Введение. Эффективность и практическая значимость оценки метаболизма при образовании камней в почках обусловлены диагностическими возможностями современных технологий определения ионных и неионных компонентов в биосубстратах человека, ответственных за процесс литогенеза. В медицинской практике широко используется ряд биохимических показателей различной степени информативности, определяемых у пациентов с мочекаменной болезнью (МКБ) общепринятыми биохимическими методами в традиционно используемых жидких биосредах (сыворотка крови, моча).
Наиболее частым (до 70–80%) метаболическим нарушением, способствующим литогенезу, является гиперкальциурия [1, 2] Решающим фактором чрезмерного увеличения концентрации нерастворимых солей в моче признают аномально повышенный уровень экскретируемых ионов кальция и ассоциированных с ними оксалатов. Перенасыщение мочи оксалатом кальция в большинстве случаев может поддерживать рост существующих камней любого состава.
Определение содержания кальция в моче (суточной и утренней) высоко информативно и включено в перечень обязательно используемых параметров оценки метаболизма при МКБ [1]. Вторым используемым для диагностики биосубстратом является сыворотка крови, оценка содержания в которой биохимических субстанций, участвующих в камнеобразовании, выполняется практически всеми лабораториями на любом уровне практического здравоохранения. Однако следует учитывать, что концентрация в сыворотке крови ионов, в частности кальция, являясь константой, обеспечивает в первую очередь поддержание жизненно важных функций организма [3]. Этот показатель, будучи высокоинформативным в случаях острой патологии, например при развитии метаболической катастрофы в организме, часто не выходит за пределы референсных значений при хронических неинфекционных болезнях. В связи с этим рассматривать его как индикатор общего баланса химического элемента в организме, например, при отдельных формах кальциевого нефролитиаза проблематично.
В качестве лабораторного теста, характеризующего длительный процесс формирования элементной нагрузки организма человека, в частности кальцием, может быть использован элементный спектр волос. Он служит интегральным показателем минерального обмена, отражая процессы аккумуляции и хранения химических элементов, их концентрацию и метаболизм во всех внутренних средах организма [3]. Содержание химических элементов в волосах характеризует их потребление в прошлом и позволяет ретроспективно дать оценку общего элементного статуса организма, формирующегося в течение значительного временного промежутка (мес., годы). В то же время жидкие биосреды (кровь, моча), несмотря на традиционность их использования, характеризуют лишь одну из сторон изучаемых особенностей метаболических нарушений при МКБ, в частности текущее состояние минерального обмена. Кроме того, уровень химических элементов в волосах не подвергается суточным колебаниям, связанным с поступлением микроэлементов с пищей, что наблюдается в моче и крови. Принципиальной оценки информативности этого исследования с использованием сравнительных характеристик концентрации кальция в других биосубстратах при диагностике типов уролитов и практическом построении программ метафилактики МКБ в доступной нам литературе не найдено.
Цель исследования: изучить содержание кальция в моче, сыворотке крови, в волосах для оценки диагностической чувствительности уровня кальция в различных биосубстратах у пациентов, страдающих кальциевым и некальциевым нефролитиазом.
Материалы и методы. В основную группу наблюдения вошли 99 пациентов с МКБ в возрасте 24–60 лет (соотношение мужчин и женщин составило 1:1,5). Наличие нефролитиаза в выборке подтверждено комплексом клинико-лабораторно-инструментальных исследований, включая химический анализ мочевых камней с использованием качественных химических реакций и микрокристаллоскопии [4]. Контрольную группу составили 32 практически здоровых человека в возрасте 39–60 лет.
Определение интересующих нас метаболически значимых показателей (кальций, оксалаты) выполнено в традиционно используемых жидких биосредах (сыворотка крови, моча) общепринятыми биохимическими методами (колориметрический, спектрофотометрический), изложенными в лабораторных руководствах [5, 6]. Содержание кальция в утренней порции мочи определяли с расчетом его концентрации по отношению к концентрации в моче креатинина и выражали в относительных единицах [5, 6].
Уровень депонирования кальция в волосах определяли методом атомно-эмиссионной спектроскопии на индукционно-связанной плазме (спектрометр Vista PRO, «Varian»; США), согласно разработанной методике [3]. Подготовку проб волос к анализу проводили с применением микроволновой системы MARS-5 («CEM», США). В качестве контрольного материала использован сертифицированный образец волос производства Шанхайского института ядерной физики АН КНР (референсный образец волос NCS ZC 81002b. Национальное бюро стандартных образцов, Пекин; Китай).
