PL232984B1

PL232984B1 - Method for assessment of spontaneous crystallization of urine components

Info

Publication number: PL232984B1
Application number: PL409193A
Authority: PL
Inventors: Tadeusz Porowski; Jan Krzysztof Kirejczyk; Piotr Mrozek
Original assignee: Politechnika Bialostocka; Univ Medyczny W Bialymstoku; Uniwersytet Medyczny W Bialymstoku
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2019-08-30
Also published as: PL409193A1

Abstract

Sposób wykorzystania spontanicznej krystalizacji składników moczu do oceny możliwości tworzenia kamieni układu moczowego polega na tym, że doprowadza się mocz do stanu przesycenia, w którym pojawiają się kryształy różnych substancji tworzących kamień nerkowy. Zmiana parametrów optycznych opisujących przejrzystość badanej próbki, wskazujących na pojawienie się przesycenia wynosi minimum 5%.The method of utilizing the spontaneous crystallization of urine constituents to assess the possibility of formation of stones in the urinary tract consists in bringing the urine to a supersaturated state, in which crystals of various substances forming kidney stones appear. The change in the optical parameters describing the transparency of the tested sample, indicating the appearance of supersaturation, is at least 5%.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób oceny spontanicznej krystalizacji składników moczu do oszacowania ryzyka tworzenia kamieni układu moczowego.The present invention relates to a method for assessing spontaneous crystallization of urinary components for assessing the risk of urinary stones formation.

Dotychczas stosowanych jest kilka metod określających ryzyko krystalizacji:So far, several methods are used to determine the risk of crystallization:

1. Ocena względnego przesycenia (relative supersaturation - RSS) wymaga pomiaru w moczu od 8 do 14 promotorów i inhibitorów krystalizacji i wyliczeniu RSS za pomocą odpowiedniego programu komputerowego, np. EQUIL2.1. Assessment of relative supersaturation (RSS) requires measuring from 8 to 14 promoters and crystallization inhibitors in the urine and calculating the RSS using a suitable computer program, eg EQUIL2.

2. Tzw. Tiselius Risk Index wyliczany ze wzoru.2. The so-called Tiselius Risk Index is calculated from the formula.

3. Ocena ryzyka krystalizacji za pomocą tzw. Bońskiego Indeksu Ryzyka (BRI), który wymaga oznaczenia tylko dwóch substancji i jest obliczany jako iloraz stężenia wapnia zjonizowanego w badanym moczu do ilości szczawianu amonu dodawanego w procesie miareczkowania 200 ml próbki moczu, która zapoczątkowuje precypitację szczawianu wapnia w badanej próbce. Metoda ta określa ryzyko tworzenia tylko kamieni zbudowanych ze szczawianu wapnia.3. Crystallization risk assessment using the so-called Bonn Risk Index (BRI), which requires the determination of only two substances and is calculated as the quotient of the concentration of ionized calcium in the test urine to the amount of ammonium oxalate added in the titration of a 200 ml urine sample, which initiates the precipitation of calcium oxalate in the test sample. This method determines the risk of forming only calcium oxalate stones.

Kamica układu moczowego dotyczy 5-10% społeczeństwa, charakteryzuje ją występowanie rodzinne i nawrotowy charakter. Wykorzystanie powyższych metod nie jest powszechnie stosowane w praktyce klinicznej ze względu na ich złożoność. Do tej pory nikt na świecie nie badał co się dzieje w próbce moczu, w której odparowywujemy wodę w temperaturze ludzkiego ciała.Urolithiasis affects 5-10% of the population, it is characterized by familial occurrence and recurrent character. The use of the above methods is not commonly used in clinical practice due to their complexity. Until now, no one in the world has studied what happens in a urine sample in which we evaporate water at the temperature of the human body.

Istotą wynalazku jest sposób oceny spontanicznej krystalizacji składników moczu do oszacowania ryzyk a tworzenia kamieni układu moczowego, w wyniku doprowadzenia moczu do stanu przesycenia, w którym pojawiają się kryształy różnych substancji tworzących kamień nerkowy. Sposób oceny spontanicznej krystalizacji składników moczu w badaniu możliwości tworzenia kamieni układu moczowego polega na umieszczeniu kolby z moczem w wyparce i poddaniu go procesowi ogrzewania pod próżnią aż do zmętnienia. Poprzez odparowanie wody doprowadza się mocz do początku krystalizacji składników moczu, czyli jego przesycenia, wykrywanego poprzez pomiar zmiany wartości parametru optycznego badanej próbki o minimum 5% w stosunku do wartości początkowej. Odparowywanie wody następuje przy pomocy wyparki próżniowej, zintegrowanej z obracającą się kolbą kulistą, zanurzoną w łaźni.The essence of the invention is a method of evaluating the spontaneous crystallization of urine constituents to assess the risks of urinary stones formation as a result of supersaturation of the urine in which crystals of various kidney stone-forming substances appear. The method of assessing the spontaneous crystallization of urine components in the study of the possibility of urinary stones formation consists in placing the flask with urine in an evaporator and subjecting it to a heating process under vacuum until turbidity. By evaporating the water, the urine is brought to the beginning of crystallization of urine components, i.e. its supersaturation, detected by measuring the change in the value of the optical parameter of the test sample by a minimum of 5% compared to the initial value. The water is evaporated by means of a vacuum evaporator, integrated with a rotating spherical flask, immersed in the bath.

