*Všetky tabuľky, grafy a obrázky, ktoré sú súčasťou článku, nájdete v priloženom PDF súbore na konci štúdie.

Úvod

Urolitiáza je časté ochorenie vyskytujúce sa v priemyselne vyspelých krajinách, a to vo všetkých vekových kategóriách, pričom relatívne vysoké percento pacientov má sklon k recidívam. Tvorba močového kameňa je výsledkom viacstupňového procesu, v ktorom je rovnováha medzi faktormi umožňujúcimi kryštalizáciu solí moču a faktormi, ktoré ju inhibujú, narušená.

Urolitiáza vzniká ako následok metabolickej poruchy, infekcie močových ciest alebo ako následok morfologických a funkčných zmien uropoetického systému. Konzervatívna liečba rovnako ako prevencia recidív spočíva v úprave metabolických porúch, ktoré mohli vznik močového konkrementu spôsobiť alebo podporiť. Preto sa veľký dôraz v terapii a prevencii recidív urolitiázy kladie na presné určenie chemického zloženia močového konkrementu(1).

Mokrá cesta analýzy, ktorá je založená na chemickom dôkaze jednotlivých funkčných skupín a iónov prítomných v močovom kameni, poskytuje veľa falošne pozitívnych aj falošne negatívnych výsledkov. Vykazuje vysokú nespoľahlivosť, preto ju Európska asociácia pre urológiu (EAU) neakceptuje ako metódu na identifikáciu chemického zloženia močového konkrementu(2).

Infračervená (FT-IR) spektroskopia je metóda odporúčaná touto asociáciou ako fyzikálna metóda na identifikáciu jednotlivých zložiek močových konkrementov. Právom sa pokladá za zlatý štandard medzi dostupnými metódami v laboratórnych podmienkach pre svoju presnosť, spoľahlivosť a rýchlosť vyhotovenia(2,3). Ide o nedeštruktívnu analytickú metódu, pri ktorej vzorka nie je analýzou poškodená, ale poskytuje informácie o svojom zložení.

Podstatou IČ spektroskopie je interakcia infračerveného žiarenia so študovanou hmotou. V prípade pohltenia fotónu hovoríme o absorpčnej infračervenej spektroskopii. Energia fotónov infračerveného žiarenia (1 – 60 kJ/mol) nepostačuje na excitáciu elektrónov v molekulových orbitaloch, ale je dostatočná na zmenu vibračného a rotačného stavu molekuly. Získané hodnoty vibračných energií súvisia s pevnosťou chemických väzieb, s molekulovou geometriou, hmotnosťou jadier a slúžia na identifikáciu molekulovej štruktúry danej látky.

IČ spektroskopia poskytuje informácie o semikvantitatívnom, poprípade kvantitatívnom zastúpení majoritných aj minoritných zložiek močového konkrementu(4).

Poznáme asi 40 látok, ktoré môžu byť súčasťou močového konkrementu. Zloženie a názvy močových konkrementov sú uvedené v tabuľke 1(5).

Metodika

FT-IR analýza vyžaduje prípravu tabletky s priemerom 13 mm, ktorá vznikne zmiešaním jemného prášku kameňa (0,1 – 0,5 mg) so suchým bromidom draselným – KBr (približne 200 mg). Zmes je v špeciálnej forme pod tlakom asi 500 MPA spracovaná do priehľadnej KBr tabletky. Po jej vložení do kyvetového držiaka spektrometra Nicolet iS10 (Thermo Scientific Inc.) sa začína merať IČ spektrum v oblasti od 4 000 do 400 cm-1 (32 skenov), pričom ako pozadie spektra (64 skenov – blank) je meraný vzduch.

Interferogramy neznámych vzoriek sme spracovali aplikáciou SW OMNIC9 (Thermo Scientific Inc.) a získané dáta sme porovnali s referenčným spektrom dostupnej knižnice (Kidney Stone Library-Basic, Kidney Stone coded – Nicolet CZ, s. r. o.).

Výsledok automatického porovnania na identifikáciu spektra bol poskytnutý ako súbor možností s najväčšou zhodou, pravdepodobnosťou konkrétneho výsledku, pričom 99 % a vyššia pravdepodobnosť indikujú perfektnú zhodu neznámeho a referenčného spektra. V každom prípade sme vizuálne porovnali vybrané spektrá použitej knižnice so vzorkou a konečný výsledok sme vydali v podobe percentuálneho zastúpenia jednotlivých zložiek močového konkrementu.

