从晶体到结石

从结晶尿到肾结石，钙性肾结石的一些理化方面

肾结石是肾脏中晶体生长成、聚集和滞留的结果。这些过程必须在晶体通过肾脏的时间（大约几分钟）内发生。最近对肾结石的定性方面如遗传学、新陈代谢和形态学做了很多工作。在这篇综述中，我们试图提供一些关于结石矿物质，尤其是草酸钙 (CaOx) 的尿过饱和度、CaOx 晶体的形成和聚集以及肾脏中晶体滞留的定量信息。这篇论文的重点是特发性钙肾结石，这是最常见的结石病，发病机制只有部分已知。

关键词:肾结石, 结晶尿, 晶体聚集, 尿大分子, 自聚集

核心提示： 关于 Ca 盐的尿饱和状态受 pH、Ca 和 Ox 浓度的控制。尿液中草酸钙 (CaOx) 的生长速度太慢，以至于单晶的尺寸可能会被困在肾单位中。由于尿大分子 (UM) 的抑制作用，尿中 CaOx 的聚集 (AGN) 缺乏或严重延迟。白蛋白在磷酸钙上暂时吸附后，表现出自聚集，促进CaOx的AGN。自聚集的 UM 可能会压倒由带负电的 UM 覆盖的晶体的静电排斥。这种机制可以解释兰德尔斑块的影响。

介绍

肾结石可以定义为晶体在肾脏内形成和滞留的结果 ，在结晶尿期间，结石的形成似乎主要通过晶体聚集 (AGN) [  2  ] 发生。尿结石是嵌入蛋白质基质中的大晶体聚集体。在过去的几年里，在肾结石的遗传、代谢和形态学方面做了很多工作[ 3-6  ] 。结石形成矿物的结晶通常在人工溶液中进行研究，而忽略了一个重要的事实，即在生物溶液中，如尿液晶体总是被大分子包裹，这些大分子基本上会影响结果并且与结石形成相关的结晶必须在通过肾脏的泌尿运输时间内发生，大约几分钟 [  9  ,  10  ]。在这篇综述中，我们试图提供一些关于晶体形成、生长、AGN 和保留的定量信息，因为它们可能在结石形成过程中发生在肾脏中。这篇论文的重点是特发性草酸钙 (CaOx) 肾结石是最常见的结石病 [  11  ]。为了说明不同的主题，包括了新的数据，这些数据来自自己的和仅部分发表的实验。

与石头矿物有关的尿过饱和，尤其是 CAOX

结晶的驱动力是尿液过饱和度，这取决于结石形成离子的浓度、它们的螯合剂、离子强度和 pH 值。Ca 或 Ox 的过量排泄几乎完全可以解释结石形成的原因，例如原发性和继发性高草酸尿症和某些类型的高钙尿症等罕见的代谢紊乱[  12  ]。在这篇综述中，特发性钙结石形成的问题并不总是存在，而且只发现了相对轻微的高钙尿症或高草酸尿症，这通常取决于饮食。即使在代谢正常的人中摄入富含 Ox 的饮食后，观察到 Ox 排泄量几乎增加了三倍[  13  ]。因此，为了避免饮食中过量的 Ox，在钙结石过敏反应中仍然是必不可少的。 尿液是一种复杂的多离子溶液，其中多个离子相互形成各种络合物[  14  ]。其中一些复合物（如 CaOx）具有极差的溶解度，已经在低浓度下沉淀，并且在下面描述的特殊条件下会形成结石。在多离子溶液中，离子的迁移率和活性会因离子之间施加的静电力而降低。因此，溶液中的化学反应不是由离子活度 (A, mol/L) [  15  ] 控制的离子浓度。A 由离子浓度 (C) 乘以活度系数 (f) 计算得出，如等式 (1) 所示。(f) 可以通过溶液的离子强度 (I, mol/L) 粗略估算。

(1) A = f • C

在尿液中，离子强度主要由钠和氯化物产生，其浓度远高于其他化合物[  16  ]。增加离子强度会降低离子活性，从而降低过饱和度或可从过饱和溶液中沉淀的物质的量。这可以通过 CaOx 沉淀在具有恒定 Ca 和 Ox 但增加 NaCl 浓度的溶液中得到证明（图 1 ）。不幸的是，这种效果不能用于治疗，因为高 NaCl 摄入会刺激尿钙并减少柠檬酸盐的排泄[  17  ]。浓缩尿液中的高离子强度也不能防止沉淀，因为降低离子活性的效果在很大程度上被离子浓度增加导致的过饱和度增加所抵消[  16  ]。因此，高度利尿对于结石的后退性治疗仍然很重要。

