Ухудшение экологической обстановки в крупных промышленных мегаполисах приводит к постоянному росту заболеваний, связанных с патогенным камнеобразованием в организме человека [10], что обусловливает необходимость разработки новых методов лечения и профилактики этих болезней. В связи с этим за последние 10–15 лет существенно возрос интерес к изучению роли микроэлементов в камнеобразовании и механизмов их включения в конкременты. Для выяснения причин возникновения патогенных органно-минеральных агрегатов (ОМА) в организме человека с учетом местных факторов, природных и техногенных условий важную информацию могут дать сведения о микроэлементном составе таких образований [12]. Роль микроэлементов, в том числе и металлов с переменной валентностью, при желчнокаменной болезни (ЖКБ) в настоящее время до конца не изучена, хотя известно, что многие из них в организме человека играют важную роль в обмене веществ. Поступление химических элементов в организм зависит от их содержания в почве и воде, а также от структуры питания. В связи с этим организм человека чутко реагирует на любые негативные изменения в окружающей среде, что может стать причиной нарушения функционирования организма [23].
Одной из наиболее часто встречаемых патологий, патогенез которой можно связать с экологическими факторами, является ЖКБ. Высокая заболеваемость ЖКБ, а также рост до- и послеоперационной нетрудоспособности представляет собой серьёзную социально-медицинскую проблему [2]. Изучение желчных камней, их химического состава, экологических и этиологических факторов, влияющих на их возникновение, а также выяснения механизмов образования является одной из наиболее актуальных проблем в настоящее время. Исследование химического состава, структуры, морфологии желчных камней, механизмов их формирования и преобразования представляет несомненный интерес при поиске новых путей лечения и профилактики ЖКБ. В связи с вышеизложенным, в настоящей работе проведён анализ литературных данных, посвящённых элементному составу желчных камней и желчи у больных с желчнокаменной болезнью, а также связи камнеобразования с экологическими факторами в желчевыводящей системе.
К настоящему времени, по данным Н.П. Юшкина [23], известно около 300 биоминералов различного происхождения и их число продолжает расти. В зависимости от условий образования все органо-минеральные агрегаты (ОМА) и слагающие их минералы подразделяются на три типа: ортобиогенные, метабиогенные и тафобиогенные [13]. Ортобиогенные ОМА в организме человека и животных называются зоолитами и, в свою очередь, делятся на физиогенные и патогенные. Возникновение патогенных зоолитов является следствием нарушения функционирования самых различных органов и систем и внешней экологической обстановки [13]. К патогенным ОМА или зоолитам относят камни желчного пузыря, мочевой системы, зубные и слюнные камни [13]. Абсолютное большинство желчных камней имеет сложный элементный и молекулярный состав [4, 5, 9, 14, 16, 24]. Основное значение имеют холестерин и желчные пигменты. Количество холестерина в камнях в среднем доходит до 70 %, тогда как в желчи оно составляет всего около 2 % [13]. Из других компонентов с высокой массовой долей встречаются карбонаты, фосфаты и пальмитат кальция, желчные кислоты и фосфолипиды [16].
Образование желчных камней, согласно современным представлениям, является в основном результатом дестабилизации физико-химического состояния желчи и зависит от качественного и количественного состава главных составляющих – холестерина, суммы желчных кислот [1]. Индексы литогенности, отражающие камнеобразующие способности желчи, определяют по соотношению суммарного количества желчных кислот к холестерину. Желчь считается литогенной, если индекс литогенности больше единицы [1]. Параметры камнеобразующего раствора желчи, ее элементный состав могут служить прогностическим критерием процесса зарождения, роста и последующего преобразования желчных камней и могут быть использованы для профилактики ранней стадии холесте ринового литогенеза.
Всего в составе желчных камней выявлено более 36 химических элементов. Их содержание существенно варьируется в зависимости от региона проживания больных [8, 17]. В работе Головановой О.А. с соавт. [8] было обнаружено у больных, проживающих на территории Омской области, в конкрементах желчного пузыря тринадцать элементов, содержание которых убывает в следующем порядке: Са, К, Mn, Fe, Сu, Pb, Ті, Zn, V, Ni, Bi, Cr, Hg. Доля тринадцати элементов от массы камня составляет от 10–5 до 2 масс. %. Содержание кальция от массы минерального остатка составляет 95 масс. %, калия, находящегося на втором месте, – не более 3 масс. %, а на долю марганца, находящегося на третьем месте, приходится всего 0,02 масс. %. Кальций всегда является доминирующим элементом. Кальций, образуя устойчивые комплексные соединения с холестерином, может способствовать нарушению метастабильного состояния желчи [6]. Вместе с тем количественное представительство отдельных элементов в желчных камнях существенно зависит от места проживания больных ЖКБ, что видно из таблицы. В данной таблице представлено содержание микроэлементов в составе желчных камней, удаленных у пациентов с ЖКБ, проживающих в Новосибирской, Омской областях и Забайкалье по итогам исследований Пальчика Н.А. с соавт. [15], Головановой О.А. [8], Кораго А.А. [12].