Výsledky

V roku 2016 sme metódou IČ spektroskopie analyzovali spolu 812 konkrementov, z toho 24 (3 %) bolo od zvierat. Zo 788 vzoriek ľudského pôvodu bol jeden konkrement zo stolice dojčaťa, ostatné boli močové konkrementy. U 7 pacientov nebolo možné vydať výsledok z rôznych dôvodov (málo materiálu, interferencia).

Mesačne sme analyzovali priemerne 67,6 vzorky, najviac bolo v novembri (92 vzoriek), najmenej v auguste (65 vzoriek). V našom súbore sme zaznamenali výrazný rozdiel medzi pohlaviami. Muži (552 močových kameňov – 70 %) mali výraznú prevahu oproti ženám (236 močových kameňov – 30 %). Tento rozdiel medzi pohlaviami je evidentný v každom mesiaci roku 2016 (graf 1), rovnako ako vo všetkých vekových kategóriách nad 30 rokov, v mladších vekových skupinách je menej výrazný (graf 2).

Zvýšený výskyt močových konkrementov sme zaznamenali vo vekovom rozmedzí 30 – 69 rokov. Najviac zastúpenou vekovou skupinou je kategória 60- až 69-ročných pacientov. Najmladší pacient bol 2-ročný chlapec s močovým konkrementom, najstarším pacientom v našom súbore bola 91-ročná žena. Veková distribúcia v našom súbore spolu s rozdielmi medzi pohlaviami je znázornená v grafe 2.

Výskyt jednotlivých typov močových konkrementov v našom súbore spolu s frekvenciou ich výskytu znázorňuje tabuľka 2.

Najčastejším nálezom boli jednozložkové močové konkrementy – 354 pacientov (45 %). Dvojzložkové kamene sme zaznamenali u 263 pacientov (34 %), trojzložkové boli v 162 prípadoch (21 %) a viac ako tri zložky u 1 pacienta (0,1 % – tabuľka 2).

V jednozložkových konkrementoch sme najčastejšie diagnostikovali whewellit – 28 %. Druhý najčastejší pri jednozložkovom močovom konkremente bol kameň z kyseliny močovej (uricit), v 13 %. Čistý weddellit sme zaznamenali len u 1 % pacientov. Iné zloženie jednozložkového konkrementu bolo raritné. Tieto zriedkavé typy spolu s počtom a percentuálnym zastúpením sú znázornené v tabuľke 2.

Najčastejším dvojzložkovým močovým konkrementom bol whewellit – weddellit, v 23 % prípadov. Okrem toho sme relatívne často zaznamenali kombináciu whewellit – uricit v 3 %, whewellit – apatit v 2,5 % a dahlit – struvit u 2 % pacientov. U 3 % pacientov sme diagnostikovali dvojzložkový konkrement s iným, raritnejším chemickým zložením – tabuľka 2. 

Pri trojzložkových konkrementoch bolo najčastejšie che- mické zloženie whewellit – weddellit – apatit, v 14 % prípa- dov. Oveľa zriedkavejšia bola kombinácia whewellit – wed- dellit – dahlit (2 %). Iné zloženie trojzložkového močového konkrementu sme zaznamenali u 5 % pacientov – jednotlivé trojkombinácie spolu s percentuálnym zastúpením sú zná- zornené v tabuľke 2.

Viac zložiek ako tri sme diagnostikovali len v jednom prípade – išlo o 36-ročnú ženu a močový konkrement mal zloženie whewellit – weddellit – apatit – struvit. V jednom, už spomínanom prípade nepochádzal kameň z močových ciest, ale išlo o koprolit u dvojmesačného dojčaťa. Jeho chemické zloženie sme identifikovali ako trikalciumdicitráttetrahydrát. IČ spektroskopia umožňuje aj identifikáciu artefaktov. Pri analýze močových konkrementov sme v jednotlivých prípadoch našli spektrá typické pre tehlu a surový materiál pre keramiku. Močové konkrementy od zvierat sme analyzovali v 24 prípadoch (3 % zo všetkých vzoriek). Od psa pochádzalo 22 močových kameňov, jeden od králika a jeden od mačky.

