4. - С. 108-112.

6. Кадурiн С.В. Мiкроелементи в органомiнеральних агрегатах нирок людини // Працi Одеського унiверситету. - 1999. - № 3. - С. 36-43.

7. Сучков И.А., Пунько В.П., Кравчук А.О., Кадурин С.В., Сафранов Т.А. Эколого-геохимические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами // Тяжелые металлы как техногенные загрязнители внешней среды и их влияние на здоровье человека: Метеорология, климатология и гидрогеология. - 1999. - Вып. 37. - С. 54-62.

8. Кадурин С.В., Борисов А.В., Костев Ф.И., Ухаль М.И. Морфологические типы и микроэлементный состав конкрементов у больных рецидивирующей формой нефролитиаза // Курортология и физиотерапия. - 2000. - Вып. 4 (24). - С. 62-65.

9. Кадурин С.В., Чепижко А.В. Морфологические особенности почечных камней оксалатного состава населения Одесской области // Мiнералогiя в Одесi на межi тисячолiть. - Одеса, 2000. - С. 48-55.

10. Баранова Н.М., Кадурiн С.В., Чепiжко О.В. Оцiнка ролi геохiмiчних чинникiв у створеннi еколого-геологiчних систем рекреацiйних зон Одеського регiону // Збiрник молодих вчених. - Одеса, 2000. - Вип. 2. - С. 6-12.

11. Кадурин С.В. Микроэлементы в оксалатных органоминеральных агрегатах почек у больных // Збiрник молодих вчених. - Одеса, 2000. - Вип. 2. - С. 42-46.

12. Баранова Н.М., Кадурин С.В., Чепижко А.В. Эколого-геохимические карты мегаполиса на основе мультипликативного наложения // Новые типы инженерно-геологических и эколого-геологических карт. - М.: Изд-во МГУ, 2001. - С. 175-177.

13. Борисов А.В., Ухаль М.И., Кадурин С.В., Сучков И.А., Кравчук О.П. Состав уролитов и его влиние на эффективность экстракорпоральной литотрипсии у больных почечнокаменной болезнью // Збiрник матерiалiв конф. "Бiомiнералогiя i медична екологiя" та наук. дослiджень лабораторii бiомiнералогii, медикоекологiчного та шкiльного картографування. - Луцьк, 1995. - С. 76-77.

14. Чернышенко Е.О., Кадурин С.В., Кравчук А.О. Биоминералогические исследования морских отложений методом термографии в условиях экспедиционных работ // Збiрник матерiалiв конф. "Бiомiнералогiя i медична екологiя" та наук. дослiджень лабораторii бiомiнералогii, медикоекологiчного та шкiльного картографування. - Луцьк, 1995. - С. 134-135.

15. Kadurin S. Minerals in human kidneys // 18th European Crystallographic Meeting. - Prague, 1998. - P. 112.

16. Кадурин С.В. Геохимическая обстановка в Одессе и влияние ее на состав патологических органоминеральных образований // Геохимия биосферы : Матер. ii междунар. совещ. памяти проф. А.И. Перельмана. - Новороссийск, 1999. - С. 73-75.

17. Кадурин С.В., Чепижко А.В. Механизмы зарождения уролитов // Минералогия и жизнь: биоминеральные гомологии : Матер. iii Междунар. семинара. - Сыктывкар, 2000. - С. 91-92.

Кадурін Сергій Володимирович. Парагенетичні ассоціації мінералів і онтогенія органо-мінеральних агрегатів у нирках людей. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.20 – мінералогія, кристалографія. - Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, 2001.

В роботі розглядаються актуальні питання біологічної мінералогії ниркових каменів. Описані морфологія і анатомія уролітів. На підставі отриманої інформації розглядається онтогенія ниркових каменів. Проведене моделювання процесів росту уролітів – як лабораторне, так і математичне. В результаті цього визначені парагенетичні асоціації мінералів уролітів. Досліджений мікроелементний склад органо-мінеральних агрегатів у нирках людини, визначена залежність його від геоекологічного стану навколишнього середовища у м. Одесі. Основні результати дисертації можуть бути використані для вдосконалення існуючих і розробці нових методик лікування уролітіаза, а також для тестування навколишнього середовища і визначення його впливу на людину.

Ключові слова: Біомінералогія, нирковий камінь, уроліти, мікроелементи, моделювання, парагенетичні асоціації.

Кадурин Сергей Владимирович. Парагенетические ассоциации минералов и онтогения органо-минеральных агрегатов в почках людей.

Диссертация на соискание научной степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.