酒石酸镁对水合草酸钙晶体生长的调控作用

酒石酸镁对水合草酸钙晶体生长的调控作用 [研究简报 ] 酒石酸镁对水合草酸钙晶体生长的调控作用 郑 辉 , 陈村元 , 欧阳健明 ()暨南大学生物矿化与结石病防治研究所 , 广州 510632 关键词 草酸钙 ; 酒石酸镁 ; 凝胶 ; 病理矿化 ( ) 中图分类号 O614; O623. 622; R691. 4文献标识码 A 文章编号 025120790 2006 07 21220203 [ 1 , 2 ] 尿石症是一个全球性疾病 , 草酸钙是人体尿石中最常见的成分 . 在工业国家 , 80 %以上的结石 [ 3 ] 均以草酸钙为主要成分 . 随着体外震波碎石技术及泌尿外科的发展 , 尿石症的治疗有了突破性的进 展 , 但目前治疗尿石症的方法都有其不利的一面 . 药物治疗可避免手术和体外碎石的缺点 , 但至今还 没有找到一种可以根治结石病的有效药物 . 因此 , 如何寻找到有效的防石抑制剂 , 了解其抑制机理 ,[ 4 ] 是化学 、医学和 药 学 工 作 者 所 面 临 的 重 要 课 题 之 一. 前 文 研 究 了 不 同 结 构 羧 酸 钠 和 柠 檬 酸 钾 [ 5 ] ( ( )) Kc it对草酸钙晶体生长的影响 , 明多元羧酸盐可以抑制一水草酸钙 COM 聚集并诱导二水草 3 ( )酸钙 COD 形成 , 从分子的角度阐明了羧酸类药物的防石机理 . 临床研究和动物实验均表明 , 酒石酸不参与体内代谢 , 以原型从尿中排出 ; 镁盐可以减少尿草酸[ 6 ] 排泄 , 增加尿镁浓度. 由于单味药 M gC l和酒石酸各有其优缺点 , 使用其混合剂或两者的化合物有 2 可能取长补短 . 实际上 , 目前临床上已经使用一些混合剂或由两个防石药物结合的化合物 , 它们常常 具有独特于其某一成分的防石性能 . 如由酒石酸钾 、硫酸镁和维生素 B等混合制成的“尿石清 ”冲剂在 6[ 7 ] ()临床上效果很好 ; 柠檬酸镁的使用也已有报道 . 但将酒石酸镁 M gta rt用于防治草酸钙结石尚未见 报道. 本文在凝胶模拟体系中研究了 M gta rt对草酸钙生长 、聚集和晶型 、晶相等的影响 , 以期阐明 M gta r防t 治泌尿系结石形成的可能机理 , 为临床医学提供参考. 1 实验部分 1. 1 试剂与仪器 所有试剂均为分析纯 , 用二次蒸馏水配制溶液. ( ) ( ) XL 230 型环境扫描电子显微镜 ESEM , Ph ilip s 公司 , 日本理学 D /m ax 2400 R igaku X 射线粉末 () () 衍射仪 , pH 23C精密 pH 计 上海雷磁仪器厂 , PH S500A 生化培养箱 重庆试验设备厂 . 1. 2 实验过程 将 13197 g N aSiO?9HO 溶解于适当的二次蒸馏水中 , 配成 200 mL 密度为 11032 3 2 3g / cm的硅酸钠溶液 , 然后用体积分数为 5 %的醋酸调节溶液 pH 至 6135 , 注入 U 型管中 , 48 h后形成 ()凝胶. 胶化后 , 将 015 mo l /L 的氯化钙加入到 U 形管的一侧 , 将 012 mo l /L 草酸钾 最终浓度 和不同 浓度的添加剂加入到另一侧 , 左右两侧添加物的最后体积均为 5 mL. 在生化培养箱中让 CaO xa生长 , 10 d后对晶体进行 SEM , XRD 和 表征. SEM 的测试条件为 : 样品经喷金处理 , 测量电压 15 kV. FT IR αXRD 的测试条件为 : Cu K射线.石墨单色器 , 40 kV , 30 mA , 扫描范围 5 ?,60 ,? 扫描速度 0102 /? s.采用 XRD 作定量分析时 , 按照文献 [ 8 ]方法计算草酸钙 3种水合物 COM , COD 和 CO T的质量分数. 2 结果与讨论 图 1为加入不同浓度 M gta rt后得到的 CaO xa晶体的 SEM. 当 M gta rt的浓度为 0102 mo l /L 时 , 同时 ( )( ) () 生成了一水草酸钙 COM 和二水草酸钙 COD [图 1 A ]. COM 以拉长六边形 、叉生形和蔷薇花状聚 集体存在 ; COD 以典型的四方锥形存在. 随着 M gta rt浓度增加至 0106 mo l /L , 不但诱导了 COM , COD ( )() 生成 , 而且诱导了棒状的三水草酸钙 CO T生成 [图 1 B ]. 收稿日期 : 2006 201 204. ()基金项目 : 国家自然科学基金 批准号 : 20471024 资助. ( ) 联系人简介 : 欧阳健明 1963 年出生 , 男 , 博士 , 教授 , 博士生导师 , 从事生物矿化和纳米研究. E2m a il: toyjm @ jnu. edu. cn F ig. 1 SEM im a ge s of CaO xa cry sta ls grown in the pre sen ce of 0102( A ) an d 0106 m o l /L ( B) M g ta r t () 上述结 果 同 时 被 XRD 谱 图 2 所 证 实 . 当 M gta rt的浓度为 0102 mo l /L 时 , XRD 图谱上主要为 ( ) ( )( )(COM 的 101 , 020 和 202 晶面衍射峰 图 2 谱 ) 线 a ; 在 d 值为 01618 和 01278 nm 处出现了很弱 ( )( )的特征衍射峰 , 归属于 COD 200 和 411 晶面 ; 没 有 出 现 CO T 的 特 征 峰. 当 M gta rt 的 浓 度 增 大 至 () 0106 mo l /L 时 图 2 谱线 b, 在 d 值为 01772 nm 处 新出现了很强的衍射峰 , 与谱图对照 , 该峰为 ( )CO T的 010 晶面衍射峰 . 定量计算结果表明 , 加 F ig. 2 XRD pa ttern s of CaO xa cry sta ls ob ta in ed in 入 0102和 0106 mo l /L M gta rt后 , COD 的质量分数 the pre sen ce of 0102 ( a ) an d 0106 m o l /L ( b ) 均为 12 % , CO T的质量分数则从 0增加至 33 % , 而 M g ta r t The c rystal face s w ith one aste risk be long to COD , w ith COM 的质量分数则从 88 %减少至 55 %左右 . 