利用衰减全反射 - 傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜 - 能量色散 X 射线、X 射线荧光及 X 射线衍射技术对摩洛哥患者不同人类胆结石类型的形态化学表征

时间:2026年5月21日
来源:Kuwait Journal of Science

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胆石症是一个严重的全球性公共卫生问题。然而,关于摩洛哥社区内胆结石特征的研究十分有限。对胆结石进行详细调查对于确定致病因素和理解其形成过程至关重要。本研究旨在对来自 65 名摩洛哥患者的胆结石进行分类和表征。首先通过衰减全反射 – 傅里叶变换红外光谱(ATR-

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胆石症是一个严重的全球性公共卫生问题。然而,关于摩洛哥社区内胆结石特征的研究十分有限。对胆结石进行详细调查对于确定致病因素和理解其形成过程至关重要。本研究旨在对来自 65 名摩洛哥患者的胆结石进行分类和表征。首先通过衰减全反射 – 傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)分析胆结石样本以确定其官能团,随后将其分为不同类型。利用扫描电子显微镜 - 能量色散 X 射线(SEM-EDX)、X 射线荧光(XRF)和 X 射线衍射(XRD)技术确定了每种胆结石类型的形态、微观结构和成分特征。基于 ATR-FTIR 结果,胆结石被分为纯胆固醇结石(n=20;30.8%)、纯色素结石(n=2;3.1%)和混合结石(n=43;66.1%)。SEM-EDX 结果显示,每种类型的胆结石均表现出独特的微观结构,且与其元素组成密切相关。利用 XRF 技术发现,色素结石和混合结石含有多种元素,如 Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Pb、S、Br 和 K,而纯胆固醇结石仅含有 Ca、Fe 和 Zn。XRD 分析表明,纯胆固醇结石呈结晶状,主要由无水胆固醇组成,而色素结石呈无定形。混合结石表现出异质成分,含有多种结晶相的钙盐,包括碳酸钙的多晶型物(方解石、球霰石、文石)、磷酸钙(羟基磷灰石)以及脂肪酸钙(棕榈酸钙水合物和硬脂酸钙)。这些发现揭示了胆结石的异质性,有助于更好地理解其形成机制,并指导预防和非手术治疗策略的制定。
胆石症(Gallstone disease, GSD)作为全球范围内影响数百万人的重大公共卫生问题,其治疗虽以手术切除为主,但深入解析结石的化学组成对于阐明成石机制及开发非手术疗法至关重要。尽管国际上已有多种分类体系,但受地理起源、分析方法及分类参数(如化学成分、形态特征等)差异的影响,目前尚无统一的胆结石分类标准。既往研究多集中于胆固醇含量划分,而随着分析技术的进步,磷酸盐、碳酸钙、胱氨酸及蛋白质等新型结石类别逐渐被纳入分类系统。在摩洛哥,针对胆结石风险因素及化学成分的研究相对匮乏,现有数据难以全面反映该地区人群的胆结石特征。鉴于此,本研究旨在利用多种先进的分析技术,对摩洛哥贝尼梅拉勒(Beni-Mellal)地区患者的胆结石进行系统的形态化学表征,以填补这一地域性数据空白,并为该地区的胆石症预防和诊疗提供科学依据。该研究成果发表于《Kuwait Journal of Science》。

