Il calcolo vescicale gigante di Borgo Cerreto di Spoleto Università di Pisa Dipartimento di Oncologia, dei Trapianti e delle Nuove Tecnologie in Medicina Divisione di Paleopatologia, Storia della Medicina e Bioetica Gino Fornaciari Il calcolo vescicale gigante di Borgo Cerreto di Spoleto IV CONGRESSO NAZIONALE SOCIETA’ MEDICA INTERDISCIPLINARE PROMED GALILEO Simposio Satellite: Litiasi renale ed ecografia Euro Hotel, Cascina (PI), 7-8 giugno 2008

LE CALCOLOSI DELLE VIE URINARIE Calcoli del tratto urinario superiore (reni) Calcoli renali 2 principali forme di urolitiasi Calcoli del tratto urinario inferiore (vescica) Calcoli vescicali Diversa eziologia, composizione chimica ed epidemiologia

EZIOPATOGENESI Calcolosi vescicale Calcolosi renale + + regioni rurali o economicamente depresse (calcolosi vescicale endemica) elevata incidenza in aree economicamente avanzate Elevato consumo di proteine animali Deficienze nutrizionali durante l’infanzia + + Più zuccheri raffinati e meno fibre nella dieta Dieta povera di proteine animali e alto consumo di farinacei

COMPOSIZIONE CHIMICA Calcoli renali Calcoli vescicali Ossalato di calcio Ossalato e fosfato di calcio Fosfato di calcio Fosfato di magnesio e ammonio Acido urico Acido urico e ossalato Urato acido di ammonio Urato acido di ammonio e ossalato Cisteina 33 % 8% 34% 8% 6% 0% 20% 15% 4% 6% 0% 6% 0% 8% 0% 50% 3% 0%

ASPETTO Calcoli renali Calcoli vescicali Grande variabilità in forma e dimensioni; la maggior parte ha forma rotondeggiante e misura pochi mm in diametro. A seconda della composizione hanno forma e struttura interna caratteristiche (moriformi, “a corna di cervo”, cristallini, laminati, colore dal bianco al marrone) Calcoli renali Forma sferica o ovoide Dimensioni variabili tra pochi mm e 12 cm di diametro Superficie liscia Colore uniforme che va dal bianco crema al marrone scuro (cristallini, laminari, con nucleo centrale) Calcoli vescicali

EPIDEMIOLOGIA Calcoli renali Calcoli vescicali Adulti Giovani Età Sesso Classe socio-economica Dieta Composizione chimica Incidenza M/F = 12/1 M/F = 1,2/1 Tutte le classi sociali in paesi sviluppati Classi sociali inferiori, nelle zone rurali Elevato consumo di carne e zuccheri raffinati Strettamente vegetariana (poche proteine animali, molti carboidrati) Urato acido d’ammonio, acido urico, ossalato di calcio Fosfato di calcio, ossalato di calcio, altro Frequente Meno frequente (in occidente)

IL CALCOLO DI BORGO CERRETO, Spoleto (inizio XIX secolo) Nel 2001 l’esplorazione della cripta della chiesa dei Santi Gesù e Maria a Borgo Cerreto (Spoleto, Umbria) ha portato alla scoperta di 6 mummie naturali risalenti alla fine del XVIII e agli inizi del XIX secolo.

La mummia di Borgo Cerreto La mummia di una donna di età adulta, datata agli inizi del XIX secolo, conservava ancora in situ un calcolo vescicale gigante. Il corpo, in cattivo stato di conservazione, appariva parzialmente scheletrizzato, in particolare a livello del cranio e del torace, ma conservava parte dei tessuti molli a livello della regione addominale.

Il calcolo, di forma rotondeggiante, con un diametro di circa 7 Il calcolo, di forma rotondeggiante, con un diametro di circa 7.5 cm, occupava per intero il piccolo bacino Il calcolo vescicale, ancora in situ

Il calcolo gigante è ben visibile ai raggi X Proiezione antero-posteriore del bacino

Analisi chimica del calcolo Il calcolo consiste in una massa solida di forma rotondeggiante, leggermente appiattita ai poli, con diametro massimo di 7.5 cm e 110 g di peso. La superficie è liscia, di colore grigio con sfumature giallastre. Il calcolo

Il calcolo Per lo studio del calcolo sono stati utilizzati il microscopio elettronico a scansione (SEM), analisi microchimiche (spettroscopia a dispersione di energia) e la diffrattometria di massa, per definirne la composizione minerale e la struttura interna. L’approccio combinato di questi tipi di analisi permette di dare maggiori informazioni rispetto alle tecniche convenzionali, in quanto queste ultime tendono a sottostimare la complessità di calcoli che contengono più di un tipo di minerale.

SEM a 48 x SEM a 360 x Immagini al SEM della superficie del calcolo a diversi ingrandimenti mostrano un evidente aspetto cristallino SEM a 611 x

Immagine al SEM con le 5 aree della struttura esterna sulle quali è stata effettuata l’analisi. Microscopia elettronica a scansione e microanalisi Campioni dalla superficie esterna del calcolo sono stati esaminati con un microscopio SEM Leo435VP. Questo primo step di analisi, condotto su 5 aree, ha permesso di escludere ogni possibile contaminazione post-mortem.

