Caracterização de cálculos urinários humanos inteiros de rim e bexiga usando difração de raios X e microtomografia computadorizada

A urolitíase é um problema de escala mundial, que ocorre em todas as regiões, culturas e grupos raciais. A incidência desta doença vem aumentando ao redor do mundo e dados mostram que no Brasil estima-se que são afetados 5% da população com uma taxa de recorrência de 2,5%. Conhecer a composição mineral e estrutura interna dos cálculos é um passo importante para tentar entender melhor a fisiopatologia desta doença. Quatro cálculos urinários infecciosos, íntegros de grande volume (diâmetro maior que 20 mm), sendo dois provenientes da bexiga e dois de rins, obtidos cirurgicamente no setor de urologia do Hospital Universitário Pedro Ernesto (HUPE/UERJ) foram analisados usando microtomografia (μCT) e difração de raios X por policristais (DRXP). As imagens microtomográficas foram obtidas usando tubo de raios X microfoco na estação TomoLab e radiação síncrotron (SR-μCT) na linha de Física Médica, ambos no Laboratório Síncrotron Elettra, Trieste, Itália. As medidas de DRXP foram realizadas na linha de Difração de Raios X do Laboratório Nacional de luz Síncrotron, Campinas, Brasil. Para os cálculos de bexiga foram encontradas quatro fases cristalinas: estruvita (STV), oxalato mono (COM) e dihidratado (COD) e hidroxiapatita (HAp). Nos cálculos renais foram encontrados STV e HAp, sendo predominante a primeira fase cristalina. A quantidade de material amorfo (não-cristalino) foi maior que 60% da composição das amostras. A técnica convencional utilizada foi eficaz para análise dos cálculos urinários inteiros e possibilitou a visualização de estruturas internas sem interferência de procedimentos prévios de preparação da amostra. As análises de DRXP com fonte síncrotron aliadas ao método Rietveld foram determinantes para identificação e quantificação dos minerais presentes nas varias camadas das amostras. Pode-se constatar a complementaridade entre a μCT e a DRXP para caracterização microestrutural e mineralógica de cálculos urinários humanos.

Urolithiasis is a worldwide problem that afflicts all regions, cultures and ethnics groups. The incidence is increasing around the world and related data about Brazil estimate that affect 5% population with 2.5% recurrence rate. Knowledge of the quantitative mineralogy of urinary calculi is of fundamental importance for optimization of nephrolithiasis therapy and to prevent potential risk of recurrence. The urinary stones used in the present study were made available to us via normal surgery from patients admitted to the Hospital Universitário Pedro Ernesto (HUPE/UERJ). Structural and microstructural characterizations of four urinary calculi samples (RJ100, RJ101, RJ102 e RJ104) were determined by means of X-ray microtomography and powder diffraction. Conventional (μCT) and synchrotron radiation microtomography (SR-μCT) experiments were performed at the TOMOLAB station and SYRMEP (SYnchrotron Radiation on MEdical Physics) beamline, both at the Elettra Synchrotron Light Laboratory in Trieste (Italy), respectively. Synchrotron X-ray powder diffraction (XRPD) data were collected at the X-ray powder diffraction beamline of the National Synchrotron Light Laboratory (LNLS) in Campinas, Brazil. For the bladder stones, RJ100 and RJ104, the identified phases were struvite (STV), calcium oxalate monohydrate (COM) and dihydrate (COD) and calcium hydroxyapatite (HAp). The kidney stones RJ101 and RJ102 can be considered pure struvite stones. Moreover, the Rietveld refinement indicates the presence of more than 60 wt% of amorphous phase of all samples. The use of μCT scanning technology not only improves knowledge of internal structures of intact urinary calculi, but also allowed us to investigate efficiently specimens that run a particular risk of deformation or destruction from conventional preparation. Synchrotron X-ray powder profile-fitting structure refinement using the Rietveld method has proved to be a powerful tool in identifying and estimating the quantitative crystalline phase abundances present in the samples. This work demonstrated the capabilities of a combination ofμCT and XRP analyses for structural and microstructural characterizations of human urinary calculi samples. Moreover, the XRD data demonstrate that STV is the major constituent phase in all samples, which seems to be a tendency in Rio de Janeiro population. Clearly, there is a need for more studies on stone disease from Rio de Janeiro in order to isolate the fundamental reasons for the observed features of the kidney stones distribution.