结石形成的原因和机制

结石形成的原因和机制大纲结石形成的化学热力学泌尿系结石形成的化学动力学结石形成的假说含钙结石和磷酸镁铵结石成因的研究进展结石形成的化学热力学化学热力学的几个定义1.活度积：在一定温度下,一种物质的Ksp是常数活度积:在一定温度下,难溶化合物的饱和溶液中,各构晶离子活度的乘积为一个常数.此常数称为活度积常数,简称活度积,用Kap表示之.2.溶度积:在一定温度下,难溶化合物的饱和溶液中各构晶离子浓度的乘积为一个常数.此常数称为溶度积。3.亚稳区：将溶度积与尿液产生自发成核时的活度积之间的过饱和区称为亚稳区。4.生成积：将发生自发成核时的溶度积称为生成积。结石形成的化学热力学1.尿液饱和度的计算：半经验法：APRi＝APi/Kspi尿石盐i的活度积比；尿石盐i的活度积；尿液与固体尿石盐晶体i平衡时实际测定的溶度积。2.尿液比纯水溶液似乎更能保留更多的溶质。此刻尿液处于过饱和态。当继续提高溶质的浓度时，晶体自发成核析出。3.由此可见：如能精确测定尿液的过饱和程度，就能明确判断尿结石病人泌尿系结石生长的热力学危险倾向，有利于结石形成机制的研究。尿饱和度测定的临床应用草酸浓度对草酸钙生成的相对效应较钙大15倍（1974Finlayson）.草酸钙晶体体积V=44[OX].确定草酸是含钙结石形成最重要的危险因素概念。1987半经验法报道：对磷酸钙结石病人，尿钙和PH值是主要因素。泌尿系结石形成的化学动力学1.热力学只研究体系的状态及其变化，不讨论时间因素及具体反应机制；动力学研究反应进行的速度和各种因素对反应速度的影响。2.泌尿系结石形成可能经过尿液过饱和、成核、生长或聚集以及固相转移等一系列动力学过程。成核概念均相成核：可以理解为过饱和溶液中的离子、分子或分子簇聚集的过程。核的大小为0.5－2毫米。异相成核：生物体系中发生均相成核的可能不大，因为总会有固体表面和体液共存，这些表面可以降低成核反应的活化能，促成异相成核。次级成核：对其机制及其在生物矿化过程中的作用了解不够。举例：蒸馏水到－30度结冰；自来水－6度结冰；而冰水混和共存时－2～－3度就能结冰。这说明次级成核最快，异相成核次之，均相成核最慢。结晶生长结晶生长：决定结石盐生长速度的主要因素是晶体表面的状态，即表面控制过程，晶体表面不是平的，而有缺损、坎坷的地方，溶质中粒子由于受多个面的吸附力比单一平面吸附力要大，所以优先较快在这个部位吸附析出。新的晶体又会形成新的坎坷，如此结石逐步长大。结晶聚集尿液中的各种颗粒与其质量相比具有很大的表面积，而自由能很高，有自发絮凝倾向，从而减少表面积和自由能，尿胶体趋向热力学稳定。晶体粒子聚集主要受三种力控制：晶体聚集力＝范氏引力+粘结力-静电斥力。其中静电斥力与zeta电位正相关。结石形成的假说钙斑学说过饱和结晶学说基质学说抑制物缺乏学说游离颗粒和固定颗粒成石学说取向附生学说结石形成假说——钙斑学说钙斑学说：肾实质内钙化物质沉积，经淋巴系统进入肾乳头，形成Randall肾钙斑，它的表面粘膜脱落后，接触尿而长成结石钙斑学说不足：肾钙斑多见于50以上的人，但尿石症病人发病年龄却小的多，而且真正在肾乳头上长出的结石也只占15％左右。扫描电镜的X线能谱分析表明：虽然肾内结晶形成与肾组织内钙的浓度无关，但结石病人组肾内从皮质到髓质中的钙均比非结石病人组高，而且在肾小管内微结石区Ca/P有明显差异，结石组高，原因不明。过饱和结晶学说内容：过饱和、成核、生长或聚集、固相转化等一系列物理化学过程。不足：过分强调无机矿物质在结石形成中的作用，忽视基质和尿中大分子的作用。