柠檬酸镁和广金钱草对草酸钙晶体生长的影响

何珂峻，张明明，王 农

（1.广西民族大学体育与健康科学学院，广西南宁530006；2.甘肃农业大学理学院，甘肃兰州730070；3.兰州交通大学化学与生物工程学院，甘肃兰州730070）

柠檬酸镁和广金钱草对草酸钙晶体生长的影响

何珂峻1，张明明2，王 农3

（1.广西民族大学体育与健康科学学院，广西南宁530006；2.甘肃农业大学理学院，甘肃兰州730070；3.兰州交通大学化学与生物工程学院，甘肃兰州730070）

研究了水溶液体系中广金钱草和柠檬酸镁存在下对草酸钙结晶及晶体生长的影响.XRD谱图分析表明，广金钱草对草酸钙晶型基本无影响，柠檬酸镁浓度较高时可诱导二水合草酸钙的形成；SEM图像分析表明，广金钱草可抑制大颗粒草酸钙晶体的形成，从而产生大量的小尺寸草酸钙晶体，柠檬酸镁可改变草酸钙晶体的形貌，使其形成片状或层状的晶体.实验结果表明，广金钱草和柠檬酸镁的存在或者有利于阻止草酸钙晶体变大形成尿石，或者诱导二水合草酸钙（COD）的形成.该结论可为临床上治疗CaOxa结石提供参考.

草酸钙；柠檬酸镁；广金钱草；结石

0 引言

尿石症是一种世界范围的常见病和多发病，是泌尿系统最重要的疾病之一，病因是尿中含有形成结石的晶体（草酸盐、尿路盐、磷酸盐等）.结石（尿石）不能简单看做是由于尿中结石成分析出形成的，它是人体异常矿化的一种表现，矿化是生物界相当普遍存在的现象.人体的矿化可分为正常矿化（受控的过程，如骨骼和牙齿的形成）和异常矿化（失控的过程，如异位的组织钙化及各种结石的形成），患尿石症的患者合并其他组织矿化异常的并不少见，如骨质疏松等.泌尿系统结石主要是由于体内病理矿化而产生的，可能与遗传、环境、机体代谢异常等诸多因素有关［1－2］.尽管随着外科碎石技术的发展，尤其是内腔镜技术及微创的冲击波碎石的运用，使得结石的治疗有了一定进展，但不可否认碎石技术会带来肾脏损伤［3］.至今为止，尿石症的原因、症状诊断及其治疗一直是医学中的重要问题，其形成过程中的许多化学及物理问题仍有待进一步研究解决.因此，为了预防泌尿系统结石发生并降低其复发率，寻找高效、副作用小、无后遗症的天然活性物质来防治泌尿系统结石，一直是研究者努力的方向［4－6］.

目前临床上常用药物包括柠檬酸系列、无机磷酸盐、磷酸纤维素钠、镁制剂、别嘌呤醇、中草药及噻嗪类利尿药等［7－8］，但对上述药物的作用机理不是十分清楚［9］.尿石可分为中性含钙结石（如草酸钙（CaOxa）和磷酸钙）、酸性结石（如尿酸、胱氨酸）和碱性结石（如磷酸胺镁等），其中CaOxa及含CaOxa的结石约占70%～80%［10－11］.尿石中的CaOxa主要以一水草酸钙（COM）和二水草酸钙（COD）形式存在，COM是泌尿结石的主要成分，三水草酸钙（COT）较为少见，可能是草酸钙结石的前驱体［12］.在CaOxa的3种水合物中，COM的吸附能力是COT的3倍，是COD的11～16倍［13］.因此，减少COM的含量，可以减少草酸钙晶体与尿路细胞膜的黏附，从而降低尿石形成的几率.由于COD比COM更易随尿液排出人体［14］.因此，如能在尿液中诱导更多的COD或抑制COD向COM转变，则有利于防止尿石的形成.无论是草酸钙结石、尿酸结石还是胱氨酸结石，都可选用柠檬酸盐药物进行治疗.尿石患者在体外震波碎石（ESWL）治疗后，辅以柠檬酸钾治疗，尿石患者在12个月内结石复发率为0，而未使用柠檬酸钾治疗的病人复发率为28.5%（P＜0.05）［15］.口服柠檬酸钾镁一周后，能够使尿液柠檬酸水平提高61%，尿镁水平提高43%，尿pH值提高0.6，尿草酸钙水平降低31%，对草酸钙结晶的抑制活性提高46%，对磷酸钙结晶的抑制活性提高90%.而在服用柠檬酸钾镁3年后，病人的新结石形成率为12.9%，显著低于没有服用的病人的63.6%［16］.因此，弄清柠檬酸及其盐的作用机理，对有效地预防和治疗尿结石疾病，具有极为重要的科学和现实意义.

