臨床生物化學/尿路結(jié)石癥的生物化學
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尿路結(jié)石癥是地區(qū)性常見病、多發(fā)病。我國尿石癥的多發(fā)地區(qū)是廣東、廣西、貴州、云南、四川、福建、臺灣、浙江、江西、安徽、湖南、湖北、陜西、河南東部、山東、蘇北、吉林雙城堡等地。
尿石癥大體可分為上尿路結(jié)石癥（腎結(jié)石、輸尿管結(jié)石）與下尿路結(jié)石癥（膀胱結(jié)石、尿道結(jié)石等）。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和生活水平的提高，上尿路結(jié)石就診率明顯升高，下尿路結(jié)石明顯下降。
（一）尿路結(jié)石的化學組成及結(jié)構(gòu)特點
尿石一般由三部分組成：①中心部或核；②沉積的晶體物質(zhì)；③基質(zhì)。
尿石的核心通常位于尿石的中心，是尿石生成中最早出現(xiàn)的部分。核心的組成常能反映當時體內(nèi)的代謝變化。對尿石核心的分析對探討尿石的成因也有一定價值。有的尿石核心由晶體物質(zhì)及基質(zhì)組成，也有的尿石核心是凝血塊、細胞碎屑、管型、菌落、異物等。
尿石的基質(zhì)是各種尿石共有的成分，是由粘蛋白類構(gòu)成，基質(zhì)在含鈣尿石中占結(jié)石總量的2.5％左右，在胱氨酸結(jié)石中基質(zhì)約占9％-11％，而在罕見的基質(zhì)結(jié)石中基質(zhì)可達結(jié)石總重量的60％左右。基質(zhì)作為結(jié)石的網(wǎng)架，晶體沉積于其上。
尿石的晶體物質(zhì)種類較多，其性質(zhì)及來源各不相同，尿石的晶體成分見表6-7。
表6-7 尿石的晶體成分
| 成分 | 分子式 |
| 一水草酸鈣 | CaC2O4.H2O |
| 二水草酸鈣 | CaC2O4.2H2O |
| 磷酸鎂銨 | MgNH4PO4.6H2O |
| 碳酸磷灰石 | Ca10（PO4，CO3OH）6（OH）2 |
| 羥基磷灰石 | Ca10（PO4）6（OH）2 |
| 二水磷酸氫鈣 | CaHPO4.2H2O |
| 尿酸 | C5H4N4O3 |
| 尿酸鈉 | NaHC5H2N4O3.H2O |
| 尿酸銨 | NH4HC5H2N4O3.H2O |
| 磷酸三鈣 | Ca3（PO4）2 |
| 胱氨酸 | ［-S.CH2CH（NH2）.COOH］2 |
| 黃嘌呤 | C5H4N4O2 |
一種尿石可含一種或數(shù)種晶體成分，據(jù)國內(nèi)有關(guān)報告初步統(tǒng)計，我國國內(nèi)尿路結(jié)石以含草酸鈣的混合結(jié)石最為多見，個別地區(qū)尿酸結(jié)石較其他地區(qū)為高。尿石分析可用化學分析方法、微量重結(jié)晶分析法、X線粉晶分析、紅外線光譜分析、偏光顯微鏡分析等。
尿石的結(jié)構(gòu)及其意義見表6-8。
（二）尿路結(jié)石的成因及形成機制
尿路結(jié)石的成因問題頗為復雜，它涉及結(jié)石成分由尿中排泄增加、尿液pH的變化、環(huán)境及某些生活習慣、營養(yǎng)因素、神經(jīng)因素及尿液淤滯等。
表6-8 尿石的結(jié)構(gòu)特點及其意義
| 結(jié)構(gòu) | 組成成分 | 意義 |
| 核心 | 基質(zhì)與晶體成分（草酸鹽、磷酸 | 為尿石生成中最早出現(xiàn)的部分，腎小管中形成 |
| 鹽）、血塊、細胞碎屑管型、菌 | 的微石進入腎盞，長大成為尿石 | |
| 落、異物等，核心一個或多個 | ||
