Возможности атомно-эмиссионного анализа при исследовании состава желчных камней

Желчнокаменная болезнь (ЖКБ) относится к наиболее распространенным заболеваниям в мире и занимает третье место после сердечнососудистых заболеваний и сахарного диабета. Значительное увеличение числа операций по поводу ЖКБ во многом связано и с внедрением менее инвазивной лапароскопической холецистэктомии, а также с латентным течением заболевания и диагностикой на поздних стадиях, когда консервативные методы лечения малоэффективны или их применение невозможно. Вместе с тем известно, что холецистэктомия не из- бавляет больных от обменных нарушений, лежащих в основе холецистолитиаза, а в ряде случаев ведет еще к временной или стойкой утрате трудоспособности пациента [1, 6, 7].

В настоящее время разрабатываются новые малоинвазивные, органосохраняющие способы лечения желчнокаменной болезни, основанные на растворении конкрементов путем перорального использования препаратов, а также прямым контактным литолизом. Растворимость желчных камней напрямую зависит от их состава. Наиболее подвержены литолизу холестериновые конкременты, содержащие малое количество минеральных веществ, соответственно наиболее рефрактерны к растворению пигментные камни, содержащие большое количество кальция [3, 5]. Для прогноза растворимости конкрементов, а также для проведения экспериментальных исследований с целью поиска новых растворителей необходимо достаточно подробно знать состав желчных камней, подвергаемых растворению. Имеющиеся методики исследования состава конкрементов (визуальная оценка, электронная микроскопия, рентгенологические методы исследования) не дают достаточно полной информации, необходимой для оценки методов литолиза.

Атомно-эмиссионный анализ (АЭА) основан на качественном и количественном определении атомного состава вещества путем получения и изучения спектров эмиссии атомов, входящих в состав вещества.

Принцип действия метода основан на том, что атомы каждого химического элемента имеют строго определенные резонансные частоты, в результате чего именно на этих частотах они излучают или поглощают свет. Это приводит к тому, что в спектроскопе на спектрах видны линии (темные или светлые) в определенных местах, характерных для каждого вещества. Интенсивность линий зависит от количества вещества и его состояния. В количественном спектральном анализе определяют содержание исследуемого вещества по относительной или абсолютной интенсивностям линий или полос в спектрах.

Атомные спектры (поглощения или испускания) получают переведением вещества в парообразное состояние путем нагревания пробы до 1 000–10 000 °C. В качестве источников возбуждения атомов при эмиссионном анализе токопроводящих материалов применяют искру, дугу переменного тока; при этом пробу помещают в кратер одного из угольных электродов. Для анализа растворов широко используют пламя или плазму различных газов. Для получения спектров испускания элементов, содержащихся в образце, анализируемый раствор вводят в пламя. Излучение пламени поступает в монохроматор, где оно разлагается на отдельные спектральные линии [2].

При упрощенном применении метода светофильтром выделяется определенная линия. Интенсивность выбранных линий, которые являются характеристическими для определяемого элемента, регистрируется с помощью фотоэлемента или фотоумножителя, соединенного с измерительным прибором. Качественный анализ проводится по положению линий в спектре, а интенсивность спектральной линии характеризует количество вещества.

Достоинства метода:

• •    относительная простота выполнения,

• •    отсутствие сложной подготовки проб к анализу,

• •    незначительное количество вещества, необходимого для анализа на большое число элементов (10-30 мг),

• •    экспрессность,

• •    высокая чувствительность,

• •    универсальность – возможность одновременного определения около 70 элементов Периодической таблицы [4].

Химический состав желчных конкрементов определяли на спектрографе ИСП-30 и на отечественном спектрометре «Инфралюм ФТ-801» в диапазоне волновых чисел 4000-500см посредством усреднения 4-х интерферограмм и последующем их Фурье преобразованием, разрешение – 4см.

В основу работы спектрометра ИСП-30 положен метод эмиссионного спектрального анализа, использующий зависимость интенсивности спектральных линий от содержания элемента в пробе.

Спектрометр состоит из источника возбуждения спектров ИВС-23, в состав которого вхо- дят генератор ИВС-23 и штатив ШТ-23; оптической системы, состоящей из спектрографа ИСП-30 ТУЗ-3.1258-75 и анализатора атомных спектров ЦС ТУ 4434-001-34303137-02, а также автоматизированной системы управления на базе IBM-совместимого компьютера.

Проба, химический состав которой надо определить, устанавливается в штатив ШТ-23 и выполняет функцию одного из электродов. Между пробой и подставным электродом при помощи источника возбуждения спектров возбуждается электрический разряд – высоковольтная искра. В разряде происходит возбуждение атомов и ионов пробы. При последующем переходе возбужденных атомов и ионов на нижние электронные уровни происходит испускание излучения характерного спектрального состава.

В спектрографе ИСП-30 идет разложение излучения в спектр, характеризующий состав пробы: каждому элементу соответствует своя совокупность спектральных линий, интенсивность которых зависит от концентрации элементов в пробе. В качестве приемников излучения применяется 5 фотодиодных приборов с зарядовой связью, входящих в состав анализатора атомных спектров.

Управление процессом измерения и обработки выходной информации осуществляется от IBM-совместимого компьютера с помощью специального программного комплекса «Градуировка», версия 3,0, являющегося составной частью анализатора атомных спектров ЦС. Программным образом осуществляются настройка прибора, построение градуировочных зависимостей на основе анализа стандартных образцов, оптимизация его параметров, управление его работой, обработка выходной информации, печать и запоминание результатов анализа.

