Почечные камни образуются в богатой кальцием среде, подобно другим минеральным образованиям в природе, например, коралловым рифам или отложениям в горячих источниках, римских акведуках или подповерхностных нефтяных месторождениях.
Новое исследование сделало открытие, которое может быть критически важным для человеческого здоровья — во время своего формирования почечные камни частично растворяются и вырастают вновь снова и снова. Это противоречит общепринятому понятию о том, что почечные камни — однородная горная порода, которая никогда не растворяется, говорит профессор геологии и микробиологии Брюс Фаук, который возглавлял исследование.
Камни под миксроскопом. © Mayandi Sivaguru, Jessica Saw from Bruce Fouke Lab, Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, U. of I
«В отличие от того, что врачи узнают во время своей учебы, камни в почках проходят динамический процесс вырастания и растворения, вырастания и растворения, — говорит Фаук. — Это значит что в один прекрасный день мы сможем вмешаться, чтобы полностью растворить камни прямо в почках пациентов, что сейчас, по мнению врачей, невозможно. Почечные камни — не бесполезные кристаллические образования, а поминутная летопись здоровья и функционирования почки человека».
Почечные камни изучили с помощью с более продвинутых технологий широкого цветового спектра и электронной микроскопии, нежели те, что были использованы ранее. Методы включали светолопольную, фазоконтрастную, поляризационную, однофокусную, флуоресцентную и электронную микроскопию, также комбинации этих инструментов с рентгеновской спектроскопией.
Многие из этих технологий широко употребляются в геологии и геобиологии, но не использовались, чтобы изучать минерализацию в живых организмах, например, почечные и желчные камни, которые формируются в человеческом теле. Ученые смогли изучить образцы разрешением 140 нанометров, что намного выше, чем возможно со световым микроскопом.
Результатом стали четкие цветные изображения внутреннего роста почечных камней, которые показали, что камни состоят из чередующихся тонких слоев органического вещества и кристаллов, прерванных местами выступающими внутренними кристаллами.
На ранних этапах формирования почечного камня кристаллы гидратной формы оксалата кальция соединяются один с другим, формируя большой кусок неправильной формы. Слои органического вещества и кристаллы накапливаются над этим внутренним ядром, создавая внешнюю оболочку. Камни продолжают растворяться и расти. Возможность увидеть эти слои впервые сделала возможным воссоздать геологическую историю почечных камней.
«Когда геологи видят слои, они понимают, что что-то более старое находится под чем-то более молодым, — говорит Фаук. — Один слой может накладываться на другой за очень короткий или очень долгий период времени».
Но многие слои почечных камней были разрушены,что значит, что части камней — обычно внутренние части двуводных кристаллов — были растворены. Новые кристаллы обезвоженных формы кальция оксалата начали расти снова в этих пустотах.
«Таким образом, всего один камень демонстрирует целую серию событий, которые критичны для расшифровывания истории почечнокаменной болезни», — говорит Фаук.
Исследователи и врачи, которые изучают болезни почек и лечат их, должны переосмыслить фундаментальные представления, учитывая динамическую природу этих камней.