由于尿路结石的原位实验比较困难，一般都采取体外模拟［14－17］的手段.中草药方剂治疗泌尿系统结石历史悠久，因其疗效显著，且副作用少等优点而备受关注.在临床上，中草药在预防和治疗尿结石上有一定的效果，但抑制机理的报道很少.金钱草是中医治疗泌尿结石的传统中药，临床上用药的来源较为混杂，有报春花（Primulaceae）、过路黄（Lysimachia christinae Hance）的干燥全草，也有豆科的广金钱草（Desmodium styracifolium）及唇形科的活血丹（Glechoma longituba）等.王涌泉［18］选用广金钱草注射液对草酸钙肾石模型大鼠进行研究，发现广金钱草在体内能保护肾组织细胞，对草酸钙晶体形成有明显的抑制作用.

本文研究柠檬酸镁和广金钱草对草酸钙生长、聚集和晶型、晶相的影响，以期阐明柠檬酸镁和广金钱草防治泌尿系统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 仪器和试剂

仪器：SM-6701F冷场发射型扫描电镜（日本电子光学公司）；XRD-7000LX X射线衍射仪（日本岛津企业管理有限公司）；HH-4数显恒温水浴锅（国华电器有限公司）；FA1204B电子天平（上海精科天美科学仪器有限公司）；KQ-500E型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）.

试剂：无水氯化钙（分析纯，天津市大茂化学试剂厂）；草酸钾（分析纯，南京化学试剂有限公司）；柠檬酸镁（分析纯，南京化学试剂有限公司）；九水合柠檬酸镁（分析纯，阿拉丁试剂上海有限公司）；广金钱草（石淋通颗粒，广西健丰药业有限公司生产）.

1.2 实验方法

1.2.1 溶液的配制

配制1和4mol／L氯化钙溶液、1mol／L草酸钾溶液和0.1mol／L柠檬酸镁溶液.称取一定量的广金钱草颗粒，加适量水溶解，过滤，将母液定容，配制成质量浓度为0.20g／mL的广金钱草溶液.

1.2.2 草酸钙晶体的制备及培养

低浓度溶液配制（柠檬酸镁和广金钱草分别为0.02mol／L和0.040g／mL）：取3只干燥洁净的烧杯，分别加入1mol／L的草酸钾溶液各40mL，然后在第1只烧杯中加入20mL蒸馏水、第2只烧杯中加入0.20g／mL广金钱草溶液20mL、第3只烧杯中加入0.1mol／L柠檬酸镁溶液20mL.将3只烧杯贴好标签并且在37℃水浴恒温5min，然后分别各滴加1mol／L的氯化钙溶液40mL，超声30min.在37℃水浴中，让晶体生长，4d后取出，过滤、洗涤、干燥，然后进行XRD，SEM，EDS表征.

高浓度溶液配制（柠檬酸镁和广金钱草分别为0.08mol／L和0.30g／mL）：取3只干燥洁净的烧杯，在第1只烧杯中加入50mL蒸馏水；在第2只烧杯中加入4.9g九水合柠檬酸镁和蒸馏水，超声使其溶解，用蒸馏水定容至50mL静置；在第3只烧杯中加入30g广金钱草颗粒和50mL蒸馏水，超声使其溶解，过滤.分别在母液中加入1mol／L的草酸钾溶液各40mL.将3只烧杯贴好标签并且在37℃水浴恒温5min，然后分别滴加4mol／L氯化钙溶液10mL，超声30min.在37℃水浴中，让晶体生长，4d后取出，过滤、洗涤、干燥，进行XRD，SEM，EDS表征.

2 结果与讨论

2.1 XRD分析

不同浓度广金钱草对草酸钙结晶影响的XRD谱见图1.XRD结果表明：空白实验时，草酸钙晶体的主衍射峰归属于COM晶体的（101），（020），（202）和（130）晶面，（101）晶面的衍射峰最强；加入广金钱草后，（101）和（202）晶面生长均受到抑制，且随着广金钱草浓度的增大，（202）晶面的生长抑制最为明显.加入柠檬酸镁后，得到的草酸钙晶体用XRD进行表征（见图2），由图2可以看出（101）晶面的衍射峰的强度明显增大，（020）晶面衍射峰的强度减小，添加柠檬酸盐的浓度越高，COM的（020）晶面受到的抑制越大，并出现COD的衍射峰，说明柠檬酸镁在高浓度下可诱导COD的形成.