图1  将 1.0 mmol/L 草酸钠添加到用 5 mmol/L 二甲胂酸钠缓冲至 pH 6.0的 1.5 mmol/L CaCl  2 水溶液中后，NaCl 浓度对 CaOx 沉淀的影响由 Ca 减少计算。 等式 (2a) 示意性地说明了 CaOx 的复合物形成。 它的特点是可溶性复合物 (CaOx S  )的可逆形成和解离，以及 CaOx  S 与其结晶沉淀物 (CaOx  P  )之间的沉淀和溶解过程：

(2a) Ca 2+ +Ox 2- ↔ CaOx s ↔ CaOx P

每个配合物都存在一个解离常数 (K D , mol/L)。如方程式 (2b) 所示，它定义了溶液中自由离子活度 (A) 与已解决复合物 A 的数学乘积之间的比率，如方程式 (2b) 所示：

(2b) K D = A Ca • A Ox /A CaOxS

因为在给定的温度和过量的沉淀物，溶解的络合物的浓度也是一个常数（例如，7.1 mg CaOx/L 在 37 °C）。溶液中复合形成离子的状态可以简单地表示为活度积（AP）。 在尿液中，多种复合物在降低游离离子浓度方面相互竞争。易于形成具有高溶解度的络合物的化合物称为螯合剂。柠檬酸盐就是这样一种螯合剂，如图 2 从根本上降低游离 Ca 浓度 (Ca 2+ )，尤其是在低柠檬酸尿症患者中已证明对结石过敏反应有效 [  18  ]。与其他离子相反，Ca 2+可以通过 Ca 选择性电极轻松测量。比较 20 份尿液中的 Ca 2+和总 Ca 显示出线性相关性，其中 50%-70% 的总尿 Ca 的螯合依赖于 pH 值（图 3 ）。

低 pH 值或高 H +浓度分别通过磷酸盐和羧基的质子化降低这些化合物的化学价，从而降低它们形成络合物的能力。如图所示 3 ，其中尿液中的 Ca 螯合减少，因此通过将 pH 从 6.5 降低到 5.0，Ca 2+增加。然而，对于磷酸盐，观察到 pH 值的最重要影响。具有低 H +浓度的高 pH 值有利于形成难溶性叔磷酸盐。如图所示的实验证明了这一点 4 其中 Ca 浓度的变化是在用羟基磷灰石 (HAP, Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) 平衡尿液后测定的。在尿 pH 值高于 5.5 时，孵育的 HAP 从溶解变为沉淀，尿 Ca 显着降低。鸟粪石 (MgNH 4 PO 4 ) 结石仅存在于碱性尿液中，其中脲酶阳性细菌会产生高浓度的 NH 4。

图 2 柠檬酸盐浓度对溶液中游离离子 Ca 浓度 (Ca 2+ ) 的影响，如图 1 但含有 100 mmol/L NaCl（平均值 ± SD，n = 5）。

图 3 在 pH 5.0 和 6.5 的 20 份尿液中， Ca  2+ 和总 Ca 浓度的相关性。

图 4 用 10 mg/mL 羟基磷灰石平衡 20 次尿液后，Ca 浓度的变化表明 pH 值对羟基磷灰石溶解度的影响（平均值 ± SD）。

由于涉及所有各种因素，很难确定与结石矿物质有关的尿饱和状态。这种状态的一个普遍接受的表达是相对过饱和度 (RS)，即尿液中实际发现的离子活度 (AP) 的产物（例如 A Ca • A Ox）与同一尿中的 AP相对于饱和状态的比值。相应的石头矿物（例如，CaOx）[  15  ]。后一种 AP 称为溶度积 (SP)。RS > 1.0 表示过饱和，RS < 1.0 表示欠饱和。RS 可以通过复杂的计算机程序 Equil 93 [  14来计算 ]。该程序在其最扩展版本中基于 15-23 个化学参数的输入和大约 100 个配合物的计算。另一种方法是通过公式 (3) 从 5 个参数计算 AP 指数，如 CaOx[  19  ] 所示：