Статистическая обработка полученных данных выполнена с использованием пакетов приложений Microsoft Office XP и программы Statistica (версия 6.0) с учетом вычислительных методов, рекомендованных для биологии и медицины, включала параметрические и непараметрические методы. Анализ статистической значимости различий показателей в сравниваемых группах осуществлен с помощью t-критерия Стьюдента и тестов Краскелла–Уоллеса и медианного.
Оценка диагностической надежности метода исследования (диагностическая чувствительность, специфичность и эффективность; предсказательная ценность положительного и отрицательного результатов; коэффициент соотношения истинно и ложно положительных и отрицательных результатов) осуществлена с использованием четырех польных таблиц [7].
Результаты. Пациенты, страдающие МКБ, были распределены на две подгруппы в зависимости от наличия/отсутствия в уролитах кальция. В итоге анализ исследуемых показателей выполнен в подгруппах обследованных, имевших кальциевые и некальциевые камни. К уролитам, содержащим кальциевый компонент (так называемые кальциевые камни), отнесены оксалат кальция и фосфат кальция (49,5%); оксалат кальция и фосфат кальция с примесью мочевой кислоты и уратов (26,3%). Камни, не содержащие кальций (так называемые некальциевые камни), представлены уратами (15,1%) и струвитами (9,1%). Сравнительная характеристика уровня кальция и сопряженных с ним оксалатов при кальциевых и некальциевых камнях в анализируемых биосубстратах (сыворотка крови, моча, волосы) у мужчин и женщин представлена в табл. 1.
При клинической интерпретации результатов исследования особо значимой соответственно поставленной цели является информация о величине в организме обменного пула кальция. Рис. 1, дополняя данные табл. 1, отражает тенденции направленности метаболизма данного макроэлемента в зависимости от вида биосубстрата с учетом типа уролитов (кальциевые и некальциевые) и половой принадлежности.
В сыворотке крови (табл. 1; рис. 1, а) уровень общего кальция стабилен, не отличается от соответствующих значений в контроле и колеблется в пределах нормальных величин у пациентов как с кальциевыми, так и с некальциевыемыми камнями. С нашей точки зрения, целесообразность включения исследования уровня кальция в сыворотке крови у пациентов с МКБ должна определяться другими диагностическими задачами.
В моче (табл. 1; рис. 1, б) при формировании кальциевых камней у лиц обоего пола имел место статистически значимо (р<0,05) более высокий, особенно у женщин, уровень кальция по отношению к контролю и к некальциевым камням с наличием однотипной динамики для оксалатов. Показатели кальциурии при кальциевых уролитах, отражая обменную массу проходящего через почки кальция, имели больший диапазон индивидуальных колебаний (рис. 1, б) у женщин по сравнению с таковыми у мужчин. При некальциевых камнях они были низкие и равновеликие у лиц обоего пола.
Оценка данных спектрального анализа волос (табл. 1; рис. 1, в) выявила типичное для формирования кальциевых камней статистически значимое (р<0,01) по отношению к некальциевым уролитам увеличение средних значений содержания кальция в волосах у пациентов мужского и (особенно) женского пола c достоверными (р<0,001) межполовыми различиями. Медиана содержания кальция в волосах у мужчин и женщин с некальциевыми почечными камнями соответствовала нижней биологически допустимой границе, сохранив достоверность различий (р<0,05) в зависимости от пола. При развитии кальциевой формы МКБ диапазон колебаний уровня кальция в данном биосубстрате (рис. 1, в) значимо увеличен по сравнению с пациентами, страдающими некальциевым уролитиазом, и лицами контрольной группы. Содержание макроэлемента в волосах достоверно коррелировало с аналогичным показателем мочи на уровне умеренной положительной связи (rs=0,3–0,5).
При оценке показателей элементного спектра волос следует учитывать, что его особенностью (независимо от возраста и состояния здоровья) является физиологически обусловленный достоверно более высокий уровень депонирования в волосах кальция у женщин по сравнению с мужчинами.