这表 two a ste risk s be long to CO T, and tho se w ithou t a ste risk 明 M gta rt诱导 CO T形成的能力随其浓度的增加而 be long to COM. 增强 , 但诱导 COD 的能力变化不大 . ()相比之下 , 在同等条件下 , M gC l不能诱导 COD 和 CO T生成 , 其 SEM 和 XRD 谱分别如图 3 A 和 2[ 9 ] 图 4 谱线 a 所示. 酒石 酸 也只 能诱 导 约 15 %的 COD 生 成 , 不 能 诱导 CO T生 长. 而加 入 M gC l 和2 ()Hta r的t 混合溶液后 , 其诱导 COD 和 CO T的能力 产物中 COD 和 CO T含量之和 虽然比 M gta rt弱 , 但 2 F ig. 3 SEM im a ge s of CaO xa cry sta ls ob ta in ed in the pre sen ce of va r iou s in h ib itor s () () A 0106 mo l /L M gC l; B 0106 mo l /L M gC l+ Hta rt. 2 2 2 ()比单一抑制剂 M gC l或 Hta rt均强 . 图 3 B 为同时 22 加入 0106 mo l /L 的 M gC l和 0106 mo l /L 的 Hta rt时 22 得到的草酸钙晶体的 SEM , XRD 定量分析结果表 ) (明 CO T的质量分数约为 23 % 图 4 谱线 b. M gta rt所具有的同时诱导 COD 和 CO T生长的 能力有利于防止草酸钙结石形成 , 因为在 CaO xa的 3 种水合物中 , COM 的吸附能力是 CO T的 3 倍 , 是 [ 10 ] COD 的 11,16 倍 . 因此 , 减少 COM 的含量 , 可 F ig. 4 XRD pa ttern s of CaO xa cry sta ls ob ta in ed in 以减小草酸钙晶体与尿路细胞膜的粘附 , 从而降低 the pre sen ce of 0106 m o l /L M gC l( a ) an d 2 尿石形成的几率. 0106 m o l /L M gC l+ Hta r t( b) 2 2 M gta rt诱导 CO T生长 的 能 力 首 先 与 其 分 子 结 ()构密切相关 , 间距为 3 个 C —C键长度 丙烷的长度 的线性多羧酸分子具有最强的抑制 COM 晶体生 [ 11 ] 长的能力 , 从而促进了 CO T或 COD 形成 , 其次也与晶体的生长过程有关. 晶体的生长包括生长环 [ 12 ] 境中反应物的扩散和晶面的生长过程 , 晶面的生长在晶体生长过程中起着重要的作用 . 晶面生长自 [ 13 , 14 ] 由能随着晶面上所吸附杂质浓度的增加而减小 , 而晶面生长自由能的降低意味着热力学不稳定状 [ 15 ] 态的晶体生成 . 草酸钙晶体中 COM 是热力学最稳 定 晶相 , CO T为 较不 稳 定晶 相 , 因此 , 在 添加M gta r浓t 度很小的情况下 , 得到的草酸钙 晶体 中 主要 是 COM 晶 体 ; 随着 M gta rt添加 物 浓度 的增 加 , COM 表面吸附的 M gta rt浓度也随之增加 , 使得草酸钙晶面生长自由能逐渐降低 , 因而热力学较不稳定 的 CO T含量增加. 参 考 文 献 ( ) Sheng X. , W a rd M. D. , W esson J. A. . J. Am. Chem. Soc. [ J ] , 2003 , 125 10 : 2854 —2855 [ 1 ] ) ) ) ((((OU YAN G J ian2M ing 欧阳健明 , D EN G Su i2P ing 邓穗平 , ZHON G J iu2P ing 钟玖平 . 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The m a ss frac tion of ca lc ium oxa la te d ihyd ra te COD wa s abou t 12 % ( ) and no ca lc ium oxa la te trihyd ra te CO Twa s ob se rved. W hen the concen tra tion of M gta rt inc rea sed to 0106 mo l /L , the m a ss frac tion of CO T wa s inc rea sed to 33 % , and tha t of COM dec rea sed to 55 % , bu t the m a ss frac tion of COD changed le ss in the stud ied concen tra tion range. The inh ib itive cap ac ity of M gta rt wa s stronge r than tha t of e ithe rM gC l, o r Hta rt, o r a m ixtu re of M gC land Hta rt. Th is ind ica te s tha t no t on ly M gta rt m ay 2 2 2 2 be u sed to cu re and p reven t CaO xa stone s, bu t a lso m ay had a stronge r cap ac ity than M gC lo r Hta rt o r a m ix2 2 2 tu re of M gC land Hta rt. 2 2 ( )Ed. : M , G Keyword s Ca lc ium oxa la te; M agne sium ta rtra te; Ge l; A bno rm a l b iom ine ra liza tion