Spectrum C N O Na Mg Si P S Cl K Ca Total 1 26.30 19.42 39.47 0.50 0.49 0.02 4.94 0.27 0.30 0.36 7.93 100.00 2 9.46 11.44 63.21 0.15 4.87 0.04 8.21 0.13 0.09 0.21 2.19 3 34.25 15.10 42.74 0.83 1.40 0.12 2.67 0.79 0.41 1.39 4 30.25 34.88 30.40 0.38 -0.04 0.84 0.10 1.46 1.44 5 11.40 11.72 62.41 4.73 -0.01 7.57 0.20 0.23 1.50 Media 22.33 18.51 47.65 0.35 2.37 0.03 4.85 0.19 0.53 2.89 Deviazione Std. 11.24 9.70 14.56 0.31 2.25 0.06 3.14 0.29 0.52 2.84 Max. Min. Tab.1 Composizione delle 5 aree della superficie esterna esaminate al SEM La tabella 1 mostra i risultati dello studio EDS delle 5 aree, che rivela un contenuto medio di: ossigeno = 47.65%, carbonio = 22.33%, azoto = 18.51%, fosforo = 4.85%, calcio = 2.89% e magnesio = 2.37%. Altri elementi quali sodio, zolfo, potassio, cloro e silicio sono presenti in proporzioni minori.

Immagine al SEM della struttura interna del calcolo con le 7 aree su cui sono state condotte le analisi.

Spectrum C N O Mg P K Ca Total 1 22.27 35.05 38.21 0.66 0.95 0.44 2.42 100.00 2 24.70 38.23 33.87 0.26 1.05 0.38 1.51 3 28.10 41.35 27.56 0.64 0.69 0.31 1.34 4 28.86 36.57 30.94 0.54 1.18 0.43 1.48 5 23.26 37.21 35.28 0.24 1.27 0.51 2.24 6 25.12 36.72 34.11 0.29 1.46 0.63 1.68 7 25.24 35.86 34.83 1.15 0.55 1.99 Media 25.36 37.28↑ 33.54↓ 1.11 0.47 1.81 Std. 2.39 2.05 3.40 0.18 0.25 0.11 0.41 Max. Min. Tab.2 Elementi rilevati in 4 punti e 3 aree della struttura interna del calcolo Le analisi della struttura interna hanno rivelato una concentrazione di ossigeno = 33.54, carbonio = 25.36% azoto = 37.28%, con proporzioni minori di calcio, magnesio, fosforo e potassio, mentre altri elementi, quali il silicio, il sodio, lo zolfo e il cloro, presenti nella struttura esterna, sono risultati assenti.

Diffrattogramma Diffrattometria ai raggi X L’analisi al diffrattrometro è un metodo semplice per determinare la quantità proporzionale dei componenti cristallini. Sono stati studiati 4 campioni da parti differenti della struttura esterna ed interna con un diffrattometro Philips x’Pert con radiazione CuK alfa. L’analisi ha rivelato la composizione minerale di ciascun campione, permettendo l’identificazione dei componenti cristallini

I campioni 1 e 2, appartenenti agli strati esterni, mostrano una più marcata ed evidente cristallizzazione rispetto ai campioni 3 e 4, appartenenti agli strati interni, a seguito di fenomeni diagenetici legati a continui e ripetuti scambi gassosi (umidità) con l’ambiente esterno. Gli strati interni, nei quali meno sensibile è stato il contatto con l’atmosfera esterna, sono risultati prevalentemente amorfi. 1 Il diffrattogramma dimostra chiaramente che gli strati esterni sono composti essenzialmente da fosfato idrato di magnesio e ammonio, nella fase cristallina nota come struvite, mentre la struttura laminata centrale e il nocciolo contengono sali di ammonio e di acido urico. 2 3 4 Sezione del calcolo con i diversi strati ben visibili

Fosfato idrato di magnesio e ammonio Campione Strato Composizione Nome Minerale Quantità 1 Corteccia esterna con macrocristalli MgNH4PO4.6H2O CaCO3 CaMgSi2O6 KHPO4 Fosfato idrato di magnesio e ammonio Carbonato e/o ossalato di calcio Fosfato misto di potassio e magnesio Fosfato acido di potassio Struvite Vaterite Diopsite Dominante Presenze minoritarie o dubbie Tracce 2 Corteccia e primi strati interni 3 Strati intermedi C5H3N4O3. NH4 Na2CO3 CaSiO4 3H2O CaMg(CO3) 2 K(H2PO4) MgKPO4 Sali di ammonio di acido urico Carbonato di sodio Silicato idrato di calcio Carbonato di calcio e magnesio Carbonato di calcio Fosfato biacido di potassio --- Natrite Dolomite 4 Nucleo