(3) AP 指数CaOx = 1.9 • Ca 0.84 • Ox / Mg 0.12 • Cit 0.22 • Urine-Vol. 1.03

尿液饱和状态也可以通过计算尿液与相应的结石形成矿物质平衡前后的结石形成离子的浓度积比 (CPR) 来通过实验确定 [  20  ]。在 19 名特发性钙结石患者的 76 次尿液中测量的 CPR 和 6 项化学参数的比较显示，CaOx 一水合物饱和度与 Ox 浓度（P < 0.001）之间以及透钙石饱和度与 pH 值和 Ca 浓度之间（ P < 0.001）之间仅存在显着相关性[  21  ]。因此，Ca 和 Ox 浓度和 pH 值是控制与结石形成 Ca 盐有关的尿饱和状态的主要参数，并且在治疗上会受到影响。

尿液中的晶体形成

如上所述，石头矿物在每种饱和状态下都显示出永久性沉淀和溶解的双向过程。随着过饱和沉淀（也称为晶体成核）的增加，盛行。然而，过饱和的低状态没有能量产生稳定的粒子，沉淀的晶核永久溶解[  22 ]。为了产生稳定的粒子，必须使用称为形成产物 (FP) 的关键 AP，它提供了建立稳定粒子表面抵抗表面张力所需的能量。因此，过饱和可分为两个区域，即在 FP 上方发生晶体成核和生长的不稳定区域和在 FP 和 SP 之间的亚稳态区域，其中已经形成的晶体在没有进一步成核的情况下生长。FP 随着孵育时间的增加而降低，在模拟肾脏结晶的实验中必须考虑这一事实，因为它具有较短的尿通过时间。晶体可以附着的预先存在的固体表面允许已经在亚稳态过饱和溶液中成核。这种特殊的成核称为异质成核。

尿液中的晶体成核和生长除了受称为结晶调节剂的多种尿液化合物影响的过饱和之外[  8  ]。这些调节剂包括柠檬酸盐、焦磷酸盐、一些糖胺聚糖和一大类蛋白质[  23  ]。研究最深入且可能最重要的蛋白质是白蛋白、inter α 抑制剂、肾钙素、骨桥蛋白、凝血酶原片段 1 和 Tamm Horsfall 糖蛋白。由于此类调节剂（通常称为抑制剂）的存在，与不含抑制剂的对照溶液相比，尿液中的结晶过程通常会减少。一些物质也可以作为成核剂。尽管进行了深入研究，但所有这些化合物在结石形成中的作用仍无法明确阐明 [  24 ]。因此，对同时存在所有相关因素的尿液研究特别感兴趣。

正常尿液平均含有 4 mmol/L Ca 和 0.4 mmol/L Ox，相对过饱和度 (RS) 约为 5[  9  ]，而 CaOx 自发成核的 RS 必须为 14 [  10  ]。在 60 例特发性结石患者和对照组的尿液中，添加 0.64 ± 0.11 mmol/L 的 Ox 是诱导 CaOx 结晶所必需的，这两个人群之间没有差异[  7  ]。只有在过量摄入 Ox 后才能达到这样的 Ox 浓度[  13  ]。尽管如此，至少在某些研究中，结晶尿是一种常见的发现，通常在结石患者的尿液中 (9%-48%) 比健康对照组 (2%-26%) 更常见[  25 ]。由于尿液通常只是相对于 CaOx 过饱和的亚稳态，并且储存和冷却对 CaOx 形成的影响很小[  26  ]，异质成核似乎在结晶尿中起重要作用。酸性磷脂在细胞膜上积累 Ca，从而成为 CaOx 的理想成核剂[  23  ]。这种异质成核可以通过肾脏中的肾小管细胞以及尿液中的细胞碎片发生。细胞物质约占尿沉积物的 50%[ 。

通过测量 Ox 添加后光密度的增加或 Ca 衰变，可以直接在尿液中跟踪 CaOx 的成核和生长[  28  ]。在尿液中添加不同的 Ox 后重复测量离子 Ca (Ca 2+ ) 显示出典型的结晶曲线（图 5 ）。其特征在于Ca 2+减少的半衰期(h，min.)和在时间(t)的Ca 2+ 减少与结晶结束时总Ca 2+减少的比率(RD t )。RD t可以通过公式 (4a) 从 h 计算，它是通过公式 (4b) 从 Ox 添加后尿中的 Ox (Ox i ) 获得的，生长速率因子 (g = 1.13 ± 0.36 mM -1 min -1 ) 和亚稳态因子 (m = 0.60 ± 0.07 mmol/L)。