对矿化过程中机体代谢与细胞活动的参与也认识不足。基质学说Boyce(1956，1968)认为基质是泌尿系结石成核的激活剂。Wichkam（1976）首次提出：基质可由受损的近端曲管析出，并与磷灰石结成小球体，在过饱和尿液中诱导尿石盐的异质成核。基质中主要成分：碳水化合物、酸性粘多糖GAGs、基质蛋白、争论：另一批人认为基质是矿化过程中随尿中无机物一起自然沉淀下来的，在泌尿系结石中不起主要作用。近期生物矿化研究证明：基质可以1.诱发或推动成核。2.作为模板提供表面生长点，矿化物形成一个有序的结构3.使矿物和软组织连接。抑制物缺乏学说是目前基础研究中最活跃的领域，然而文献报告比较混乱，表现在：1.结石病人和正常人尿液中抑制物的浓度或活力究竟有无差异。2.尿中抑制物组成成分、结构及其作用强度，不同作者不同报告；3.对抑制物的作用机制，不同作者有不同的解释。4.同一个抑制物在不同体系，或者不同测量方法，所得到的结果可能完全不同。Meyer1975认为，对磷酸盐结石的矿化抑制主要是小分子，如镁、枸橼酸、焦磷酸盐；对草酸钙结石矿化抑制剂主要是大分子：酸性粘多糖、酸性多肽等。游离颗粒和固定颗粒成石学说Vermeulen1967报告，用小量致石药物持续给大鼠并不产生结石，但如先用一次大量药物后再改用小剂量即可产生结石，称为引发机制。两种学说都承认游离颗粒要变为固定颗粒才有条件长成结石。晶体在一定条件下可以大量生长，也可以通过聚集迅速变为大的团块，还可以借助粘蛋白黏附在细胞壁上，肾小管损害也有利于晶体附着。取向附生学说结石大部分为混和结石，草酸钙结石常含有羟磷灰石，或以此为核心。Londale1968提出取向附生学说，注意到结石的各种晶体面的晶格排列相互间常有明显相似之处，认为两种晶体面如能互相有高度的配合性即可互相附生。含钙结石一、钙排泄过多：1.特发性高钙尿症2.激素性高钙尿症（甲旁亢）3.肾小管酸中毒二、柠檬酸盐排泄减少三、过量草酸排泄：口服钙盐可以减少草酸吸收。四、过量尿酸排泄：增加草酸钙结石形成，机制不清。五、特发性含钙结石钙排泄过多——特发性高钙尿症患有特发性高钙尿症的患者血清钙水平正常。具体机制不详，可能是钙调节机制紊乱造成。这种调节紊乱可以发生在小肠、肾和骨中。小肠钙吸收增加可以通过直接机制或者1，25（OH）2D3介导。小肠钙吸收增加不是由1，25（OH）2D3介导，而是小肠中维生素D受体增加所致。在遗传性高钙尿症大鼠试验中，于正常对照组大鼠相比，试验组大鼠骨释放更多钙且其肾脏和骨重吸收钙能力缺陷钙排泄过多——肾小管酸中毒远端肾小管酸中毒的患者形成结石的机制是多因素的：1.尿钙和尿磷酸盐排出增加2.尿PH值升高，导致尿中磷酸盐复合物的溶解度下降3.柠檬酸盐排出减少，柠檬酸盐能够结合钙，降低尿中钙浓度，是尿液结晶形成的重要抑制物质。磷酸镁铵结石形成前提条件：这些所谓感染性结石只有在感染裂解尿素细菌后才能形成。如变形杆菌、肺炎克雷白杆菌等。形成过程：细菌的尿素酶水解尿素生成NH3、CO2和H2O，水解过程中消耗氢离子导致尿中PH值升高。在碱性尿液中NH3自发水解形成NH4OH,CO2水解生成HCO3-,HCO3-随后转变为CO32-。随之NH4OH和CO32-的浓度增加，尿中的磷酸盐脱质子（PO3-4）。鸟粪石（MgNH4PO4.H2O）在磷酸盐骨架基础上形成碳磷灰石（Ca10（PO4）6CO3）。感染难以控制的原因：鸟粪石可以继发于其他结石引起的梗阻和继发感染。局部过饱和的尿液可在细菌周围形成晶体。这就打破了正常尿液能够将细菌冲刷掉的机制。