图1 不同浓度广金钱草对草酸钙结晶影响的XRD谱

图2 不同浓度柠檬酸镁对草酸钙结晶影响的XRD谱

2.2 SEM分析

不同体系中草酸钙晶体的SEM照片见图3.由图3（a，b）可以看出，在空白实验条件下，草酸钙晶体中有许多很大的颗粒，只有部分较为细碎，而且大颗粒的形貌有几何特点.而在加入广金钱草后（见图3（c，d），无明显的大颗粒晶体，草酸钙结晶粒度明显变小，说明广金钱草对生成大颗粒的草酸钙结晶有明显的抑制作用.加入柠檬酸镁后（见图3（e，f）），草酸钙晶体的形貌较空白条件下生成的草酸钙形貌发生了明显的改变，形成片状或层状晶体，这些晶体颗粒杂乱的堆积在一起，从而导致草酸钙晶体的密实度大大降低.结合XRD谱分析，我们认为这可能是由于在柠檬酸镁存在的条件下，生成大量的二水合草酸钙，导致了片状（或层状）结构的形成.

图3 不同体系中草酸钙晶体的SEM照片

2.3 EDS分析

不同体系中草酸钙晶体的EDS分析见图4.对比图4可以看出，在空白实验、加入广金钱草和加入柠檬酸镁条件下，草酸钙晶体的元素组成相同，特别是在添加了柠檬酸镁的草酸钙晶体中检测不到镁元素，说明镁离子虽然对生成一水合草酸钙COM和大颗粒的草酸钙结晶有明显的抑制作用，但却没有沉积在二水合草酸钙COD中，即柠檬酸镁如果作为临床用药也是安全的.

图4 不同体系中草酸钙晶体的EDS图

3 结论

XRD谱分析以及SEM分析表明，广金钱草和柠檬酸镁的存在均会对草酸钙晶体的形成产生影响.柠檬酸镁浓度较高时可诱导二水合草酸钙COD的形成，并改变草酸钙晶体的形貌，使其形成片状或层状的晶体.动物实验证实，黏附于肾小管细胞膜上的结石主要成分是COM，因此，诱导更多的COD生成可以抑制草酸钙结石形成的几率.广金钱草的存在虽对草酸钙晶型无显著影响，但可抑制大颗粒草酸钙晶体的形成，从而产生大量的小尺寸草酸钙晶体，较高浓度的柠檬酸镁也可改变草酸钙晶体的形貌（形成片状或层状的晶体）.表明广金钱草和柠檬酸镁的存在有利于阻止草酸钙晶体变大形成尿石.EDS分析结果也与文献资料相符，即柠檬酸镁并无明显沉积的现象，而且柠檬酸参与人体代谢，适量的镁离子也可以通过尿液排出体外，所以柠檬酸镁如果作为临床用药也是安全的，该结论可为临床上治疗CaOxa结石提供参考.

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Effect of magnesium citrate and desmodium styracifolium on crystal growth of calcium oxalate

HE Ke-jun1，ZHANG Ming-ming2，WANG Nong3
（1.School of Physical Education and Health Science，Guangxi University for Nationalities，Nanning 530006，China；
2.College of Science，Gansu Agriculture University，Lanzhou 730070，China；3.School of Chemical and Biological Engineering，Lanzhou jiaotong University，Lanzhou 730070，China）

In the presence of desmodium styracifolium and magnesium citrate，their influence on calcium oxalate crystallization and crystal growth in the aqueous solution system is studied respectively.XRD spectra analysis shows that desmodium styracifolium has little effects on the crystal form of calcium oxalate，and the magnesium citrate can induce the formation of two hydrated calcium oxalate when its concentration is in a high level.SEM image analysis shows that desmodium styracifolium can inhibit the formation of large granular calcium oxalate crystal and results in generating a large number of calcium oxalate crystals with small size.Magnesium citrate may change the morphology of calcium oxalate crystal，and make them form lamellar or layered crystals.These experimental results show that the presence of desmodium styracifolium and magnesium citrate can prevent calcium oxalate crystals to form bigger urinary stones，or induce the formation of two hydrated calcium oxalate.The conclusion can provide a reference for clinical treatment of CaOxa calculi.

calcium oxalate；magnesium citrate；desmodium styracifolium；calculi

O 641 ［学科代码］ 150·30

A

（责任编辑：石绍庆）

2014-09-11

甘肃省科技支撑计划项目（1204NKCA107）；甘肃省工程技术研究中心项目（1106NTGA013）；兰州交通大学“青蓝”人才工程基金资助项目；金川公司预研基金资助项目（JCYY2013008）.

何珂峻（1968—），女，硕士，讲师，主要从事中医药作用机制研究；王农（1968—），男，博士，教授，主要从事材料物理与化学、纳米科学与技术研究.