Pomiar zmiany parametru optycznego realizuje się poprzez pomiar zmiany transmitancji optycznej. Wiązka światła przechodząca przez próbkę moczu oświetla fototranzystor będący światłoczułym elementem elektronicznego obwodu pomiaru natężenia światła.Measurement of the change in optical parameter is performed by measuring the change in optical transmittance. The light beam passing through the urine sample illuminates the phototransistor, which is the photosensitive element of the electronic light intensity measuring circuit.

Zmiana natężenia prądu fototranzystora o minimum 5% w stosunku do wartości początkowej powoduje wyłączenie próżni na wyparce i zakończenie procesu odparowywania.The change of the phototransistor current by at least 5% in relation to the initial value causes the vacuum on the evaporator to be turned off and the evaporation process completed.

Odparowując wodę doprowadzamy do stanu przesycenia moczu składnikami tworzącymi kamienie (wapnia, szczawianów, fosforanów, kwasu moczowego, magnezu, etc.) i w ten sposób wywołujemy precypitację różnych soli, np. szczawianów, kwasu moczowego, fosforanów, etc. Im mniejsza ilość wyparowanej wody powoduje rozpoczęcie procesu krystalizacji, tym większe jest ryzyko tworzenia kamieni w układzie moczowym. Określając procent wyparowanej wody lub stosunek masy początkowej do masy końcowej badanej próbki moczu, w której zaobserwowano zmętnienie (tj. początek procesu krystalizacji) możemy ocenić, jakie jest wyjściowe ryzyko tworzenia kamieni w badanej natywnej próbce moczu.By evaporating the water, we supersaturate the urine with stone-forming components (calcium, oxalate, phosphate, uric acid, magnesium, etc.) and thus cause the precipitation of various salts, e.g. oxalates, uric acid, phosphates, etc. The lower the amount of water evaporated to start the crystallization process, the greater the risk of stone formation in the urinary tract. By determining the percentage of evaporated water or the ratio of the initial mass to the final mass of the test urine sample in which turbidity has been observed (i.e. the beginning of the crystallization process), we can assess the baseline risk of stone formation in the test native urine sample.

W momencie uzyskania przesycenia, w moczu dochodzi do samoistnej krystalizacji, co obserwujemy w postaci zmętnienia bądź spadku transmitancji przepuszczanego przez roztwór światła. Stosunek masy moczu przed odparowaniem do masy w momencie pojawienia się spontanicznej krystalizacji moczu (zmętnienia) nazwaliśmy wskaźnikiem spontanicznej krystalizacji odparowywanego moczu.At the moment of obtaining supersaturation, the urine undergoes spontaneous crystallization, which can be observed in the form of turbidity or a decrease in transmittance of the light transmitted through the solution. The ratio of urine mass before evaporation to mass at the moment of the appearance of spontaneous urine crystallization (turbidity) was called the index of spontaneous crystallization of evaporated urine.

Dzięki tym informacjom będzie można określić czy pacjent ma podwyższoną predyspozycję d o tworzenia kamieni nerkowych oraz łatwiej będzie wdrożyć odpowiednie leczenie i je monitorować.Thanks to this information, it will be possible to determine whether the patient has an increased predisposition for the formation of kidney stones, and it will be easier to implement appropriate treatment and monitor it.

Ocenia się, że prawidłowo prowadzona metafilaksja pozwala na zmniejszenie ryzyka nawrotu kamicy nerkowej z ok. 80% do nawet 20%. Wynalazek ma umożliwić prostą i tanią ocenę ryzyka tworzenia kamieni w układzie moczowym i/lub skuteczność zapobiegania nawrotom (metafilaksji). Potencjalne inne zastosowania tego wynalazku dotyczą oceny moczu w innych chorobach metabolicznych takich jak: osteoporoza, cukrzyca, stany długiego unieruchomienia, nowotwory etc.It is estimated that properly conducted metaphylaxis reduces the risk of recurrent nephrolithiasis from about 80% to as much as 20%. The invention aims to enable a simple and inexpensive assessment of the risk of urinary calculi formation and / or the effectiveness in preventing recurrences (metaphylaxis). Potential other applications of this invention relate to the evaluation of urine in other metabolic diseases such as: osteoporosis, diabetes, long-term immobilization, cancer etc.

Zaletą tego wynalazku jest jego prostota i uniwersalność, tzn. ocenia on ryzyko krystalizacji wszystkich możliwych substancji występujących w moczu biorących udział w tworzeniu kamieni. Potencjalną zaletą jest niska cena pomiaru. Metoda odnosi się do wszystkich typów kamieni nerkowych.The advantage of this invention is its simplicity and versatility, i.e. it assesses the risk of crystallization of all possible urinary substances involved in stone formation. The low price of the measurement is a potential advantage. The method is suitable for all types of kidney stones.

