Приносът на IR спектроскопията за анализа на пикочните камъни в Medirex, a. с.
Резюме:
Инфрачервената (IR) спектроскопия позволява относително точен и надежден анализ на химичния състав на уринарните калкули, което е необходима предпоставка за правилното консервативно лечение и предотвратяване на рецидиви. През 2016 г. анализирахме този метод в Medirex, a. с., 812 камъка. В нашата група регистрирахме значителен превес на мъжете над жените (2,3: 1). Уролитиазата засяга предимно възрастовата категория от 30 до 69-годишни, с връх на възраст 60-69 години. Най-често срещаните находки в нашата кохорта са Whewellite в 28% от случаите, двукомпонентни Whewellite - weddellite в 23%, трикомпонентни Whewellite - weddellit - апатит в 14% и еднокомпонентни урицит в 13%. Други видове пикочни камъни са докладвани значително по-рядко. Въвеждането на методологията на IR спектроскопия значително подобри анализа на пикочните камъни.
Ключови думи: уролитиаза, уринарен камък, IR спектроскопия
* Всички таблици, графики и фигури, които са част от статията, могат да бъдат намерени в прикачения PDF файл в края на изследването.
Въведение
Уролитиазата е често срещано заболяване в индустриализираните страни във всички възрастови групи, като относително висок процент от пациентите са склонни към рецидив. Образуването на скала в урината е резултат от многоетапен процес, при който се нарушава балансът между факторите, които позволяват кристализирането на солта на урината, и факторите, които я инхибират.
Уролитиазата възниква в резултат на метаболитно разстройство, инфекция на пикочните пътища или в резултат на морфологични и функционални промени в уропоетичната система. Консервативното лечение, както и предотвратяването на рецидиви се състои в лечение на метаболитни нарушения, които може да са причинили или насърчили образуването на пикочни камъни. Поради това голям акцент при лечението и профилактиката на рецидиви на уролитиаза се поставя върху точното определяне на химичния състав на пикочните камъни (1).
Мокрият път на анализ, който се основава на химични доказателства за отделните функционални групи и йони, присъстващи в пикочния камък, дава много фалшиво положителни и фалшиво отрицателни резултати. Той е силно ненадежден и поради това не се приема от Европейската асоциация по урология (EAU) като метод за идентифициране на химичния състав на пикочните камъни (2).
Инфрачервената (FT-IR) спектроскопия е метод, препоръчан от тази асоциация като физически метод за идентифициране на отделни компоненти на пикочните камъни. С право се счита за златен стандарт сред наличните в лабораторията методи за неговата точност, надеждност и бързина на изпълнение (2,3). Това е неразрушаващ аналитичен метод, при който пробата не се уврежда от анализа, но предоставя информация за нейния състав.
Същността на ИЧ спектроскопията е взаимодействието на инфрачервеното лъчение с изследваната маса. В случай на поглъщане на фотони говорим за абсорбционна инфрачервена спектроскопия. Енергията на инфрачервените фотони (1-60 kJ/mol) не е достатъчна, за да възбуди електрони в молекулярни орбити, но е достатъчна, за да промени вибрационното и ротационното състояние на молекулата. Получените стойности на вибрационните енергии са свързани със силата на химичните връзки, молекулната геометрия, теглото на ядрата и служат за идентифициране на молекулярната структура на веществото.
IR спектроскопията предоставя информация за полуколичественото или количественото представяне на основните и второстепенните компоненти на уринарния камък (4).
Познаваме около 40 вещества, които могат да бъдат част от пикочните камъни. Даден е съставът и имената на пикочните камъни в таблица 1(5).
Методология
FT-IR анализът изисква приготвянето на таблетка с диаметър 13 mm, която се образува чрез смесване на фин камък на прах (0,1 - 0,5 mg) със сух калиев бромид - KBr (приблизително 200 mg). Сместа се обработва в специална форма под налягане от около 500 MPA в прозрачна KBr таблетка. След поставяне в държача на кюветата на спектрометъра Nicolet iS10 (Thermo Scientific Inc.) се измерва IR спектъра в диапазона от 4000 до 400 cm-1 (32 сканирания), като въздухът се измерва като фон на спектъра (64 сканира - празно).
Интерферограмите на неизвестни проби бяха обработени с помощта на OMNIC9 SW (Thermo Scientific Inc.) и получените данни бяха сравнени с референтния спектър на наличната библиотека (Kidney Stone Library-Basic, Kidney Stone coded - Nicolet CZ, s. R. O.).
Резултатът от автоматичното сравнение за идентифициране на спектъра беше предоставен като набор от опции с най-голямо съвпадение, вероятността за определен резултат, с 99% и по-високи вероятности, показващи перфектно съвпадение между неизвестния и референтния спектър. Във всеки случай ние визуално сравнихме избраните спектри на използваната библиотека с пробата и издадохме крайния резултат под формата на процента на отделните компоненти на уринарния камък.