Z hľadiska chemického zloženia močových konkrementov u psov mal najčastejšie zastúpenie struvit (5 prípadov – 23 %) spolu s dvojzložkovým kalciumoxalátovým konkrementom – whewellit – weddellit (rovnako 5 prípadov – 23 %). Okrem toho sme v troch prípadoch (14 %) zaznamenali troj- zložkový konkrement whewellit – weddellit – apatit a dvojzložkový kameň v zložení struvit – dahlit. V dvoch prípadoch (9 %) sa vyskytol čistý cystínový konkrement a dvojzložkový kameň zložený zo struvitu a z apatitu. Jednotlivé typy močových konkrementov u psov spolu s percentuálnym zastúpením znázorňuje graf 3.

Jedna vzorka močového konkrementu (100 % uhličitan vápenatý – kalcit alebo vaterit) pochádzala od králika a jedna od mačky (trojzložkový whewellit – weddellit – apatit).

Diskusia

Nahradenie zastaraného spôsobu analýzy močových konkrementov mokrou cestou IČ spektroskopiou prinieslo výrazný pokrok do tejto analýzy. IČ spektroskopia spresnila analýzu konkrementov, umožnila identifikáciu viacerých zložiek pri viaczložkových močových konkrementoch spolu s ich percentuálnym zastúpením, identifikáciu aj tých typov kameňov, ktoré boli starým spôsobom analýzy neidentifikovateľné (uhličitan vápenatý), zachytávanie aj atypických a zriedkavých foriem močových konkrementov (proteínové kamene). IČ spektroskopia má však svoje limity: presnosť analýzy môže byť rôzna v závislosti od typu konkrementu, jeho zloženia a prítomnosti nečistôt. Ani výsledok nie je spoľahlivý v prípade, ak sa komponent vyskytuje v objeme < 10 %.

Najčastejším močovým konkrementom v našom súbore boli kalciumoxalátové kamene (100 % whewellit, dvojzlož- kový konkrement whewellit – weddellit, resp. trojzložkový v kombinácii s apatitom). Častý bol aj konkrement z kyseliny močovej. Zápalovú zložku sme pozorovali asi u 9 % pacientov. Tento nález je v súlade s literárnymi zdrojmi: Daudon(6) udáva 71,8 % kalciumoxalátových konkrementov a 12,8 % konkrementov z kyseliny močovej. Rovnako sú naše dáta porovnateľné s českou populáciou(5).

V súbore sme zaznamenali výraznú dominanciu mužov oproti ženám (2,33 : 1), ktorá je evidentná hlavne po 30. roku života. V nižších vekových kategóriách je rozdiel medzi pohlaviami menej výrazný, v skupine 20- až 30-ročných je dokonca pomer M/Ž len 1,13 : 1. Tento jav je opisovaný aj v dostupných publikáciách: Daudon udáva vo francúzskej populácii pomer M/Ž 2,1 : 1(6), Hossain v japonskej populácii pomer M/Ž 2,68 : 1(7) a Sanchez-Martin v španielskej populácii pomer M/Ž 1,26 : 1(8). Nižší výskyt urolitiázy u žien je pravdepodobne spôsobený viacerými faktormi. Za hlavné sa považuje nízka hladina testosterónu v krvi a vyššia koncentrácia citrátov v moči(9).

Výskyt urolitiázy je najčastejší medzi 40. – 50. rokom života(9), resp. medzi 20. – 60. rokom(10). V našom súbore je však evidentný posun do vyššieho veku, kde medzi 30. – 60. rokom života je relatívne rovnomerné rozloženie pacientov (približne 18 % v každej dekáde), ale vo vekovej skupine 60- až 69-ročných pozorujeme vrchol výskytu (24 % pacientov) a pokles nastáva až v ďalšej dekáde. Zaujímavý je záchyt niektorých konkrementov s raritným chemickým zložením. Za zmienku stojí nález konkrementu uhličitanu vápenatého u 76-ročnej ženy, kde bolo jadro konkrementu zložené zo 100 % whewellitu a obal zo 100 % kalcitu (uhličitanu vápenatého). Kalcit je extrémne vzácny (0,01 – 0,25 % zo všetkých konkrementov), vyskytuje sa v kombinácii s oxalátmi (42 – 59 %), urátmi (13 – 26 %) alebo fosfátmi (13 %)(11,12,13,14). Naopak, relatívne často ho nájdeme u zvierat (kôň, koza, morča, králik), kde je uhličitan vápenatý ako prímes kŕmnych zmesí. V našom súbore sme zachytili takýto konkrement u králika.

