草酸钙结石患者尿液中纳米微晶的成核、生长、聚集及其与结石形成的关系

肾结石的主要组分是草酸钙(CaOxa)等晶体。目前肾结石只能在形成以后才能被诊断,这给患者带来了极大的痛苦。肾结石的形成与尿液中的纳米微晶性质密切相关,如果能在结石形成之前或形成初期早期检测,则可以有效地预防肾结石发生发展。本文结合本课题组的工作,从微晶尺寸、微晶的聚集程度、形貌、化学组分、Zeta电位和稳定性等方面综述了肾结石患者尿液中纳米微晶的性质差异及其与肾结石形成的关系,并与健康对照者进行了比较;讨论了CaOxa结石患者在服用防石药物柠檬酸钾后尿微晶的性质变化。研究结果表明尿液中的纳米微晶的聚集是导致微晶快速增大和结石形成的关键因素,说明通过调控纳米微晶的物理、化学性质,有可能抑制肾结石的形成和复发。     

草酸钙的结晶动力学及不同种类羧酸盐的影响

通过检测体系中游离Ca2+离子浓度及草酸钙(CaOxa)的粒径随时间的变化,研究了CaOxa的结晶动力学及3种羧酸盐对CaOxa结晶动力学的影响,这些羧酸盐为:一元羧酸盐甘氨酸钠(NaGlu)、二元羧酸盐酒石酸钠(Na2Tart)和三元羧酸盐柠檬酸三钠(Na3Cit)。在生理盐水中CaOxa的结晶动力学方程为r=kc3.3±0.3,平均反应速率常数(k)为(3.1±1.8)×109;3种抑制剂对k的影响程度从大到小为:Na3Cit>Na2Tart>NaGlu,但其平均反应级数(α)相差不大,α=3.2±0.1。Na3Cit、Na2Tart可抑制CaOxa晶体的生长和聚集过程,是潜在的肾结石抑制剂。     

尿液中的纳米微晶及其与尿石形成的关系

尿石症是一种世界范围的常见病和多发病,其主要的矿物成分为草酸钙(CaOxa)等[1-2]。但至今为止,尿石症形成过程中的许多化学及物理问题尚不清楚:尿液中的微晶是怎样生长和聚集?随后又是怎样黏附到尿路细胞膜上而形成结石?正常人与尿石患者尿液中微晶的数量和尺寸等存在什么样的     

海藻异枝麒麟菜多糖抑制尿石盐草酸钙晶体生长的研究

采用扫描电子显微镜(SEM)、 红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)方法研究了从海藻异枝麒麟菜中提取的硫酸多糖(ESPS)对草酸钙(CaOxa)晶体生长的影响. 结果表明, 添加ESPS能抑制一水草酸钙(COM)的生长, 同时诱导二水草酸钙(COD)晶体的形成. 随着ESPS的质量浓度从0增加到0.03和0.50 mg/mL, COD的质量分数从0分别增加到10%和55%; COM的(1 01)晶面加强, (020)晶面减弱直至消失, 并从三维晶体转变为棱角圆顿的四角形片状晶体; COM和COD的尺寸均明显变小. 这些结果表明, ESPS是抑制CaOxa结石形成的一种潜在药物.     

服用柠檬酸钾前后草酸钙结石患者的尿微晶和尿液性质变化

采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和ζ电位分析仪研究了草酸钙(CaOxa)结石患者在服用柠檬酸钾(K3cit)前后尿液中微晶的性质变化,这些性质包括:尿微晶的形貌、尺寸、聚集状态、质量、种类和ζ电位,并研究了服药前后尿液的稳定性差异和pH值变化。服用K3cit前,结石患者的尿微晶棱角尖锐,聚集明显,尺寸从几十纳米到几百微米不等,主要为一水草酸钙(COM)、尿酸等;而服用K3cit一周后,部分尿微晶的形状变得圆钝,聚集现象明显减少,平均粒径减小,部分尿微晶的表面出现凹陷,二水草酸钙(COD)和尿酸盐的百分含量增加,尿微晶的数量和种类减少,尿液pH值上升,ζ电位绝对值增加,自相关时间增加。从患者服用K3cit后引起尿pH值增加、尿液中排泄的柠檬酸和Tamm-Horsfall蛋白浓度增加、柠檬酸与Ca2+离子配位等角度,讨论了K3cit抑制CaOxa结石形成的机制。     