Оценка диагностической надежности определения уровня кальция в биосубстратах (волосы, моча, сыворотка крови) при кальциевом нефролитиазе у пациентов с МКБ
Тесты, применяемые в клинике, не идеальны, так как всегда остается вероятность того, что результаты диагностического исследования не отражают объективного наличия или отсутствие заболевания. Оценка диагностической надежности изучения уровня кальция в наиболее доступных для исследования биосубстратах (моча, сыворотка крови, волосы) выполнена с использованием следующих критериев [7]:
- диагностическая чувствительность (вероятность того, что у больного будет получен положительный результат теста),
- диагностическая специфичность (вероятность того, что у здорового будут получен отрицательный результат теста),
- диагностическая эффективность (доля истинных результатов среди всех результатов теста),
- предсказательная ценность положительного результата (вероятность того, что у обследуемого с положительным результатом теста есть заболевание),
- предсказательная ценность отрицательного результата (вероятность того, что у обследуемого с отрицательным результатом теста нет заболевания).
Результаты анализа диагностической информативности показателей представлены в табл. 2.
К параметрам с высокой диагностической ценностью следует отнести оксалаты и кальций мочи, что соответствует их оценке как «движущих сил кристаллизации»: диагностическая специфичность показателей находится в диапазоне 93,9–96,9% при предсказательной ценности положительного результата 88,2–97,2%. Диагностическая специфичность уровня кальция в волосах практически близка к требуемым 80% [6]. Составляя 81,2% при предсказательной ценности положительного результата 87,2%, этот показатель с большой долей вероятности свидетельствует о наличии кальциевых камней. В сравниваемом ряду диагностическая чувствительность для теста «кальций волос» составляет 58,6%, уступая максимальному значению (72,9%) теста «оксалаты мочи».
Как уже отмечено выше (см. табл. 1, рис. 1), при исследовании сыворотки крови достоверных различий содержания кальция у пациентов с кальциевыми и некальциевыми камнями по отношению к нормативным значениям выявлено не было.
Данное положение иллюстрирует пример графического изображения распределения показателей содержания кальция в анализируемых биосубстратах. На рис. 2 представлено наслаивающееся распределение содержания кальция в волосах (2, а), моче (2, б) и в сыворотке крови (2, в) у пациентов, страдающих кальциевым нефролитиазом, и у лиц контрольной группы.
Точка пересечения двух наслаивающихся кривых, характеризующих показатель содержания кальция у здоровых лиц и пациентов с МКБ, служит «линией» раздела «нормального» и «патологического» распределений. Перекрещивание кривых распределения показателей концентрации кальция при исследовании мочи и волос и отсутствие их пересечения по данным анализа сыворотки крови подтверждают отсутствие диагностической значимости теста, характеризующего уровень кальция в сыворотке крови, и его информативность при исследовании макроэлемента в моче и волосах для диагностики метаболических нарушений в случаях развития МКБ.
В итоге включение в программу лабораторной диагностики МКБ элементной спектрометрии волос предоставляет следующие дополнительные дифференциально-диагностические критерии кальциевого и некальциевого нефролитиаза:
- Степень нагрузки организма кальцием – высокий уровень депонирования кальция в организме при кальциевой форме нефролитиаза с наличием значительной обменной массы проходящего через почки кальция, подтверждаемой гиперкальциурией, и низкий обменный пул кальция при некальциевых камнях.
- Особенности формирования кальциевой нагрузки организма во времени.
- Зависимость баланса кальция от фактора половой принадлежности с достоверно кратным превышением массы обменного кальция и метаболической нестабильностью макроэлемента у женщин по сравнению с мужчинами.
Обсуждение. Модификация алгоритма метаболической диагностики МКБ введением элементной спектрометрии волос требует подтверждения целесообразности проведения данного исследования с позиций получения показателя, который может служить новым биомаркером метаболических нарушений при исследуемой патологии.
Тест определения уровня кальция в волосах имеет достаточную информативность: его диагностическая специфичность составляет 81,2% с предсказательной ценностью положительного результата 87,2%. Помимо этого, с нашей точки зрения, он в определенной степени позволяет получить ответ на два проблемных вопроса метаболической диагностики, которые затрудняют принятие конструктивного решения при составлении программ метафилактики и лечения МКБ:
1. Одной из проблем интерпретации результатов лабораторного анализа при МКБ является несоответствие в момент обследования химической структуры представленных пациентом камней и параметров содержания литогенных субстанций в моче (согласно полученным данным, до 30% случаев). Метаболическая диагностика в расширенном формате с проведением спектрометрии элементной структуры волос, по нашему мнению, частично позволяет получить ответ, учитывающий многообразие происходящих в течение длительного времени патофизиологических процессов. Так, данные химического состава нефролитов отражают особенности ретроспективно протекавшего метаболизма. Дополняет и подтверждает эту информацию исследование уровня химических элементов в волосах, выявляющее истинный дефицит/избыток кальция в организме, который также формируется в течение значительного промежутка времени (недели, месяцы), предшествовавшего обследованию. В то же время содержание литогенных субстанций в моче отражает в первую очередь текущие метаболические процессы. Кроме того, необходимость учета влияния фактора времени предусматривается таким обстоятельством, как уменьшение содержания в моче литогенных субстанций в момент активного образования камня в мочевых путях [8, 9].