图 5 不同 Ox 添加量 (1.0-1.5 mmol/L) 后观察时间 ( t ) 期间尿液中 Ca  2+ 的降低。测量（三角形/菱形/正方形）和通过 RD t（见正文）计算的值（黑色圆圈）。

(4a) RD t = t /(t + h)

(4b) h = 1 /g(Ox i - m)

用犁刀计数器测量结石患者和对照组新鲜排尿的结晶尿，每隔 3 小时收集一次，结果表明在口服 Ox 负荷后，单晶的直径平均为 6 µ，最大为 15 µ[  10  ]。在高尿氧浓度（> 0.6 mmol/L）的肾单位中，Henle 环降支末端会在短时间内发生一些成核，但主要结晶发生在集合管末端[  10  ] . 因此，在肾单位中晶体成核和生长的时间约为 1 分钟。这段时间，特发性结石患者的最大 Ox 浓度为 0.9 mmol [  9  ] RD t可以计算出 0.25。因此，从膀胱尿中获得的大单晶的大小使肾单位从 15 微米减小到 9.45 微米，这远低于肾集合管的最小内径 30 微米[  9  ]。基于CaOx 二水合物晶体的八面体体积 (V = √2 d 3 /3) 减少到 25% ，计算肾单位中减小的晶体尺寸 (d) 。这个计算表明，没有 AGN 晶体似乎只有很少的机会被机械地困在肾小管内。

水晶聚合

早在 1969 年就已经证明，与健康对照相反的结石患者，尤其是在摄入 Ox 后，有排泄大晶体聚集体的倾向 [  29  ]。这种直径可达 500 µ 的聚集体会阻塞集合管，并通过进一步沉积晶体会导致结石形成[  12  ]。已经存在的结石的生长也可以通过聚集 (AGN) [  2  ] 来解释。

对于 AGN 晶体必须碰撞。在没有摇动或搅拌的情况下，粒子碰撞的自然驱动力是布朗运动的扩散和沉降。最近在高生理晶体浓度、肾小管和骨盆尺寸以及肾脏中的尿通过时间的背景下研究了这两种力的影响[  30  ]。在特发性钙结石形成者[ 9 ]中，晶体的最大浓度甚至达到 24000/cm  3，平均距离约为 350 µ。与沉降相反的扩散晶体运动是一个无方向的三维随机过程，速度仅为 10 µ/min 0.5. 因此，通过扩散在肾单位中的晶体碰撞可以忽略不计，并且在体积为 7 cm 3的肾盂中每分钟可能发生约 3 次。通过沉降碰撞自由漂浮的单晶更为罕见。它基于由于尿液中晶体尺寸的差异而导致的沉降速率差异，这些差异在尿液中太小而无法进行有效碰撞。然而，沉降似乎对于晶体在管壁上的积聚很重要，在管壁上由于流体阻力而流速缓慢，在肾盂系统的表面上，尿通过时间延长。对于处于水平位置的收集管，每分钟最多可累积 1.3 个晶体。估计。通过沉降在肾盂系统表面积累晶体（A S , cm-2分钟。-1 )可以通过方程(5)计算，方程(5)包含晶体浓度(C，cm -3 )和沉降速率(v S，cm/min.)。

(5) A S = C • v S

对于 24'000 晶体/cm 3的最大结晶尿和 0.026 cm/min 的沉降速率。每 cm 2表面和分钟累积 624 个晶体。可以计算[  30  ]。肾脏钙化或结石上的晶体堆积似乎是结石形成的重要机制。

然而，在结晶尿期间，表面上也有重要的晶体积累，因为 AGN 晶体必须相互附着。在无机溶液中，这种附着通常归因于范德华力的吸引力，仅在大约 0.1 nm 的短距离内有效[  31  ]。在生物体液中，晶体总是被厚度为 10-30 nm [  32  ] 的蛋白质外壳包围。这些蛋白质具有 -15 至 -30 mV 的负电荷，通常通过相同带电粒子的静电排斥来抑制 AGN [  33  ]。从尿液中沉淀的 CaOx 和 CaP 晶体中分离出六种不同的包含白蛋白的蛋白质 [  34 ]。这些蛋白质的组成无论是从结石患者的尿液中还是从对照组的尿液中沉淀出来，都没有差异。各种研究证明了尿大分子 (UM) 对晶体 AGN 的抑制作用 [  23  ]。但结石患者尿液中的尿抑制活性不足只能在一些研究中得到证实[ 35-37 ] ，而不是全部[  38  ,  39  ]。AGN 的检查通常在人工溶液中进行，添加 UM 和先前在无抑制剂介质中产生的晶体。

