临床生物化学/尿路结石症的生物化学

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尿路结石症是地区性常见病多发病。我国尿石症的多发地区是广东、广西、贵州、云南、四川、福建、台湾、浙江、江西、安徽、湖南、湖北、陕西、河南东部、山东、苏北、吉林双城堡等地。

尿石症大体可分为上尿路结石症(肾结石输尿管结石)与下尿路结石症(膀胱结石尿道结石等)。随着工农业生产的发展和生活水平的提高,上尿路结石就诊率明显升高,下尿路结石明显下降。

(一)尿路结石的化学组成及结构特点

尿石一般由三部分组成:①中心部或核;②沉积的晶体物质;③基质

尿石的核心通常位于尿石的中心,是尿石生成中最早出现的部分。核心的组成常能反映当时体内的代谢变化。对尿石核心的分析对探讨尿石的成因也有一定价值。有的尿石核心由晶体物质及基质组成,也有的尿石核心是凝血块、细胞碎屑、管型、菌落、异物等。

尿石的基质是各种尿石共有的成分,是由粘蛋白类构成,基质在含钙尿石中占结石总量的2.5%左右,在胱氨酸结石中基质约占9%-11%,而在罕见的基质结石中基质可达结石总重量的60%左右。基质作为结石的网架,晶体沉积于其上。

尿石的晶体物质种类较多,其性质及来源各不相同,尿石的晶体成分见表6-7。

表6-7 尿石的晶体成分

成分 分子式
一水草酸钙 CaC2O4.H2O
二水草酸钙 CaC2O4.2H2O
磷酸镁铵 MgNH4PO4.6H2O
碳酸磷灰石 Ca10(PO4,CO3OH)6(OH)2
羟基磷灰石 Ca10(PO46(OH)2
二水磷酸氢钙 CaHPO4.2H2O
尿酸 C5H4N4O3
尿酸钠 NaHC5H2N4O3.H2O
尿酸铵 NH4HC5H2N4O3.H2O
磷酸三钙 Ca3(PO42
胱氨酸 [-S.CH2CH(NH2).COOH]2
黄嘌呤 C5H4N4O2

一种尿石可含一种或数种晶体成分,据国内有关报告初步统计,我国国内尿路结石以含草酸钙的混合结石最为多见,个别地区尿酸结石较其他地区为高。尿石分析可用化学分析方法、微量重结晶分析法、X线粉晶分析、红外线光谱分析偏光显微镜分析等。

尿石的结构及其意义见表6-8。

(二)尿路结石的成因及形成机制

尿路结石的成因问题颇为复杂,它涉及结石成分由尿中排泄增加、尿液pH的变化、环境及某些生活习惯、营养因素、神经因素及尿液淤滞等。

表6-8 尿石的结构特点及其意义

结构 组成成分 意义
核心 基质与晶体成分(草酸盐、磷酸 为尿石生成中最早出现的部分,肾小管中形成
盐)、血块、细胞碎屑管型、菌 的微石进入肾盏,长大成为尿石
落、异物等,核心一个或多个
同心层 由晶体及基质组成年轮样结构,基质也 草酸钙结石及尿酸结石中同心层结构明
具有同心层结构,形成结石网架
放射条纹 与同心层相垂直,长度相当于1个同心 只存在于一水草酸钙、尿酸或磷酸氢钙等单一
层的宽度,由纤维状基质组成 成分区域,与同心层并存
小球体 每个尿石中皆有不同数目的1mm左右 小球体即微小结石,尿石可为多个小球体的聚
的小球体存在,由基质及晶体组成 合体,说明微小结石不断从肾乳头脱落,聚集
成尿石

高钙尿症尿钙的增高与含钙尿石的形成有密切关系,但是高钙尿症并非形成尿石的唯一决定性因素。许多尿石患者尿钙含量正常,高钙尿症也不一定都合并尿石症。只是在原发性甲状旁腺功能亢进症肾小管性酸中毒特发性高钙尿症等情况下较多见尿石的发生。

⒉草酸代谢紊乱草酸钙是尿路结石的主要成分。尿中排泄的草酸约有40%来自富含草酸的食物,还有一半是来自体内氨基酸甘氨酸丝氨酸羟脯氨酸)和维生素C的代谢转变。原发性高草酸症是先天性的酶缺陷所致,包括Ⅰ型(α-酮戊二酸乙醛酸裂合酶缺陷)和Ⅱ型(D-甘油酸脱氢酶缺陷)。原发性高草酸尿症Ⅰ型由前述三种氨基酸代谢生成的乙醛酸难于进一步转变成α-羟基β-酮基已二酸,因而造成乙醛酸堆积,由乙醛酸生成草酸增加。原发性高草酸尿症Ⅱ型则表现为由丝氨酸生成的羟基丙酮酸堆积,导致L-甘油酸和草酸的生成增加。