酒石酸及其盐抑制泌尿系结石的化学基础

本文探讨了酒石酸及其盐对泌尿系结石形成、抑制和治疗的化学基础,重点讨论了其与钙离子的螯合,诱导二水草酸钙和三水草酸钙形成、减少晶体滞留,影响CaOxa晶体的晶面与形貌,抑制尿石矿物的成核、生长和聚集,调节新陈代谢、减小尿石形成的几率,并讨论了抗衡阳离子对其抑制能力的影响。     

金属离子与酒石酸对草酸钙结晶的作用

采用双扩散法研究了硅凝胶体系中不同金属离子(K~+、Mg~(2+)、Sr~(2+)、La~(3+))和酒石酸混合溶液对草酸钙(CaOxa)生长的影响。酒石酸能抑制一水草酸钙(COM)的生长、聚集且能诱导二水草酸钙(COD)的生成。添加K~+后,对CaOxa晶体的作用变化不大;添加Mg~(2+)、Sr~(2+)和La~(3+)后,COD的含量明显增多;诱导COD生成的能力依次为:La~(3+)-H_2tartSr~(2+)-H_2tartMg~(2+)-H_2tartK~+-H_2tart。金属离子的加入不仅增强酒石酸对COD的诱导能力,并使COM的形貌产生变化。该结果在预防和治疗泌尿系结石的临床应用上有积极意义。     

L-半胱氨酸自组装膜诱导草酸钙结晶研究

在CaCl2.H2O和Na2C2O4配制的过饱和溶液中,利用L-半胱氨酸(L-Cys)在金片上形成的自组装膜为模板,研究了草酸钙(CaOxa)在自组装膜上的结晶行为,并探讨了溶液pH对CaOxa晶体组成、晶型及其形貌的影响。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等技术对CaOxa晶体的结构和形貌进行了表征。实验结果表明:当溶液pH=3.0时,溶液中可以形成一水草酸钙(CaC2O4.H2O,COM)和二水草酸钙(CaC2O4.2H2O,COD)晶体,而在同样pH条件下,在L-Cys自组装膜上只形成COD晶体,表明自组装单层对CaOxa晶体的成核和生长有重要影响。通过改变溶液的pH,在自组装单层上可以得到不同晶型和不同形状的CaOxa晶体。当pH=3.0时得到四方块状的COD晶体,而pH=5.0和pH=7.0时分别得到六边形和拉长六边形的COM晶体。     

肾小管上皮细胞损伤及其诱导草酸钙晶体成核

肾上皮细胞损伤可促进肾结石形成.本文采用过氧化氢(H2O2)对人类肾小管上皮细胞(HKC)进行了氧化损伤,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)和倒置显微镜观察了HKC损伤前后的形态变化及其调控草酸钙(CaOxa)晶体成核、生长的差异;采用zeta电位分析仪检测了损伤前后HKC表面的zeta电位变化.结果表明,H2O2能明显地损伤HKC,降低细胞活性,且在H2O2浓度范围0.1～0.5mmol/L、作用时间0.5～1.5h内具有明显的剂量和时间的依赖性;使用0.5mmol/LH2O2作用1.5h可使HKC损伤达到饱和状态.HKC损伤程度增加后,其诱导的晶体数量显著增加,但晶体尺寸增加不明显(P0.05),表明损伤细胞诱导尿石症形成主要是增加晶体的成核位点而非促进晶体的生长.本文所建立的HKC氧化损伤的模型有助于进一步阐明CaOxa结石形成的细胞机制.     

HKC细胞损伤前后对草酸钙晶体吞噬能力的差异

采用人类肾脏近端小管上皮细胞系(HKC)建立氧化性损伤模型,研究损伤前后HKC调控草酸钙(CaOxa)结晶的差异。采用CCK-8法检测HKC的细胞活性;利用激光共聚焦显微镜观察HKC损伤后表达的晶体粘附分子骨桥蛋白(OPN);采用倒置显微镜观察HKC的形态变化;采用扫描电子显微镜(SEM)观察HKC微结构及其诱导的晶体;采用X射线衍射分析(XRD)表征晶体的组分。在CaOxa过饱和溶液中,正常HKC主要诱导形成二水草酸钙(COD)晶体,而损伤HKC则同时诱导了COD和一水草酸钙(COM)晶体。正常HKC对COD晶体有较强的吞噬能力,而损伤HKC的这种能力较弱;HKC损伤后表达OPN,促进CaOxa晶体的成核和聚集,从而增加了肾结石形成的危险性。     