Элементный состав желчных камней пациентов, проживающих в Омском, Новосибирском регионах и в Забайкалье, отличался. Результаты микроэлементного анализа желчных камней, полученных в результате проведения холецистэктомии у пациентов, проживающих в Новосибирском регионе [15], показали, что в их составе присутствуют 36 элементов, доля которых составляет 10–5 % от массы камня. Концентрация элементов в желчных камнях убывала в следующем порядке: Са, К, Fe, Zn, Сu, Mn, Cr, Br, Ті, Sr, V, Pb, Se. Литературные данные по Забайкальскому региону [12] свидетельствовали, что в желчных камнях обнаружено 10 элементов, доля которых варьируется от 0,0005 до 6,395 масс. %, их содержание убывает в следующем порядке: Са, Fe, Mn, Pb, Bi, Сu, Cr, Ni, V, Ті. Таким образом, в состав желчных камней больных Забайкальского региона входит меньшее число химических элементов по сравнению с больными Новосибирского региона. В желчных камнях пациентов, проживающих в Новосибирской области и Забайкалье содержание большинства элементов (за исключением свинца и титана) больше по сравнения с больными ЖКБ, проживающими в Омском регионе. В желчных камнях пациентов, проживающих в Новосибирской области и Забайкалье, отсутствует ртуть. Содержание железа, меди, цинка в желчных камнях пациентов Новосибирского региона в несколько раз больше по сравнению с больными ЖКБ из Омской области и Забайкалья. У больных из Забайкальского региона в желчных камнях содержание Са, Mn, Fe значительно выше, чем у больных двух других Сибирских регионов. Для Омского региона характерно высокое содержание в желчных камнях К и Pb, а также присутствие Hg.
Содержание элементов в масс. % в желчных камнях для разных регионов (Пальчик Н.А., Голованова О.А., Кораго А.А. [15, 8, 12])
|
Элемент |
Новосибирский регион [15] |
Омская область [8] |
Забайкалье [12] |
|
Са |
2,1060 |
2,0721 |
6,395 |
|
К |
0,0581 |
0,0735 |
- |
|
Мn |
0,0426 |
0,0085 |
0,076 |
|
Fe |
0,0604 |
0,0058 |
0,285 |
|
Сu |
0,0433 |
0,0033 |
0,018 |
|
Рb |
0,0011 |
0,0025 |
0,002 |
|
Ті |
0,0020 |
0,0016 |
0,011 |
|
Zn |
0,0055 |
0,0011 |
– |
|
V |
0,0011 |
0,0006 |
0,0012 |
|
Ni |
– |
0,0005 |
0,0012 |
|
Bi |
– |
0,0005 |
0,002 |
|
Cr |
0,0039 |
0,0005 |
0,018 |
|
Hg |
– |
0,0004 |
– |
|
Br |
0,0022 |
0,0007 |
– |
|
Sr |
0,0015 |
0,0005 |
– |
|
Se |
0,0007 |
– |
– |
В работе Головановой О.А. [8] было отмечено, что у некоторых больных химический состав камней резко отличается от средних показателей по региону. Так, в одном из камней содержание свинца превышало среднее значение в 50 раз. В составе другого отмечалось высокое содержание ртути. Еще в одном камне значительная концентрация меди, железа и висмута в 290, 59 и 310 раз больше средних значений. По мнению авторов, полученные данные можно объяснить тем, что особенности присутствия микроэлементов в желчных камнях, возможно, связано не только с геохимическими факторами, но и условиями труда, которые могут влиять на обменные процессы, протекающие в организме каждого человека [3]. Подтверждением этому служит тот факт, что в Омской области Иртыш сильно загрязнен соединениями марганца, железа и меди (превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) в 44, 24 и 23 раза соответственно), в Оби многократно превышены ПДК марганца и меди [8, 20]. При анализе фазового и элементного составов желчных камней установлена взаимосвязь. В частности, выявлено, что холестериновые камни или отдельные зоны камней, представленные только холестерином, содержат меньший набор и, как правило, низкие концентрации микроэлементов [7]. В холестериновых камнях содержится менее 1 масс. % примесей металлов и фосфора; в металло-холестериновых – до 1 масс. % марганца и незначительные примеси других металлов; в фосфатидно-белковых камнях – до 3 масс. % железа, натрия, магния [22]. Наибольшее количество микроэлементов приходится на долю пигментных камней, в том числе и таких микроэлементов, содержание которых в клетках организма представлено следовыми количествами (серебро, висмут) [7]. Обогащены микроэлементами также камни, представленные карбонатами кальция, в которых высокое содержание Fe, Zn, Sr и Pb и Мn [7].