研究人员开展了一项基于 65 例摩洛哥患者胆结石样本的回顾性形态化学分析研究。研究样本来源于 2021 年 12 月至 2022 年 11 月期间在摩洛哥贝尼梅拉勒 Bellevue 病理解剖学实验室收集的胆结石。研究团队采用了一套多技术联用的分析策略:首先利用衰减全反射 - 傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)技术对结石进行初步分类和官能团鉴定;随后结合扫描电子显微镜 - 能量色散 X 射线(SEM-EDX)技术观察其微观形貌及微区元素组成;利用 X 射线荧光(XRF)光谱技术进行无损的全元素定量分析,特别是针对微量元素;最后通过 X 射线衍射(XRD)技术确定结石内部矿物相的晶体结构。这一系列技术手段的综合运用,使得研究人员能够从宏观到微观、从元素到分子结构全方位地解析胆结石的复杂组成。研究结论表明,摩洛哥地区胆结石类型呈现高度异质性,其中混合性结石占比最高,且不同类别的结石在微观结构、元素分布及结晶状态上存在显著差异。这一发现不仅丰富了全球胆结石流行病学数据库,特别是补充了北非地区的数据,更为理解该地区人群胆结石的特异性成因、制定区域性的饮食预防策略以及探索针对性的非手术溶石疗法提供了重要的理论支撑。

研究结果详细阐述了各类胆结石的特征。在利用 ATR-FTIR 光谱对胆结石进行分类的研究中,研究人员发现 65 例样本可分为三大类及六个亚型。纯胆固醇结石占比 30.8%,其光谱特征与标准胆固醇谱图高度一致;纯色素结石(主要为胆红素钙)占比 3.1%;而混合性结石占比高达 66.1%,并进一步细分为胆固醇与胆红素钙混合、含磷酸钙及碳酸钙的复杂混合等多种亚型。这表明在摩洛哥患者中,成分复杂的混合性结石是主要存在形式。

在形态学特征方面,通过宏观观察与 SEM 微观成像研究发现,纯胆固醇结石多呈椭圆形或球形,表面光滑,内部呈现放射状层叠的片状晶体结构;纯色素结石则表现为黑色、无定形且易碎的颗粒,缺乏明显分层;混合性结石形态各异,颜色从棕褐色到黑绿色不等,内部结构复杂,常表现为层状与无定形结构的混合体,其微观形貌与其化学成分的多样性紧密相关。

在元素与晶体结构表征方面,EDX 与 XRF 分析结果显示,钙(Ca)是各类结石中普遍存在的主要无机元素,但在纯胆固醇结石中含量极低。色素结石和混合结石中检测到了丰富的微量元素,包括 Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Pb、S、Br 和 K 等,其中铅(Pb)的存在可能与环境污染或吸烟等生活习惯有关。XRD 分析进一步揭示,纯胆固醇结石具有高度结晶性,主要成分为无水胆固醇;纯色素结石主要呈无定形结构;而混合结石则表现出复杂的异质结晶特征,包含方解石、球霰石、文石等多种碳酸钙多晶型物,以及羟基磷灰石和脂肪酸钙(如棕榈酸钙水合物、硬脂酸钙)等多种结晶相。

讨论部分总结指出,摩洛哥地区胆结石以富含胆固醇的类型为主(包括纯胆固醇结石和胆固醇 - 胆红素钙混合结石),这一发现与印度、斯里兰卡等地的研究结果相似,而与东亚地区色素结石高发的情况形成对比,提示了遗传、环境及饮食结构(如高胆固醇、高饱和脂肪摄入)在地域性成石机制中的关键作用。研究还强调了微量元素在结石形成中的潜在角色,如铁缺乏可能促进胆固醇过饱和,而重金属蓄积可能引发慢性炎症。

研究结论部分表明,该研究证实了纯胆固醇结石和混合性结石(尤其是胆固醇 - 胆红素钙亚型)是摩洛哥贝尼梅拉勒地区最主要的胆结石类型。综合多种分析技术证实,不同类型的胆结石具有独特的微观结构、元素组成和晶体模式。纯胆固醇结石主要为结晶态的无水胆固醇,色素结石为无定形,而混合结石则包含多种结晶钙盐及脂肪酸钙。这些结构与成分上的显著差异暗示了不同的成石机制,为理解胆结石的发病机理提供了重要见解。深入掌握这些特征有助于制定针对该地区的特异性预防策略(如饮食指导),并支持未来非手术溶石疗法的设计与优化,从而在摩洛哥医疗体系中降低结石复发率并优化管理方案。

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