维生素B6及维生素B1构成上述氨基酸代谢酶的辅酶,因而当维生素B6与B1缺乏时亦可导致草酸代谢紊乱,即乙醛酸向氨基酸的转化发生障碍而转向草酸的生成,因而促进草酸钙结石的生成。草酸代谢紊乱与镁的缺乏也有密切的关系,动物实验表明,饲以缺镁食饵即可形成草酸钙结石,而且这种结石形成过程可因投予镁而被阻止。据认为镁的吸收可以抑制钙的吸收,镁离子可使尿中草酸钙的溶解度显著增高,有人曾主张测定尿中镁/磷比值,若镁/磷比值在0.1以下即可认为是“镁失调尿”,他们认为“镁失调尿”是草酸钙结石形成的重要条件。

内生性草酸的35%-50%是由维生素C转变而来。维素C(L-抗坏血酸)在体内首先被氧化成L-脱氢抗坏血酸(在细胞色素分子氧等参加下),再经内酯酶作用而生成2,3-二酮古洛糖酸,后者再分解成草酸和L-苏阿糖酸。大量服用维生素C可引起内生性草酸的大量生成而有发生草酸钙结石的可能,动物实验也表明了这一点。

⒊尿酸代谢紊乱尿酸是体内嘌呤代谢的产物。发生高尿酸血症的原因在于组织中核酸分解破坏的增加以及摄取富含嘌呤及核酸食物的增加。约25%的痛风病人有尿酸结石,尿酸结石病人的25%合并痛风。高尿酸血症可同时出现高尿酸尿症。

随着鱼肉类食品及乙醇饮料摄取量的增加,痛风及无症状性高尿酸血症有增加的趋势。痛风已被看做是以原发性高尿酸血症为基础、以关节炎发作为主要症状,合并肾损害(痛风肾)、高血压脂类糖代谢异常、肥胖等的全身性代谢异常疾病。其尿液pH有强烈的偏酸的倾向,因而易形成尿酸结晶和尿酸结石。血清及尿中尿酸浓度越高,肾结石发生率也越高。尿pH越低,肾结石发生率亦越高。尿酸在偏酸(pH6以下)条件下易处于过饱和状态,而利于尿酸结石的形成。

黄嘌呤是嘌呤代谢的中间产物,溶解度低。黄嘌呤结石是由于黄嘌呤氧化酶的缺陷而致嘌呤代谢障碍,尿中黄嘌呤沉积而成为尿石。

⒋胱氨酸代谢障碍胱氨酸尿症是肾及肠道中氨基酸转运的先天性异常。尿中胱氨酸、鸟氨酸赖氨酸等排出增加,可出现复发性尿路结石。

⒌尿pH与结石形成的关系(表6-9)。

表6-9 成石物质的溶解度与尿pH的关系

成石物质 酸性尿中情况 碱性尿中情况
尿 酸 (pH5.0附近)沉淀 (pH6.5以上)溶解
胱氨酸 (pH4.5-7.0)沉淀 (pH7.5-7.8)溶解
草酸钙 (pH6.0以下)沉淀 (pH>7)沉淀
磷酸钙 (pH6.0以下)溶解 (pH>7)沉淀
磷酸镁铵 (pH6.0以下)溶解 (pH>7)沉淀

由表6-9可以看出不同成分尿石的形成是在不同的pH下进行的,在偏酸性的尿中易形成尿酸及胱氨酸结石;在偏碱性尿中易形成磷酸钙及磷酸镁铵结石。

⒍尿中结晶抑制物的缺乏尿中成石物质的浓度一般都大于其溶解度,因而都处于过饱和状态。在正常尿中存在着一些作用很强的结晶抑制物-焦磷酸盐、粘多糖柠檬酸、镁离子、尿素丙氨酸、锰离子在及锌离子等。尿石症病人尿中由于缺乏某些结晶抑制物,导致其尿液的结晶倾向增高。例如草酸钙结石病人尿镁浓度的减低,尿石病人尿液柠檬酸排出量减低等均是这方面的例证。

⒎结石基质在尿路结石形成中的作用尿石形成的基质学说认为是基质前身物先转化为基质,再以基质为模板吸附或粘着晶体物质而形成结石。在结石形成者的尿中,粘多糖的硫酸化程度比正常尿中的为高。硫酸粘多糖上的硫酸根可能起着在肾内形成难溶性钙盐的作用。因此,高度硫酸化的粘多糖看来是含钙结石形成的重要因素,基质物质A为基质主要成分。