Rovnako raritný je nález močového konkrementu u 69-ročného muža zloženého z 85 % z kalciumbilirubinátu a z 15 % z bilirubínu. V tomto prípade sa nám, bohužiaľ, nepodarilo dopátrať ku klinickým podrobnostiam. Ďalšiu zaujímavú skupinu predstavujú proteínové konkrementy. Organický matrix (bielkoviny, lipidy, karbohydráty) je súčasťou každého močového konkrementu, jeho podiel je 2 – 10 %. Práve bielkovinová zložka sa považuje za rozhodujúcu v procese kryštalizácie(15). V našom súbore sme na- šli 8 konkrementov s prevažujúcou proteínovou zložkou, ktorá je najčastejšie tvorená najviac zastúpeným proteínom v moči – albumínom. Iné bielkoviny, ako hemoglobín, osteopontín, protrombín alebo fibrín môžu rovnako tvoriť močový konkrement, a to najčastejšie pri infekciách močového traktu alebo u hemodialyzovaných pacientov. Zaujímavé je, že sa nám doposiaľ nepodarilo identifikovať žiadny liekový konkrement napriek tomu, že liekové kamene by mali byť zastúpené v 1-2 %(16).

Záver

Zavedenie metodiky IČ spektroskopie výrazne spresnilo analýzu močových konkrementov, umožnilo identifikovať ich chemické zloženie a prispelo k cielenej konzervatívnej liečbe a prevencii recidívy urolitiázy.

LITERATÚRA

1. Milichovský I, Kron I, Valanský Urolitiáza v ambulantnej a klinickej praxi. Via pract 2005; 2(10): 389-393.
2. Türk C, Knoll T, Petrik A et Guidelines on Urolithiasis. European Association of Urology, 2015.
3. Benramdane L, Bouatia M, Idrissi MOB et Infrared analysis of urinary stones, using a single reflection accessory and a KBr pellet transmission. Spectroscopy Letters 2008; 41(2): 72-80.
4. Singh Renal geology (quantitative renal stone analysis) by ’Fourier transform infrared spectroscopy’. International Urology and Nephrology 2008; 40(3): 595-602.
5. Masopust J. Klinická biochemie. Nakladatelství Karolinum Praha 1998. ISBN 80-7184-649-3.
6. Daudon M, Traxer O, Lechevallier E et Épidémiologie des lithiases urinaires.
7. Prog Urol 2008; 18(12): 802-814.
8. Hossain RZ, Ogawa Y, Hokama S, et Urolithiasis in Okinawa, Japan: a relatively high prevalence of uric acid stones. Int J Urol 2003;10: 411-415.
9. Sanchez-Martin FM, Millan RF, Esquena FS, et Incidence and prevalence of published studies about urolithiasis in Spain. A review. Actas Urol Esp 2007; 31(5): 511-520.
10. Stejskal Urolitiáza v roce 2003. Etiopatogeneze, diagnostika, terapie. OLM a interní oddělení Nemocnice Šternberk. Dostupné na www.laborator.nemsne.cz/odbornici/biochemie/urolitiaza.doc
11. Mello MF, Marchini GS, Camara A large 15-years database analysis on the influence of age, gender, race, obesity and income on hospitalization rates due to stone disease. Int Braz J Urol 2016; 42(6): 1150-1159.
12. Daudon M, Donsimoni R, Hennequin C, et al. Sex- and age-related composition of 10617 calculi analyzed by infrared spectroscopy. Urol Res 1995; 23: 319-326.
13. Miller NL, Lingeman JE. Management of kidney stones. BMJ 2007; 334: 468-472.
14. Schubert Stone analysis. Urol Res 2006; 34: 146-150.
15. Leusmann DB, Blaschke R, Schmandt Results of 5,035 stone analyses: contribution to epidemiology of urinary stone disease. Scand J Urol Nephrol 1990; 24: 205-210.
16. Pramanik R, Asplin JR, Jackson ME, et Protein content of human apatite and brushite kidney stones: significant correlation with morphologic measures. Urol Res 2008; 36(5): 251-258.
17. Daudon M, Frochot V, Bazin D, et Drug-induced kidney stones and crystalline nephropathy: patophysiology, prevention and treatment. Drugs 2017. https://doi.org/10.1007/s40265-017-0853-7