Спектрометр «Инфралюм ФТ-801» предназначен для спектрального анализа электромагнитного излучения в ближней и средней ИК-области, для получения спектров пропускания и поглощения твердых, жидких и газообразных веществ с их последующей идентификацией, а также для качественного и количественного анализа смесей, содержащих несколько компонентов.

Конструктивно спектрометр выполнен в виде подключаемого к персональному компьютеру настольного прибора, работающего под управлением программного комплекса ExpertPro 801.

Основным узлом спектрометра является интерферометр типа «двойной кошачий глаз», в котором при движении светоделителя происходит изменение разности хода между интерфери- рующими лучами. На выходе интерферометра регистрируется интерферограмма, которая представляет собой фурье-образ регистрируемого оптического спектра.

Интерферограмма регистрируется в виде конечного числа значений сигнала, снимаемых с фотоприемника, преобразуемых аналогоцифровым преобразователем (АЦП) в цифровой код. Аналого-цифровое преобразование осуществляется через равные интервалы оптической разности хода. Опорная шкала разности хода формируется в опорном канале, состоящем из гелий-неонового лазера, оптического тракта интерферометра, совмещенного с трактом ИК излучения, фотоприемника и формирователя импульсов, управляющих АЦП. Из АЦП цифровой код поступает в системный регистрирующий порт.

Спектр излучения в шкале волновых чисел получается после выполнения обратного преобразования фурье, осуществляемого на оцифрованной интерферограммой в персональном компьютере.

Процессом первичного сбора измерительной информации управляет встроенный в спектрометр микроконтроллер. Персональный компьютер, к которому подключается спектрометр, осуществляет управление режимами работы спектрометра, чтение измерительной информации из буферной памяти спектрометра, ее математическую обработку и вывод результатов измерений.

С помощью вышеприведенных методик был исследован минеральный состав 105 желчных камней, извлеченных из желчных пузырей пациентов, оперированных лапароскопически по поводу желчнокаменной болезни.

В конкрементах определен количественный состав 19 основных минералов: B, Ba, Bi, Co, Cr, Ni, P, Pb, Sr, V, Li, Al, Ca, Mg, Fe, K, Na, Si, Ti.

При сухом озолении масса неорганического вещества составила в среднем 3,4% от общей массы камня, от 0,066 до 24,144%.

Состав конкрементов сравнивали с их макроскопическим описанием. Общеизвестно 3 основные группы желчных камней: холестериновые, пигментные и смешанные.

• 1.    Чисто холестериновые камни, белого или желтоватого цвета, встречаются в желчном пузыре; они обычно одиночные, имеют округлую или овальную форму, легкие (не тонут в воде), при сжигании горят ярким пламенем. На разрезе имеют лучистое строение вследствие радиального расположения кристаллов холестерина.

• 2.    Пигментные камни состоят из билирубина и извести. Они разнообразной формы, чаще очень мелкие и многочисленные, черного цвета с зеленоватым оттенком, плотные, но ломкие. Чисто известковые камни, состоящие из углекислого кальция, встречаются крайне редко.

• 3.    Смешанные холестериново-известковопигментные камни находят наиболее часто: они тонут в воде и плохо горят, на распиле имеют слоистый рисунок. По форме и величине смешанные камни разнообразны, но чаще они мелкие и множественные. Если камни туго набивают желчный пузырь, поверхность их приобретает фасетированный вид от давления одного на другой.

Для изучения растворимости конкрементов использовалась октановая кислота. В экспериментах invitro (n=56) для более удобной оценки результатов нами был введен условный коэффициент (К´), отражающий время растворения конкремента в минутах в пересчете на 1 мг массы камня. Выяснилось, что в среднем К´=5,565 (n=56). В ряде экспериментов была выявлена зависимость растворимости конкрементов от содержания кальция, в связи с чем камни условно были разделены на три группы – низкоминерализованные с содержанием кальция менее 20 мкг/л, среднеминерализованные, Са от 20 до 60 мкг/л, и высокоминерализованные, Са более 60 мкг/л. Отмечено, что К´ в группе конкрементов с низкой степенью минерализации при использовании октановой кислоты равен 4,395´ (n=19), в группе со средней степенью минерализации равен 5,866´ (n=17), в группе с высокой степенью минерализации равен 6,703´ (n=20).

Зависимости растворимости конкрементов от содержания других элементов в камне не выявлено.

Содержание кальция в камнях не всегда соотносилось с их макроскопическим описанием. Так, в группе низкоминерализованных камней (n=42) только 28 конкрементов подходили под описание холестериновых, 14 – смешанных. Среднеминерализованные (n=37) были представлены следующим образом: 12 холестериновых, 25 смешанных, высокоминерализованных (n=26) смешанных – 11, пигментных – 15.

Содержание кальция в конкрементах соотносилось с зольностью камней. Так, при содержании Са менее 20 мкг/л (n=42) зольность составляла менее 1%.

Заключение

Макроскопического описания желчных конкрементов недостаточно для представления их состава, что не позволяет оценить возможность их растворения при использовании литолиза и требует применения специфических способов исследования конкрементов.

Учитывая относительную простоту выполнения, отсутствие сложной подготовки проб к анализу, четкую зависимость растворимости конкрементов от содержания Са и от зольности камней, атомно-эмиссионный анализ можно рекомендовать для исследования состава желчных конкрементов при поиске и разработке новых способов литолиза. При лечении резидуального холедохолитиаза способом контактного литолиза возможно прогнозирование растворения конкрементов путем исследования состава камней, извлеченных у этого же больного из желчного пузыря во время выполнения холецистэктомии. Время проведения литолиза будет напрямую зависеть от содержания кальция в камнях и от их зольности.