| 同心層 | 由晶體及基質(zhì)組成年輪樣結(jié)構(gòu)，基質(zhì)也 | 在草酸鈣結(jié)石及尿酸結(jié)石中同心層結(jié)構(gòu)明 |
| 具有同心層結(jié)構(gòu)，形成結(jié)石網(wǎng)架 | 顯 | |
| 放射條紋 | 與同心層相垂直，長度相當于1個同心 | 只存在于一水草酸鈣、尿酸或磷酸氫鈣等單一 |
| 層的寬度，由纖維狀基質(zhì)組成 | 成分區(qū)域，與同心層并存 | |
| 小球體 | 每個尿石中皆有不同數(shù)目的1mm左右 | 小球體即微小結(jié)石，尿石可為多個小球體的聚 |
| 的小球體存在，由基質(zhì)及晶體組成 | 合體，說明微小結(jié)石不斷從腎乳頭脫落，聚集 | |
| 成尿石 |
⒈高鈣尿癥尿鈣的增高與含鈣尿石的形成有密切關(guān)系，但是高鈣尿癥并非形成尿石的唯一決定性因素。許多尿石患者尿鈣含量正常，高鈣尿癥也不一定都合并尿石癥。只是在原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進癥、腎小管性酸中毒、特發(fā)性高鈣尿癥等情況下較多見尿石的發(fā)生。
⒉草酸代謝紊亂草酸鈣是尿路結(jié)石的主要成分。尿中排泄的草酸約有40％來自富含草酸的食物，還有一半是來自體內(nèi)氨基酸（甘氨酸、絲氨酸、羥脯氨酸）和維生素C的代謝轉(zhuǎn)變。原發(fā)性高草酸癥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-甘油酸脫氫酶缺陷）。原發(fā)性高草酸尿癥Ⅰ型由前述三種氨基酸代謝生成的乙醛酸難于進一步轉(zhuǎn)變成α-羥基β-酮基已二酸，因而造成乙醛酸堆積，由乙醛酸生成草酸增加。原發(fā)性高草酸尿癥Ⅱ型則表現(xiàn)為由絲氨酸生成的羥基丙酮酸堆積，導致L-甘油酸和草酸的生成增加。
維生素B6及維生素B1構(gòu)成上述氨基酸代謝酶的輔酶，因而當維生素B6與B1缺乏時亦可導致草酸代謝紊亂，即乙醛酸向氨基酸的轉(zhuǎn)化發(fā)生障礙而轉(zhuǎn)向草酸的生成，因而促進草酸鈣結(jié)石的生成。草酸代謝紊亂與鎂的缺乏也有密切的關(guān)系，動物實驗表明，飼以缺鎂食餌即可形成草酸鈣結(jié)石，而且這種結(jié)石形成過程可因投予鎂而被阻止。據(jù)認為鎂的吸收可以抑制鈣的吸收，鎂離子可使尿中草酸鈣的溶解度顯著增高，有人曾主張測定尿中鎂/磷比值，若鎂/磷比值在0.1以下即可認為是“鎂失調(diào)尿”，他們認為“鎂失調(diào)尿”是草酸鈣結(jié)石形成的重要條件。
內(nèi)生性草酸的35％-50％是由維生素C轉(zhuǎn)變而來。維素C（L-抗壞血酸）在體內(nèi)首先被氧化成L-脫氫抗壞血酸（在細胞色素、分子氧等參加下），再經(jīng)內(nèi)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-蘇阿糖酸。大量服用維生素C可引起內(nèi)生性草酸的大量生成而有發(fā)生草酸鈣結(jié)石的可能，動物實驗也表明了這一點。
⒊尿酸代謝紊亂尿酸是體內(nèi)嘌呤代謝的產(chǎn)物。發(fā)生高尿酸血癥的原因在于組織中核酸分解破壞的增加以及攝取富含嘌呤及核酸食物的增加。約25％的痛風病人有尿酸結(jié)石，尿酸結(jié)石病人的25％合并痛風。高尿酸血癥可同時出現(xiàn)高尿酸尿癥。
隨著魚肉類食品及乙醇飲料攝取量的增加，痛風及無癥狀性高尿酸血癥有增加的趨勢。痛風已被看做是以原發(fā)性高尿酸血癥為基礎(chǔ)、以關(guān)節(jié)炎發(fā)作為主要癥狀，合并腎損害（痛風腎）、高血壓、脂類及糖代謝異常、肥胖等的全身性代謝異常的疾病。其尿液pH有強烈的偏酸的傾向，因而易形成尿酸結(jié)晶和尿酸結(jié)石。血清及尿中尿酸濃度越高，腎結(jié)石發(fā)生率也越高。尿pH越低，腎結(jié)石發(fā)生率亦越高。尿酸在偏酸（pH6以下）條件下易處于過飽和狀態(tài)，而利于尿酸結(jié)石的形成。