2. Второй проблемой является различная химическая структура первичных и рецидивных камней. По данным исследования волос можно получить информацию об изменении химической формы МКБ в результате модификации характера течения метаболических процессов, связанной с действием тех или иных факторов в процессе развития болезни. Так, в анализируемой выборке у ряда пациентов с уратными камнями нами выявлен не типичный для некальциевых уролитов повышенный уровень депонирования кальция в волосах (до 2643,0 мкг/г). Баланс этого биоэлемента в данном биосубстрате, сформированный в ретроспективе, может быть использован как показатель возможной трансформации метаболических процессов, например при мочекислом уролитиазе, когда формирующееся нарушение обмена кальция и повышение его суточной экскреции с мочой приводит к развитию рецидивных кальций-оксалатных камней. В качестве еще одного примера можно привести возможность появления рецидивных камней кальций-оксалатного типа при санации очага мочевой уреазопродуцирующей инфекции у страдающих магниево-аммониево-фосфатным уролитиазом [10].
Реализация оксалатно-кальциевой кристаллурии также потенциально допустима при увеличении экскреции мочевой кислоты, которая может сужить нуклеатором роста оксалатного камня, особенно в сочетании с низкими значениями концентрации ионов магния [11, 12]. Суточная моча здорового человека в некоторых случаях насыщена мочевой кислотой, когда, как правило, имеет место сатурация солями кальция. Для понимания процессов, при которых происходит преимущественное образование камней из оксалата кальция и не всегда – из мочевой кислоты и фосфата кальция, необходимо иметь в виду понятие «предельное насыщение», которое приводит к инициации кристаллизации. Дальнейший рост ядра камня происходит за счет роста собственно кристаллов ядра, агрегации на нем новых кристаллов, а также эпитаксиального, т.е. индуцированного другими солями, роста.
Заключение. Эффективность и практическая значимость оценки состояния метаболизма при образовании камней в почках обусловливается диагностическими возможностями современных технологий определения ионных и неионных компонентов в биосубстратах человека, ответственных за процесс литогенеза. Поиску новых информативных биомаркеров во многом способствует интеграция методов биохимии, аналитической химии, информатики и технологий метаболомики. Метаболомика в процессе своего становления базируется на уже накопленном многолетнем опыте изучения метаболизма в области научной и практической медицины [13]. На данном этапе элементы ее технологических приемов благодаря прогрессу масс-спектрометрической техники начинают все более активно внедряться в лабораторную медицину [14]. С учетом реального диагностического потенциала лабораторной службы Беларуси (республика располагает несколькими масс-спектрометрами) созданная на базе клиники урологии и НИЛ БелМАПО программа метаболической диагностики пациентов с МКБ была расширена введением элементов технологии метаболического профилирования с использованием атомно-эмиссионной спектрометрии волос. Это позволило оценить промежуточный этап метаболического пути кальция в организме помимо обычно изучаемого обмена данного макроэлемента на конечном этапе (по данным экскреции с мочой). Практическая доступность элементной спектрометрии волос в области лабораторной медицины определяется неинвазивностью исследования и возможностью использования биосубстрата (волосы) для дистанционного обслуживания исследования (услуги почты или курьера).
В настоящее время данный метод довольно широко используется в медицинской практике многих стран. Например, в Москве в течение более 30 лет функционирует Центр биотической медицины МЗ РФ, массово выполняющий элементную спектрометрию волос и обслуживающий всю территорию РФ.
Усовершенствование обследования пациентов с МКБ, основанное на комплексе взаимодополняющих параметров (анализ литогенных субстанций мочи, спектрометрический минеральный профиль волос и химическая структура камня), расширяя информационное поле, позволяет дифференцированно оценить причины и факторы, способствующие образованию конкрементов в мочевых путях, обеспечивая индивидуальный подход к метафилактике и лечению патологии.