CONCLUSIONI I sali di ammonio di acido urico, trovati nel nocciolo del calcolo, costituiscono una delle più comuni componenti dei calcoli vescicali, mentre il fosfato di magnesio e ammonio, trovato negli strati esterni, è meno frequente. Questa composizione è in genere secondaria ad un’infezione, con formazione di un’urina alcalina e conseguente cristallizzazione di struvite. I calcoli di struvite possono originarsi ex novo oppure complicare una calcolosi, quando preesistenti calcoli vengono colonizzati da batteri. Calcolo di Borgo Cerreto Pertanto, il calcolo di Borgo Cerreto, causato nella sua fase iniziale da fattori ambientali di verosimile natura alimentare (alimentazione scadente), si complicò e si accrebbe in seguito ad un infezione vescicale, la quale provocò infine il decesso della paziente. Fra l’altro in Umbria la presenza di calcolosi doveva essere endemica, almeno a giudicare dalla tradizione della litotomia, che era la principale specializzazione della scuola chirurgica di Preci (Perugia), famosa a partire dal basso Medioevo in poi.

PALEOPATOLOGIA In accordo con i dati epidemiologici e storici I calcoli vescicali di grandi dimensioni sono i più comuni Italia, Sicilia, 6.500 a.C. (calcolo vescicale) Francia merid., 2100 a.C. (calcolo vescicale) Inghilterra, Yorkshire, 2000-700 a.C. (calcolo vescicale) Ungheria, età del Bronzo (calcolo vescicale) Germania, 500-250 a.C. (calcoli probab. renali in resti di un cremato) Inghilterra, Somerset, 450-1000 d.C. (calcoli vescicali) Ungheria, Periodo Avaro, VI-VII secolo (calcolo vescicale) Danimarca, 1300-1500 d.C. (calcolo renale) Italia, inizio XIX secolo (calcolo vescicale) Europa 22

Scheletro predinastico, 3900-3100 a.C. (3 calcoli vescicali) Abido, 3500 a.C. (M, 16 anni, calcolo vescicale) Helouan, 3100 a.C. (vari individui, probabilmente calcoli renali) Naga el-Deir, 2800 a.C. (4 calcoli renali) Mummia dell’Antico Regno (2650-2150 a.C.) (calcolo renale) Mummia della XXI dinastia, 1069-945 a.C. (calcolo triangolare inserito in una narice!) Jebel Moya, Sudan, 1000-100 a.C. (vari individui con calcoli vascicali) Egitto Calcoli, probabilmente renali, da 3 scheletri provenienti da Heluan e datati alla I dinastia (3100 a.C.) 23

Kentucky, 3500-3000 a.C. (3 individui con calcoli renali o vescicali) Illinois, 1500 a.C. (calcolo renale) Arizona, 100 a.C.-500 d.C. (mummia, calcolo vescicale) Arizona, 500-750 d.C. (calcolo vescicale) Utah, 950-1100 d.C. (calcolo vescicale) Cile, 1000 d.C. (mummia, calcolo dell’uretra) Cile, 1100-1200 d.C. (calcolo vescicale) Arizona, 1100-1250 d.C. (calcolo vescicale) Indiana, 1500 d.C. (calcoli renali bilaterali) West Virginia, 1600-1700 d.C. (calcolo renale) America Calcolo rinvenuto in una mummia dell’Arizona (100-500 a.C.) 24

RIFERIMENTI STORICI I riferimenti riguardano soprattutto la calcolosi vescicale piuttosto che renale Dieta vegetale delle antiche popolazioni Rig Veda e Atharva Veda (India) (1500 a.C.) Incantesimi contro varie malattie, tra cui i calcoli vescicali Talmud Babilonese (325-427 d.C.) Riferimenti alla calcolosi vescicale Distingue calcoli renali e vescicali e raccomanda diuretici e largo consumo di acqua per eliminarli; proibisce la litotomia, riconoscendola fatale Ippocrate (460-370 a.C.) (Grecia) “Libro dell Medicina assiro” (300 a.C.) 2 pozioni elaborate per espellere o sciogliere calcoli renali Scuola Medica di Alessandria (100 a.C.) Ammonio e Rufo di Efeso mettono a punto tecniche chirurgiche per rimuovere calcoli vescicali 25

Razes (865-925 d.C.), medicina araba Celso effettua numerose operazioni di litotomia (vol.8, De Medicina); Galeno descrive la litotomia perineale laterale Roma (I secolo d.C.) Razes (865-925 d.C.), medicina araba Descrive sia i calcoli renali che vescicali ritenendoli conseguenza di consumo di sale e clima caldo Riteneva che la causa della calcolosi vescicale fosse un eccesso di materia nelle urine Avicenna (980-1037 d.C.) Dal XVIII secolo Aprono numerosi reparti ospedalieri in Europa per la pratica della litotomia Strumenti vari per la litotomia vescicale. Scuola chirurgica di Preci (Umbria), XVII secolo 26

(seconda metà del XVIII secolo) Strumentario chirurgico di Giovanni Alessandro Brambilla per interventi di litotomia. Strumenti in acciaio e avorio costruiti da Joseph Maillard, Vienna (seconda metà del XVIII secolo) 27

Operazione di litotomia nel trattato di François Tolet, 1682 Un’operazione di litotomia nel Trattato di Tommaso Alghisi (1707). 28