然而，CaOx 的形成和 AGN 也可以通过草酸盐滴定和分光光度法跟踪结晶过程 [  7  ] 在尿液中进行研究。如图所示 6A 在添加临界 Ox 后，这是一种亚稳定性的量度，并且在对照溶液 (CS) 中低于尿液，光密度 (OD) 稳步增加。在滴定结束时达到的最大 OD 主要反映了 CS 中的颗粒浓度低于尿液中的颗粒浓度，因为抑制了晶体生长，但产生了更多但更小的晶体。在 Ox 滴定结束后停止搅拌，并在另外 30 分钟内跟踪反映颗粒沉降的 OD 减少。在 Ox 滴定结束时进行扫描显微镜检查的 CS 中显示出大的晶体聚集体（图 6C )，滴定结束后立即观察到 OD 迅速下降，而在没有 AGN 的尿液中（图 6B ) 这种快速 OD 减少是缺乏的，或者延迟了 15 分钟或更长时间。晶体沉积物的结晶曲线和扫描电镜分析表明，OD 降低与粒径之间存在良好的相关性[  30  ]。Ox 滴定产生的晶体在 63% 的健康对照者的尿液中显示，但在 30 分钟的观察时间内只有 33% 的结石患者的尿液中完全抑制了 AGN（P < 0.05）[  7  ]。在剩余的尿液中，AGN 的发生延迟通常超过尿液通过肾脏的时间，大约为 15 分钟[  40 ]。因此，在排尿中发现的大多数聚集物似乎来自膀胱中的晶体 AGN。由于尿液超滤液中尿大分子（UM's）被保留在5 kD过滤器上，AGN立即发生，AGN的抑制主要归因于UM's的作用[  41  ]。然而，当通过滤血器程序或通过沉积物溶解的 CaP 沉淀分离 UM 时，AGN 在大约 7 分钟的延迟后已经发生 [  33  ]。在尿液中加入羟基磷灰石晶体后也观察到了同样的效果[  7  ]。因此，即使是暂时的，与表面的接触似乎也会破坏 UM 的抑制潜力。

图 6  滴定。A：Ox 滴定法 (0.1 mmol/min.) 在尿液和对照溶液 (CS) 中的分光光度结晶曲线，pH 为 6.0，100 mmol/L NaCl，初始为 2 mmol/L Ca 2+ ，总氧化为 1.5 mmol/L Ox通过滴定添加；B：在 Ox 滴定结束时从尿液和 (C) 从 CS 中获得的 Millipore 过滤器上沉积物的扫描显微镜。

UM 对表面具有高且相当非特异性的亲和力。正如导管结痂所知，它们通过疏水力甚至与乳胶结合。UM 对乳胶珠的吸附如图 1 所示。 7 . 在 UM 溶液中孵育增加了乳胶珠粒粒径分布的最大峰值，该峰值由 Zetasizer 从 116 nm 测量到 160 nm。已知一些 UM 像白蛋白、骨桥蛋白和 Tamm Horsfall 糖蛋白 (THG) 在浓缩时具有自身 AGN 的倾向 [  23  ]。Self AGN 将 THG 从一种有效的抑制剂转变为 CaOx AGN 的促进剂[  42  ]。还发现白蛋白聚合物是 CaOx 结晶的强促进剂[  43  ]。白蛋白自身 AGN 的趋势如图所示 8 再次使用 Zetasizer 测量粒度分布。在白蛋白溶液中，除了 10 nm 的主峰外，还发现了表明白蛋白聚集体的其他峰（图 8A ）。在同一溶液中沉淀 CaP 并溶解沉淀物后，白蛋白暂时吸附到 CaP 晶体上，仅观察到一小部分高度聚集的白蛋白，峰值在 480 nm（图 8B ）。这种高度聚集的白蛋白有，如图 9 ，对 CaOx 结晶曲线的影响与通过血液过滤或通过 CaP 沉淀分离的 UM 以及向尿液中添加 HAP 相同。草酸盐滴定后的最大 OD 减少并且已经 7 分钟。滴定结束后，OD 急剧下降，表明发生了 CaOx AGN。因此，通过吸附在表面上的 UM 的临时浓度似乎有利于 UM 的自身 AGN，并改变它们对 CaOx 晶体的 AGN 的抑制潜力。