Резултатите
През 2016 г. анализирахме общо 812 камъка чрез IR спектроскопия, от които 24 (3%) са от животни. От 788 проби от човешки произход, едната е конкременти от изпражненията на бебето, а останалите - пикочни камъни. При 7 пациенти не беше възможно да се даде резултатът по различни причини (малко материали, смущения).
Анализирахме средно 67,6 проби на месец, най-много през ноември (92 проби), най-малко през август (65 проби). Забелязахме значителна разлика между половете в нашата група. Мъжете (552 пикочни камъни - 70%) имаха значително предимство пред жените (236 пикочни камъни - 30%). Тази полова разлика е очевидна през всеки месец на 2016 г. (графика 1), Както при всички възрастови групи над 30 години, той е по-слабо изразен при по-младите възрастови групи (графика 2).
Ние регистрирахме повишена честота на пикочните камъни във възрастовия диапазон от 30 - 69 години. Най-представителната възрастова група е категорията от 60- до 69-годишни пациенти. Най-младият пациент беше 2-годишно момче с уринарен камък, най-възрастният пациент в нашата група беше 91-годишна жена. Показано е възрастовото разпределение в нашата кохорта заедно с разликите между половете в графика 2.
Показана е появата на отделни видове пикочни камъни в нашата група, заедно с честотата на появата им таблица 2.
Най-честата находка е еднокомпонентни пикочни камъни - 354 пациенти (45%). Ние записахме двукомпонентни камъни при 263 пациенти (34%), трикомпонентни камъни в 162 случая (21%) и повече от три компонента при 1 пациент (0,1% - таблица 2).
При еднокомпонентните камъни най-често диагностицирахме Whewellite - 28%. Вторият най-често срещан пикочен камък е камъкът с пикочна киселина (13%). Ние регистрирахме чист weddellite само при 1% от пациентите. Други състави от еднокомпонентен бетон бяха редки. Показани са тези редки видове, заедно с броя и процента в таблица 2.
Най-често срещаният двукомпонентен уринен камък е Whewellite - weddellite, в 23% от случаите. Освен това сравнително често наблюдаваме комбинация от Whewellite - урицит при 3%, Whewellite - апатит при 2,5% и Dahlite - струвит при 2% от пациентите. При 3% от пациентите диагностицирахме двукомпонентен камък с различен, по-рядък химичен състав - таблица 2.
При трикомпонентните бетони най-често срещаният химичен състав е бил уевелит - веделит - апатит, в 14% от случаите. Съчетанието Whewellite - Weddellit - Dahlite е много по-рядко (2%). Наблюдавахме различен състав на трикомпонентния уринен камък при 5% от пациентите - показани са отделни тройни комбинации заедно с процента в таблица 2.
Ние диагностицирахме повече от три компонента само в един случай - това беше 36-годишна жена и уринарният камък имаше състав Whewellite - weddellite - апатит - struvite. В един от вече споменатите случаи камъкът не идва от пикочните пътища, но при двумесечно бебе е копролит. Химичният му състав е идентифициран като трикалциев дицитрат тетрахидрат. IR спектроскопията също позволява идентифициране на артефакти. При анализа на пикочните камъни открихме в отделни случаи спектри, типични за тухли и суровини за керамика. Анализирахме пикочни камъни от животни в 24 случая (3% от всички проби). Кучето идва от 22 пикочни камъка, един от заек и един от котка.
По отношение на химичния състав на пикочните камъни при кучета, струвитът е най-често срещаният (5 случая - 23%) заедно с двукомпонентния калциев оксалатен камък - Whewellite - weddellite (също 5 случая - 23%). Освен това в три случая (14%) регистрирахме трикомпонентна конкреция при уевелит - веделит - апатит и двукомпонентен камък в състава струвит - дахлит. В два случая (9%) имаше чист цистинов камък и двукомпонентен камък, съставен от струвит и апатит. Той показва отделните видове пикочни камъни при кучета заедно с процента графика 3.
Една проба от пикочен камък (100% калциев карбонат - калцит или ватерит) е получена от заек и една от котка (трикомпонентен уелвелит - веделит - апатит).
Дискусия
Замяната на остарелия метод на мокър анализ на пикочните камъни чрез IR спектроскопия донесе значителен напредък в този анализ. IR спектроскопията усъвършенства анализа на камъните, позволи идентифицирането на няколко компонента в многокомпонентни пикочни камъни заедно с техния процент, идентифициране на онези видове камъни, които не могат да бъдат идентифицирани по стария метод за анализ (калциев карбонат), улавяне на нетипични и редки форми пикочни камъни (протеинови камъни). ИЧ спектроскопията обаче има своите ограничения: точността на анализа може да варира в зависимост от вида на конкремента, неговия състав и наличието на примеси. Дори резултатът не е надежден, ако компонентът присъства в обема Нашият уебсайт използва бисквитки. Те се използват, например, за анализ на трафика към този сайт или за допълнително подобряване на сайта чрез анонимни статистически данни и за персонализиране на реклами.
Разглеждайки уебсайта, вие се съгласявате с принципите за защита на личните данни и използването на бисквитки. Съгласен съм Политика за поверителност