В пигментных камнях отмечается высокое содержание микроэлементов, таких как Al, Fe, Сu, Ca, Zn, Mn. Считают, что появление этих микроэлементов в высоких концентрациях инициирует осаждение пигмента, образуя с ним билирубинаты [11]. При изучении литературных данных [6] можно сделать предположение о причине появления арагонита как полиморфа карбоната кальция с пигментом в желчных камнях. Возможно повышенное содержание в организме таких микроэлементов, как стронций, свинец, медь и других, провоцирует осаждение пигмента, поскольку эти элементы могут входить в его структуру, образуя с ними билирубинаты [11]. Благоприятные условия для кристаллизации карбонатов в присутствии крупных катионов формируют структуру арагонита. Его основу представляет кальций, который окружен девятью кислородными анионами и, следовательно, имеет больший объем, чем в структуре кальцита, где координационное число кальция равно шести [6]. Аналогичное явление имеет место в природных процессах, когда при наличии стронция в минералообразующих растворах также формируется арагонитовая структура [14]. Марганец также может ассоциироваться с карбонатом кальция, образуя его полиморфные модификации [14].
Практически все элементы, обнаруженные в желчных камнях, являются биогенными [21]. В человеческом организме усваиваются и накапливаются те элементы, которые, согласно теории биогенной миграции атомов Вернадского В.И., 1928 г., находятся в окружающей среде в подвижных по трофическим цепям и легко усваиваемых соединений, например, Si, Al, Fe, Сu, Ca, Zn, Mn [19]. Именно поэтому концентрация и содержание элементов в органах и тканях связаны не только с местом проживания, но и с пищевым рационом и другими условиями. По мнению Скального А.В., Дубовой Р.М., Лакарова Е.В. (2009), все элементы находятся в крови в различных концентрациях, и в процессе обмена веществ их различное количество оказывается в желчи и, соответственно, в желчных камнях [19].
Актуальным как с патогенетической, так и с диагностической точки зрения является изучение элементного состава желчи. В её состав входят ряд элементов: кальций, железо, йод, медь, цинк, марганец, а также витамины А, В, С, Д, Е [2]. Большое значение придается обмену меди, особенно npи заболеваниях печени, так как медь выделяется из организма в основном с желчью. Такие микроэлементы, как марганец и вольфрам, также выделяются только через желчь. В составе желчи массовая доля микроэлементов составляет более 10 масс. % [3]. Процентное соотношение химических элементов в желчи у больных с ЖКБ отличается от таковых у здоровых людей. Ряд химических элементов в желчи больных представлен в следующем порядке: Na, Са, Р, К, Mg, Fe, Zn, Сu, Mn, тогда как в норме в желчи ряд элементов представлен в следующем порядке Na, Р, Са, К, Mg, Fe, Сu. Следовательно, при ЖКБ в желчи резко увеличивается содержание Са и появляются Zn и Hg. При сравнении элементов нормальной и патогенной желчи следует отметить, что преобладающим элементом в желчи является натрий, доля которого более 67 % от общей массы элементов. В патогенной желчи содержание Na также максимально, но его доля составляет не более 55 % от общей массы элементов. Второе и третье место после натрия в желчи больных занимают соответственно кальций и фосфор, их более 16 %. Содержание же Мn минимально, на его долю приходится 0,03 %. Ряд авторов отмечают [14, 21], что изменение состава микроэлементов в желчи может способствовать процессам камнеобразования. Так, Шелекетина И.И. показала связь между содержанием микроэлементов в желчи и в желчных камнях: чем выше концентрация микроэлементов в желчи, тем больше их содержание в желчных камнях [21]. Однако концентрация микроэлементов в камнях многократно выше, чем в желчи. Например, содержание кальция в желчных камнях в 18 раз больше, чем в желчи, Fe – в 3 раза, Сu – в 5 раз, Мn – в 42 раза больше [21]. Содержание в патогенной желчи таких элементов, как Р и К, в 1,5 раза превышает их содержание в норме, кальция в 2,5 раза больше, магния в 4,5 раза, содержание железа в 3,5 раза меньше нормы. Определение кальция в пузырной желчи имеет диагностическую ценность [7], поскольку содержание данного элемента при образовании желчных камней резко увеличено. Следовательно, изменение элементного состава желчи может стать одним из факторов, приводящих к образованию желчных камней.
Таким образом, изучение элементного состава желчных камней приблизит к пониманию патогенетических механизмов ЖКБ, а также роли экологических и техногенных факторов в формировании микроэлементозных дисбалансов. Накопление материала и обобщение данных с учетом местных условий и состояния окружающей среды способствует решению важной социальной задачи предупреждения и эффективного лечения соответствующих заболеваний, в том числе ЖКБ.
Рецензенты:
Овсянников В.Г., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой патологической физиологии, ГБОУ ВПО «Ростовский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Ростов-на-Дону;
Чистяков В.А., д.б.н., заведующий лабораторией экспериментального мутагенеза, НИИ биологии, ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет», г. Ростов-на-Дону.