LB膜诱导下草酸钙晶体的生物矿化研究

草酸钙（CaC２O４）结石是生物体内异常矿化形成的产物，是泌尿系结石的主要组成部分犤１犦。它形成于泌尿系统中尿路表皮细胞上犤２犦。磷脂的Langmuir－Blodgett（LB）膜是生物细胞膜的简化模拟体系犤３犦。用磷脂LB膜作为模板来研究CaC２O４晶体的形成过程，比在水溶液中更能接近CaC２O４结石在生物体内细胞膜表面形成的真实情况，将有助于对尿路结石的形成及防治的研究犤４犦。尿大分子硫酸软骨素A（C４S）存在于尿液中，但不存在于CaC２O４结石中。在结石病人尿液中C４S的含量明显低于正常人尿液中的含量，因此推测其在体内…     

单分子膜诱导下尿大分子对草酸钙晶体物相和晶面的调控作用

采用SEM,XRD和FTIR手段比较研究了DPPC单分子膜诱导下尿大分子硫酸软骨素A(C₄S)、硫酸软骨素C(C₆S)和血清蛋白(SA)对尿石盐草酸钙晶体生长的影响.DPPC单分子膜不但优先选择一水草酸钙(COM)物相成核生长,而且优先选择COM的(101)晶面.没有添加剂时,得到的COM为三维的六棱柱和三维的菱形晶体;加入尿大分子抑制剂后,COM的(101)晶面进一步加强,其它晶面减弱,导致二维晶体的形成.COM的(101)晶面为富钙离子晶面,带有过剩的正电荷,而DPPC单分子膜头基带有负电荷,几种尿大分子在实验条件下亦带有负电荷,带负电荷的单分子膜及带负电荷的大分子共同作用于富钙离子的(101)晶面,使得COM的(101)晶面择优生长.C₄S,C₆S和SA的存在均能有效地抑制COM生长.     

Modulation of calcium oxalate monohydrate crystallization by citrate through selective binding to atomic steps

The majority of human kidney stones are composed primarily of calcium oxalate monohydrate (COM) crystals. Thus, determining the molecular modulation of COM crystallization by urinary constituents is crucial for understanding and controlling renal stone disease. A comprehensive molecular-scale view of COM shape modification by citrate, obtained through a combination of in situ atomic force microscopy and molecular modeling, is presented here. We find that while the most important factors determining binding strength are coordination between COO- groups on citrate and Ca ions in the lattice, as well as H-bonds formed between the OH group of citrate and an oxalate group, the nonplanar geometry of the steps provides the most favorable environment due to the ability of the step-edge to accommodate all Ca-COO- coordinations with minimal strain. However, binding to all steps and terraces on the (010) face is much less favorable than on the (101) face due to electrostatic repulsion between oxalate and COO- groups. For example, the maximum binding energy, -166.5 kJ mol(-1), occurs for the [101] step on the (101) face, while the value for the [021] step on the (010) face is only -56.9 kJ mol(-1). This high selectivity leads to preferential binding to steps on the (101) face that pins step motion. Yet anisotropy in interaction strength on this face drives anisotropic changes in step kinetics that are responsible for shape modification of macroscopic COM crystals. Thus, the molecular scale growth kinetics and the bulk crystal habit are fully consistent with the simulations.     

Inhibition of the Crystal Growth and Aggregation of Calcium Oxalate by Algae Sulfated Polysaccharide In-vitro

Kidney stone disease causes substantial suffering and occasional renal failure. The content of calcium oxalate (CaOxa) is up to 70-80% in the stones1,2. However, the mechanism of the formation of urinary stones is not yet clearly understood and the questi…     

沙苑子提取液对不同体系中草酸钙晶体生长影响的研究

通过与水、氯化钠、正常人尿液体系的比较,重点研究了结石患者尿液体系中加入中药沙苑子提取液对草酸钙晶体生长的的影响,利用SEM,FTIR和XRD等测试手段对所得晶体进行表征。结果发现:在结石患者尿液体系中形成的草酸钙晶体为一水草酸钙(COM)晶体,而在这4种体系中加入沙苑子提取液后,只形成二水草酸钙(COD)晶体,表明沙苑子提取液能抑制COM晶体生长,并且随着沙苑子提取液浓度增大,抑制作用增强。沙苑子抑制草酸钙晶体生长的可能机理进行了探讨。     