黃嘌呤是嘌呤代謝的中間產(chǎn)物，溶解度低。黃嘌呤結(jié)石是由于黃嘌呤氧化酶的缺陷而致嘌呤代謝障礙，尿中黃嘌呤沉積而成為尿石。
⒋胱氨酸代謝障礙胱氨酸尿癥是腎及腸道中氨基酸轉(zhuǎn)運的先天性異常。尿中胱氨酸、鳥氨酸、賴氨酸等排出增加，可出現(xiàn)復發(fā)性尿路結(jié)石。
⒌尿pH與結(jié)石形成的關(guān)系（表6-9）。
表6-9 成石物質(zhì)的溶解度與尿pH的關(guān)系
| 成石物質(zhì) | 酸性尿中情況 | 堿性尿中情況 |
| 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 |
| 草酸鈣 | （pH6.0以下）沉淀 | （pH＞7）沉淀 |
| 磷酸鈣 | （pH6.0以下）溶解 | （pH＞7）沉淀 |
| 磷酸鎂銨 | （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下進行的，在偏酸性的尿中易形成尿酸及胱氨酸結(jié)石；在偏堿性尿中易形成磷酸鈣及磷酸鎂銨結(jié)石。
⒍尿中結(jié)晶抑制物的缺乏尿中成石物質(zhì)的濃度一般都大于其溶解度，因而都處于過飽和狀態(tài)。在正常尿中存在著一些作用很強的結(jié)晶抑制物－焦磷酸鹽、粘多糖、檸檬酸、鎂離子、尿素、丙氨酸、錳離子在及鋅離子等。尿石癥病人尿中由于缺乏某些結(jié)晶抑制物，導致其尿液的結(jié)晶傾向增高。例如草酸鈣結(jié)石病人尿鎂濃度的減低，尿石病人尿液檸檬酸排出量減低等均是這方面的例證。
⒎結(jié)石基質(zhì)在尿路結(jié)石形成中的作用尿石形成的基質(zhì)學說認為是基質(zhì)前身物先轉(zhuǎn)化為基質(zhì)，再以基質(zhì)為模板吸附或粘著晶體物質(zhì)而形成結(jié)石。在結(jié)石形成者的尿中，粘多糖的硫酸化程度比正常尿中的為高。硫酸粘多糖上的硫酸根可能起著在腎內(nèi)形成難溶性鈣鹽的作用。因此，高度硫酸化的粘多糖看來是含鈣結(jié)石形成的重要因素，基質(zhì)物質(zhì)A為基質(zhì)主要成分。
⒏其他因素關(guān)于水質(zhì)硬度與尿石發(fā)生的關(guān)系報告尚不一致，廣東東莞、花縣以及貴州六盤水地區(qū)尿石的發(fā)生與水質(zhì)硬度有關(guān)。維生素A缺乏易導致過飽和的堿性尿液，還可使上皮脫落，刺激基質(zhì)蛋白的分泌。精神緊張與交感神經(jīng)反射的刺激易引起腎石發(fā)生。尿石病人尿中尿激酶活性比正常人低，而尿激酶能促進纖維蛋白溶解，保持尿路的通暢。
關(guān)于各種尿石的生化成因及特點列于表6-10
（三）尿中防治的臨床生化（表6-11）
表6-10 各種尿石的生化成因及特點
| 結(jié)石種類 | 生化成因 | 尿液及結(jié)石的特點 |
| 草酸鈣結(jié)石 | 原發(fā)性高草酸尿癥（先天性酶缺陷） | 尿鈣高 |
| 甲狀旁腺功能亢進 | 尿草酸增高 | |
| 尿鎂及尿磷降低 | ||
| 繼發(fā)性高草酸尿（膳食性） | 尿pH5.0-6.5 | |
| 維生素B6、B1缺乏，Mg2+缺乏，回腸 | 尿中有草酸鈣結(jié)晶 | |
| 切除，膽鹽重吸收減弱，膽鹽分解放出 | 成堆現(xiàn)象 | |
| 甘氨酸，轉(zhuǎn)化成草酸，形成草酸鹽結(jié) | 尿沉淀加鹽酸溶解 | |