⒏其他因素关于水质硬度与尿石发生的关系报告尚不一致,广东东莞、花县以及贵州六盘水地区尿石的发生与水质硬度有关。维生素A缺乏易导致过饱和的碱性尿液,还可使上皮脱落,刺激基质蛋白的分泌。精神紧张交感神经反射的刺激易引起肾石发生。尿石病人尿中尿激酶活性比正常人低,而尿激酶能促进纤维蛋白溶解,保持尿路的通畅。

关于各种尿石的生化成因及特点列于表6-10

(三)尿中防治的临床生化(表6-11)

表6-10 各种尿石的生化成因及特点

结石种类 生化成因 尿液及结石的特点
草酸钙结石 原发性高草酸尿症(先天性酶缺陷) 尿钙高
甲状旁腺功能亢进 尿草酸增高
尿镁及尿磷降低
继发性高草酸尿(膳食性) 尿pH5.0-6.5
维生素B6、B1缺乏,Mg2+缺乏,回肠 尿中有草酸钙结晶
切除,胆盐重吸收减弱,胆盐分解放出 成堆现象
甘氨酸,转化成草酸,形成草酸盐结 尿沉淀加盐酸溶解
石,多数特发性草酸钙石原因未明 尿石同心层明显,二水草酸
钙白而脆,一水草酸钙褐色坚硬
磷酸钙结石 特发性高钙尿症 尿钙增高
甲状旁腺功能亢进症 尿pH>7.0
肾小管性酸中毒,长期卧床 尿沉淀和醋酸溶解
骨肿瘤引起高钙尿症尿液 结石白色松脆
偏碱,尿中粘蛋白改变等 碳酸磷灰石加HCl有气泡生成
磷酸镁铵结石 尿路感染细菌尿素酶将尿素分解为氨 尿细菌培养阳性
与CO2形成碳酸铵,再与镁及磷酸盐 尿可见磷酸镁铵结晶尿pH>7.0
成磷酸镁铵沉淀 尿沉淀加醋酸溶解
尿酸结石 高尿酸尿症 尿中尿酸可增高
尿pH偏酸,尿酸沉积 尿液pH<5
“特发性尿酸结石”机制未明 尿沉淀加碱溶解
尿中可见尿酸结晶
尿石呈金黄色,同心层明显
胱氨酸结石 胱氨酸、鸟氨酸、精氨酸、赖氨酸在肾 尿中胱氨酸增加
小肠转运障碍,肾重吸收障碍,尿中 尿pH偏低
大量排泄胱氨酸,沉积而成为胱氨酸结 尿中可有胱氨酸结晶

表6-11 防治尿石的生化原理

结石种类 防治药物 防治尿石的生化原理
氧化镁 纠正镁失调,Mg2+与Ca2+竞争草酸根,阻止尿石生长,增
加草酸钙溶解度
草酸钙结石 维生素B6 纠正氨基酸代谢紊乱,降低内生性草酸
无机磷酸盐 增加尿中焦磷酸盐,抑制结石生长
亚甲蓝 阻止基质与晶体结合,妨碍基质的产生,
磷酸纤维素 聚合与钙形成不吸收的复合物,降低尿钙
酪氨酸 降低内生性草酸,阻断羟脯氨酸生成草酸
别嘌呤醇 抑制尿酸生成,防止草酸钙结合长大
四环素 金属离子螯合,与亚甲蓝作用类似

续表

结石种类 防治药物 防治尿石的生化原理
磷酸钙结石 氢氧化铝 在肠道与磷形成不溶性磷酸铝减少吸收
柠檬酸 在尿中与钙形成可溶性物质
葡萄糖醛酸 形成葡萄糖醛酸甙,利于钙结石溶解
萜烯类 与葡萄糖醛酸结合成葡萄糖醛酸甙
酸性磷酪盐与NH4+Cl- 酸化尿液,促进磷酸钙溶解,降尿钙
磷酸纤维素 与钙形成不吸收的复合物,降低尿钙
磷酸镁铵结石 抗生素 控制尿路感染,减少尿中尿素酶及尿铵
乙酰羟肟酸 尿素酶抑制剂,减少尿素分解
丙氨酸 防止尿粘蛋白的聚合
尿酸结石 别嘌呤醇 抑制体内黄嘌呤氧化酶,从而抑制尿酸生成
柠檬酸盐 碱化尿液至pH6.5,使尿酸结石溶解
胱氨酸结石 青霉胺 青霉胺与半胱氨酸结合,形成溶解度很大的复合
物,减少胱氨酸的生成
柠檬酸盐 碱化尿液至pH7.5,促进胱氨酸结石的溶解
32 钙、磷代谢异常 | 镁代谢及其异常 32
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