硅凝胶体系中不同结构羧酸钾对草酸钙结晶的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)方法研究了硅凝胶体系中不同种类羧酸钾对草酸钙(CaC₂O₄)晶体生长的调控作用. 加入一元醋酸钾(KOAc)只生成一水草酸钙(COM)晶体; 三元柠檬酸钾(K₃Cit)和四元乙二胺四乙酸二钾(K₂EDTA)可诱导二水草酸钙(COD)形成, 且随着其浓度增加, 对COD的诱导能力增加, 而二元酒石酸钾(K₂Tart)同时诱导了COM, COD和三水草酸钙(COT)生成. 随着结晶温度降低, 多元酸钾可以进一步减小COM晶体的比表面积, 增加COD的百分含量, 但K₂Tart诱导COT的能力减弱. 由于诱导COD和COT晶体形成、减小COM的比表面积均有利于防止草酸钙尿石的形成, 因此, 多元羧酸钾可用于草酸钙结石的预防和治疗.     

Effects of amino acids on crystal growth of CaC2O4 in reverse microemulsion

Crystal growth of calcium oxalate (CaC2O4) in bulk aqueous solution, reverse microemulsion of p-octyl polyethylene glycol phenylether (OP)/iso-octyl alcohol (IOA)/cydohexane/water and above microemulsions containing different kinds of amino acids, such as aspartic acid (Asp), tyrosine (Tyr) and tryptophan (Trp) were studied. The results indicated that different crystallization types of the crystals, which were calcium oxalate monohydrate (COM), calcium oxalate dihydrate (COD) and calcium oxalate trihydrate (COT), existed in bulk aqueous solution. But CaC2O4 growth mainly paralleled with (1 01) plane of COM in reverse microemulsion because of the induction of surfactant at water/oil interface. After adding amino acids into microemulsions, the growth of CaC2O4 crystals mainly influenced by the varieties of amino acids and the pH values of the amino acid aqueous solution. When pH values of the solutions was higher than isoelectric points of amino acids, CaC2O4 crystal paralleled with (1 01) plane of COM more easily with the addition of Trp, Tyr, Asp in turn; however, when pH of the solutions was lower than isoelectric points of Trp, CaC2O4 crystal growth paralleled with (020) face of COM. It is obviously that amino acids, pH values of the solutions and surfactant played important roles in the process of crystal growth of CaC2O4 in the microemulsions. The formation mechanism of CaC2O4 was also discussed in different microemulsions at last.     

降解前后异枝麒麟菜硫酸多糖对草酸钙晶体生长的调控作用

采用过氧化氢法降解产于印尼的海藻异枝麒麟菜硫酸多糖(ESPS). 降解前ESPS的平均分子量为1410000, 硫酸基(OSO2-3)含量为16.0%(w); 而降解后其分子量显著下降至4819, 硫酸基含量则略微下降至15.2%. 采用体外模拟方法研究了降解前后ESPS对草酸钙晶体生长的抑制作用. 扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)结果表明, 降解后ESPS能使一水草酸钙(COM)晶体数量进一步减少, 晶粒尺寸进一步减小. 当降解ESPS浓度从0.006 g·L-1分别增加到0.010 和0.050 g·L-1时, COM晶体平均尺寸由11.5 μm×2.9 μm分别减小到9.2 μm×2.9μm 和6.0 μm×2.5 μm, 晶体数量由3357 mm-2分别减少到2298和1532 mm-2, COM 的(101)面衍射峰强度I(101)与(010)面对应的(020)衍射峰强度I(020)之比(I(101)/I(020))由5.54 分别增加到16.2 和20.0. 结果显示, 具有小分子量的降解ESPS对草酸钙晶体成核与生长的抑制效果明显优于大分子量的未降解ESPS.     

LB膜中的缺陷畴区及其诱导形成环形草酸钙图形

利用存在缺陷的LB膜来模拟受损伤的肾上皮细胞膜诱导肾结石矿物草酸钙(CaOxa)晶体生长. 经2.5 mmol·L-1的草酸钾溶液对二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)的LB膜进行处理后, 可强化LB膜中液态扩张相(LE)和液态凝聚相(LC)之间的结构差异, 原子力显微镜(AFM)证实了圈状缺陷的存在. 以LB膜的圈状缺陷为模板, 诱导了一水草酸钙(COM)晶体环状图案. 相比之下, 未经草酸钾处理的LB膜只诱导生成零散的六边形COM晶体.