Математическое моделирование образования нанокристаллического оксалата кальция при физиологических условиях
О.А. Голованова, В.М. Киселев
ФГАОУ ВО «Омский Государственный Университет имени Ф.М. Достоевского»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.950
Оригинальная статья
Аннотация: Впервые разработана физико-химическая модель образования малорастворимых соединений в нефроне почки на основе математического описания реактора идеального вытеснения. В результате моделирования установлено, что при физиологических условиях в норме образование твердой фазы не является доминирующим процессом, что объясняет факт отсутствия кристаллических образований в почках у здоровых людей. Увеличение концентрации осадкообразующих ионов, соответствующее определенным состояниям организма человека, приводит к возникновению локальных высоких пересыщений на отдельных участках нефрона, что может приводить к образованию зародышей твердой фазы, их закреплению и дальнейшему росту. Показано, что расчеты материальных балансов, движения потоков, а также концентрационные профили компонентов в нефроне определяют возможность прогнозирования поведения модельной системы при вариации параметров и условий, влияющих на протекание процесса кристаллизации (концентрация, расход жидкости, гидродинамический режим и т.д.), что позволит разрабатывать эффективные методы профилактики и лечения мочекаменной болезни, в том числе и растворения уже сформировавшихся агрегатов.
Ключевые слова: кристаллизация, оксалаты кальция, физиологический раствор, модель, реактор идеального вытеснения, нефрон, материальный граф
- Голованова Ольга Александровна – д.г.-м.н., профессор, заведующая кафедрой неорганической химии , ФГАОУ ВО «Омский Государственный Университет имени Ф.М. Достоевского»
- Киселев Владимир Михайлович – к.х.н., младший научный сотрудник кафедры неорганической химии , ФГАОУ ВО «Омский Государственный Университет имени Ф.М. Достоевского»
Ссылка на статью:
Голованова, О.А. Математическое моделирование образования нанокристаллического оксалата кальция при физиологических условиях / О.А. Голованова, В.М. Киселев // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 950-961. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.950.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Бабский, Е.Б. Физиология человека / Е.Б. Бабский, В.Д. Глебовский, А.Б. Коган и др.; под ред. Г.И. Косицкого. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицина, 1985. – 544 с.
2. Young, B. Wheater's functional histology. A text and colour atlas / B. Young, G. O'Dowd, P. Woodford. – 6th ed. – Philadelphia, PA: Churchill Livingstone, 2013. – 464 p.
3. Вандер, А. Физиология почек / А. Вандер; пер. с англ. Г.А. Лаписа, под ред. Ю. В. Наточина. – СПб.: Изд-во «Питер», 2000. – 256 с.
4. Голованова, О.А. Корреляционные зависимости между фазовым, элементным и аминокислотным составом физиогенных, патогенных ОМА и их синтетических аналогов / О.А. Голованова, С.А. Герк, А.Н. Куриганова, Р.Р. Измайлов // Системы. Методы. Технологии. –2012. – № 4(16). – С. 131-139.
5. Вощула, В.И. Мочекаменная болезнь: этиотропное и патогенетическое лечение, профилактика / В.И. Вощула // Рецепт. 2007. № 6(56). – С. 149-159.
6. Gualtieri, A.F. Towards a quantitative model to predict the toxicity/pathogenicity potential of mineral fibers / A.F. Gualtieri // Toxicology and Applied Pharmacology. – 2018. – V. 361. – P. 89-98. DOI: 10.1016/j.taap.2018.05.012.
7. Conti, C. Stability and transformation mechanism of weddellite nanocrystals studied by X-ray diffraction and infrared spectroscopy / C. Conti, L. Brambilla, C. Colombo et al // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2010. – V. 12. – I. 43. – P. 14560-14566. DOI: 10.1039/C0CP00624F.
8. Bazin, D. Hyperoxaluria is related to whewellite and hypercalciuria toweddellite: What happens when crystalline conversionoccurs? / D. Bazin, C. Leroy, F. Tielens et al. // Comptes Rendus Chimie. – 2016. – V. 19. – I. 11-12. – P. 1492-1503. DOI: 10.1016/j.crci.2015.12.011.