| 石，多數(shù)特發(fā)性草酸鈣石原因未明 | 尿石同心層明顯，二水草酸 | |
| 鈣白而脆，一水草酸鈣褐色堅硬 | ||
| 磷酸鈣結(jié)石 | 特發(fā)性高鈣尿癥 | 尿鈣增高 |
| 甲狀旁腺功能亢進癥 | 尿pH＞7.0 | |
| 腎小管性酸中毒，長期臥床 | 尿沉淀和醋酸溶解 | |
| 骨腫瘤引起高鈣尿癥尿液 | 結(jié)石白色松脆 | |
| 偏堿，尿中粘蛋白改變等 | 碳酸磷灰石加HCl有氣泡生成 | |
| 磷酸鎂銨結(jié)石 | 尿路感染，細菌尿素酶將尿素分解為氨 | 尿細菌培養(yǎng)陽性 |
| 與CO2形成碳酸銨，再與鎂及磷酸鹽形 | 尿可見磷酸鎂銨結(jié)晶尿pH＞7.0 | |
| 成磷酸鎂銨沉淀 | 尿沉淀加醋酸溶解 | |
| 尿酸結(jié)石 | 高尿酸尿癥 | 尿中尿酸可增高 |
| 尿pH偏酸，尿酸沉積 | 尿液pH＜5 | |
| “特發(fā)性尿酸結(jié)石”機制未明 | 尿沉淀加堿溶解 | |
| 尿中可見尿酸結(jié)晶 | ||
| 尿石呈金黃色，同心層明顯 | ||
| 胱氨酸結(jié)石 | 胱氨酸、鳥氨酸、精氨酸、賴氨酸在腎 | 尿中胱氨酸增加 |
| 及小腸轉(zhuǎn)運障礙，腎重吸收障礙，尿中 | 尿pH偏低 | |
| 大量排泄胱氨酸，沉積而成為胱氨酸結(jié) | 尿中可有胱氨酸結(jié)晶 | |
| 石 |
表6-11 防治尿石的生化原理
| 結(jié)石種類 | 防治藥物 | 防治尿石的生化原理 |
| 氧化鎂 | 糾正鎂失調(diào)，Mg2+與Ca2+競爭草酸根，阻止尿石生長，增 | |
| 加草酸鈣溶解度 | ||
| 草酸鈣結(jié)石 | 維生素B6 | 糾正氨基酸代謝紊亂，降低內(nèi)生性草酸 |
| 無機磷酸鹽 | 增加尿中焦磷酸鹽，抑制結(jié)石生長 | |
| 亞甲藍 | 阻止基質(zhì)與晶體結(jié)合，妨礙基質(zhì)的產(chǎn)生， | |
| 磷酸纖維素 | 聚合與鈣形成不吸收的復合物，降低尿鈣 | |
| 酪氨酸 | 降低內(nèi)生性草酸，阻斷羥脯氨酸生成草酸 | |
| 別嘌呤醇 | 抑制尿酸生成，防止草酸鈣結(jié)合長大 | |
| 四環(huán)素 | 與金屬離子螯合，與亞甲藍作用類似 |
續(xù)表
| 結(jié)石種類 | 防治藥物 | 防治尿石的生化原理 |
| 磷酸鈣結(jié)石 | 氫氧化鋁膠 | 在腸道與磷形成不溶性磷酸鋁減少吸收 |
| 檸檬酸 | 在尿中與鈣形成可溶性物質(zhì) | |
| 葡萄糖醛酸 | 形成葡萄糖醛酸甙，利于鈣結(jié)石溶解 | |
| 萜烯類 | 與葡萄糖醛酸結(jié)合成葡萄糖醛酸甙 | |
| 酸性磷酪鹽與NH4+Cl- | 酸化尿液，促進磷酸鈣溶解，降尿鈣 | |
| 磷酸纖維素 | 與鈣形成不吸收的復合物，降低尿鈣 | |
| 磷酸鎂銨結(jié)石 | 抗生素 | 控制尿路感染，減少尿中尿素酶及尿銨 |
| 乙酰羥肟酸 | 尿素酶抑制劑，減少尿素分解 | |
| 丙氨酸 | 防止尿粘蛋白的聚合 | |
| 尿酸結(jié)石 | 別嘌呤醇 | 抑制體內(nèi)黃嘌呤氧化酶，從而抑制尿酸生成 |
| 檸檬酸鹽 | 堿化尿液至pH6.5，使尿酸結(jié)石溶解 | |
| 胱氨酸結(jié)石 | 青霉胺 | 青霉胺與半胱氨酸結(jié)合，形成溶解度很大的復合 |
| 物，減少胱氨酸的生成 | ||
| 檸檬酸鹽 | 堿化尿液至pH7.5，促進胱氨酸結(jié)石的溶解 |
 鈣、磷代謝異常 | 鎂代謝及其異常  |
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