PL 232 984 B1PL 232 984 B1

W czasie wielu testów doświadczalnych odparowywane próbki moczu ulegały zmętnieniu (ocena wzrokowa) a masa próbek moczu ulegała zmniejszeniu (nawet wielokrotnemu) w stosunku do masy początkowej. Stosunek masy początkowej do końcowej stanowi współczynnik określający ryzyko tworzenia kamieni w układzie moczowym. Ocena precypitującej próbki z wykorzystaniem badań mikroskopowych umożliwia również określenie rodzaju wytrącających się związków chemicznych.During many experimental tests, the evaporated urine samples became cloudy (visual inspection) and the weight of the urine samples decreased (even several times) compared to the initial weight. The ratio between the initial weight and the final weight is the risk factor for the formation of stones in the urinary tract. The evaluation of the precipitating sample with the use of microscopic examination also enables the determination of the type of precipitating chemical compounds.

P r z y k ł a d w y k o n a n i aP r z o l a d e c o n i a

Przez obracającą się kolbkę kulistą zanurzoną w łaźni wodnej, współpracującej z podłączoną wyparką próżniową, przepuszczano wąski strumień światła. Wiązka światła po odbiciu od powierzchni zwierciadła umieszczonego pod kolbką oświetlała fototranzystor, będący światłoczułym elementem elektronicznego obwodu pomiaru natężenia światła. Wartość natężenia prądu elektrycznego w obwodzie była proporcjonalna do natężenia światła padającego na fototranzystor. Spadek wartości natężenia prądu elektrycznego o połowę, mierzony z wykorzystaniem zmiany wartości napięcia na zaciskach rezystora pomiarowego, spowodowany przez zmętnienie moczu na skutek spontanicznej krystalizacji, powodował wyłączenie próżni na wyparce i zakończenie procesu zagęszczania (odparowywania) próbki. Stosunek masy początkowej moczu do końcowej po odparowaniu został nazwany wskaźnikiem spontanicznej krystalizacji odparowywanego moczu. Niezbędnym warunkiem w procesie powstawania złogów jest przesycenie moczu substancjami ulegającymi krystalizacji. Im więcej wypijamy wody, tym więcej produkujemy moczu i mniejsze jest jego przesycenie substancjami ulegającymi krystalizacji. Dlatego odwrócenie tego zjawiska w moczu w sposób kontrolowany spowoduje w pewnym momencie jego przesycenie i mętnienie wskutek wytrącania się krystalizujących soli. Moment pojawienia się zmętnienia badanej próbki moczu, określany przy pomocy fotodetektora, będzie więc momentem rozpoczynania się krystalizacji soli w tym roztworze. Badając interesujące nas parametry w badanej próbce moczu, możemy ocenić ryzyko tworzenia kamieni w układzie moczowym. Każda badana próbka moczu wymaga pomiaru pH początkowego i końcowego oraz określenia substancji ulegających krystalizacji (osmolalność, moczany, fosforany, szczawian wapnia, struwity, etc.) oraz wymaga obejrzenia próbki przy pomocy mikroskopu optycznego.A narrow beam of light was passed through a rotating spherical flask immersed in a water bath cooperating with a connected vacuum evaporator. The light beam reflected from the surface of the mirror placed under the flask illuminated the phototransistor, which is a photosensitive element of the electronic circuit for measuring light intensity. The value of the electric current in the circuit was proportional to the intensity of the light incident on the phototransistor. The decrease in the electric current by half, measured with the change in the voltage value at the terminals of the measuring resistor, caused by the turbidity of the urine due to spontaneous crystallization, caused the vacuum on the evaporator to be turned off and the concentration (evaporation) of the sample was completed. The ratio of the initial mass of urine to the final mass after evaporation was called the index of spontaneous crystallization of evaporated urine. A necessary condition in the process of deposit formation is the supersaturation of urine with substances that crystallize. The more water we drink, the more we produce urine and the less it is saturated with crystallizing substances. Therefore, controlled reversal of this phenomenon in the urine will at some point result in its supersaturation and turbidity due to the precipitation of crystallizing salts. The moment of the appearance of turbidity of the tested urine sample, determined by means of a photodetector, will therefore be the moment of the beginning of salt crystallization in this solution. By examining the parameters of interest in the tested urine sample, we can assess the risk of stone formation in the urinary system. Each test sample of urine requires the measurement of the initial and final pH and the determination of crystallizable substances (osmolality, urates, phosphates, calcium oxalate, struvites, etc.), and requires the sample to be viewed with an optical microscope.

Claims

Patent claims

1. A method of assessing the spontaneous crystallization of urine components to assess the possibility of the formation of urinary tract stones, characterized by bringing the urine to a supersaturated state, in which crystals of various substances that form the kidney stone appear, by evaporating water from the urine placed in a flask immersed in a cooperating water bath with a vacuum evaporator.

2. The evaluation method according to p. The method of claim 1, characterized in that the beginning of crystallization is observed by measuring the decrease in transmittance of the light transmitted through the solution, using a phototransistor, which is a photosensitive element of the electronic circuit for measuring light intensity, the appearance of supersaturation is determined with a decrease in transmittance of at least 5%.