9. Vaitheeswari, S. Studying inhibition of calcium oxalate stone formation: an in vitro approach for screening hydrogen sulfide and its metabolites / S. Vaitheeswari, R. Sriram, P. Brindha, G.A. Kurian // International Brazilian Journal of Urology. – 2015. – V. 41. – I. 3. – P. 503-510. DOI: 10.1590/S1677-5538.IBJU.2014.0193.
10. Abdel-Aal, E.A. Inhibition of nucleation and crystallisation of kidney stone (calcium oxalate monohydrate) using Ammi Visnaga (khella) plant extract / E.A. Abdel-Aal, A.M.K. Yassin, M.F. El-Shahat // International Journal of Nano and Biomaterials. – 2016. – V. 6. – I. 2. – P. 110-126. DOI: 10.1504/IJNBM.2016.10000549.
11. Okumura, N. Diversity in protein profiles of individual calcium oxalate kidney stones / N. Okumura, M. Tsujihata, C. Momohara et al. // PLOS One.– 2013. – V. 8 – I. 7. – Art. № e68624. – 9 p. DOI: 10.1371/journal.pone.0068624.
12. Finkielstein, V.A. Strategies for preventing calcium oxalate stones / V.A. Finkielstein, D.S. Goldfarb // Canadian Medical Association Journal. – 2006. – V. 174. – I. 10. – P. 1407-1409. DOI: 10.1503/cmaj.051517.
13. Голованова, О.А. Изучение нанокристаллических структур оксалатов кальция и кинетики их кристаллизации / О.А. Голованова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 61-69. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.061.
14. Дахин, О.Х. Химические реакторы / О.Х. Дахин. – Волгоград: РПК «Политехник», 2012. – 182 с.
15. Davis, M.E. Fundamentals of chemical reaction engineering / M.E. Davis, R.J. Davis. 1st ed. – New York: McGraw-Hill Companies, 2002. – 384 p.
16. Golovanova, O.A. Thermodynamics and kinetics of calcium oxalate crystallization in the presence of amino acids / O.A. Golovanova, V.V. Korol’kov // Crystallography reports. – 2017. – V. 62. – I. 5 – Р. 787-796. DOI: 10.1134/S1063774517050078.
17. Кафаров, В.В. Системный анализ процессов химической технологии: массовая кристаллизация / В.В. Кафаров, И.Н. Дорохов, Э.М. Кольцова; отв. ред. Н.М. Жаворонков. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во Юрайт, 2018. – 368 с.
18. Felmlee, M.A. Mechanistic models describing active renal reabsorption and secretion: a simulation-based study / M.A. Felmlee, R.A. Dave, M.E. Morris // The AAPS Journal. – 2013. – V. 15. – I. 1. – P. 278-287. DOI: 10.1208/s12248-012-9437-3.
19. Голованова, О.А. Моделирование нуклеации оксалата кальция / О.А. Голованова, В.А. Когут, Е.В. Желяев // Математические структуры и моделирование. – 2003. – Вып. 11. – С. 42-47.
20. Evan, A.P. Randall’s plaque of patients with nephrolithiasis begins in basement membranes of thin loops of Henle / A.P. Evan, J.E. Lingeman, F.L. Coe et al. // Journal of Clinical Investigation. – 2003. –V. 111. – I. 5. – P. 607-616. DOI: 10.1172/JCI17038.
21. Sepe, V. Henle loop basement membrane as initial site for Randall plaque formation / V. Sepe, G. Adamo, A. La Fianza et al. // American Journal of Kidney Diseases. – 2006. – V. 48. – I. 5. – P. 706-711. DOI: 10.1053/j.ajkd.2006.07.021.
22. Линников, О.Д. Механизм формирования осадка при спонтанной кристаллизации солей из пересыщенных водных растворов / О.Д. Линников // Успехи химии. – 2014. – Т. 83. – № 4. – С. 343-364.
23. Nanev, C.N. Evaluation of the critical nucleus size without using interface free energy / C.N. Nanev // Journal of Crystal Growth. – 2020. – V. 535. – Art. № 125521. – 3 p. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2020.125521.
24. Горичев, И.Г. Анализ кинетических данных растворения оксидов металлов с позиций фрактальной геометрии / И.Г. Горичев, А.Д. Изотов, А.И. Горичев и др. // Журнал физической химии. –1999. – Т. 71. – № 10. – С. 1802-1808.