图 7 由 Zetasizer (A) 在对照溶液中测量的乳胶珠悬浮液中的粒径分布 (尺寸 100 nm，浓度 0.025%/mL)，(B) 在通过 CaP 沉淀和沉淀溶解获得的尿大分子溶液中。

图 8 白蛋白溶液 (AS, 20 μg/mL) 和 (B) 在 CaP 沉淀和沉淀物溶解 (DPA) 后从 AS 获得的溶液中的粒度分布 (A)。

图 9 在 AS 和 DPA 中用 pH 6.0、100 mmol/L NaCl、初始 2.0 mmol/L Ca 2+和 1.5 m mmol/L Ox 通过滴定添加的 Ox 滴定的分光光度结晶曲线。（更多细节见图 8 ) （平均值 ± SD，n = 5）。

提出的问题是，尽管晶体具有电负性 UM 涂层和静电排斥，但晶体如何聚集，以及 UM 的自身 AGN 如何有利于晶体 AGN。这些问题的答案仍然是推测性的。讨论了晶体相互附着的三种不同选择：蛋白质外壳对晶体的不完全隔离、外壳的表面电位不足以及通过改变的蛋白质在晶体之间架桥。在蛋白质溶液中产生的晶体聚集体的扫描显微镜显示蛋白质外壳中的间隙，晶体彼此直接接触[  32  ]。但无法确定AGN之前或之后是否发生了晶体涂层。在晶体收敛点的其他聚集体中，发现了大的无定形材料，表明蛋白质通过晶体桥接。

UM对结晶过程的抑制主要归因于对晶体的Ca具有高亲和力的阴离子残基如羧基谷氨酸[  44  ,  45  ]、磷酸盐[  46  ,  47  ]和唾液酸[  48  ,  49 ]。 发现这些负电荷的阴离子基团中的一些在结石患者的 UM 中减少。因此，不充分的晶体涂层和静电排斥被认为是造成 AGN 和结石形成的原因。另一方面，表明 Tamm Horsfall 糖蛋白 (THG) 的脱唾液酸会引发 THG 的自身 AGN 和 CaOx 晶体的 AGN [  49 ]，在用白蛋白进行的实验中也证明了效果（图 8 和 9 ）。去唾液酸化减少了阴离子结构域，从而增强了 THG 的疏水基团，这些基团负责疏水蛋白结合。这不仅有利于 THG 的自身 AGN，而且有利于 THG 在晶体外壳蛋白质之间的桥接功能。在含有电解质的溶液中，带电粒子产生的静电势随着与粒子距离的增加而呈指数下降[  31  ]。因此，带相同电荷的粒子可以彼此接近，达到一些纳米的临界距离，其中扩散、沉降或机械力（如搅拌或摇晃）通过静电排斥得到补偿。大的蛋白质聚集体可能能够跨越这些静电排斥区域。

桥接，尤其是自身 AGN 似乎是相对缓慢的过程，这可以解释尿液中观察到的 AGN 延迟。在分光光度计中，白蛋白诱导的乳胶珠 AGN 的速度可以直接跟随 OD 增加，这与乳胶聚集体的增加呈线性相关 [  50  ]。数字 10 表明在未处理的白蛋白溶液 (AS) 中，这种增加非常缓慢，而在聚集白蛋白 (DPA) 的溶液中，乳胶-AGN 已经在 4 分钟内完成。桥接具有不规则形状和大表面的 CaOx 晶体肯定比桥接小的球形乳胶珠需要更多的时间。鉴于 CaOx 晶体通过肾脏的尿转运时间 (UTT) 延迟 AGN 成为结石形成的关键因素。在肾单位中，平均 UTT 约为 3 分钟[  10  ]，在肾集合系统中约为 12 分钟[  40  ]。这些值是针对 1.5 L/24 小时的尿量计算得出的。增加利尿，这仍然是结石预防治疗的重要措施[  51 ] 基本上减少了 UTT，尤其是在肾脏收集系统中。

图 10 乳胶珠悬浮液的光密度增加反映了通过在对照溶液、白蛋白溶液和聚集白蛋白中聚集而增加的粒径。（更多细节见图 8 ) （平均值 ± SD，n = 5）。CS：对照溶液。

晶体和结石保留在肾脏中

我们发现，至少在特发性结石患者中，晶体生长通常太慢，以至于单晶体无法被困在上尿路中，并且晶体 AGN 通常延迟超过通过肾脏的尿通过时间。在 AGN 发生之前，晶体可能最常被利尿洗掉。然而，当在 Ox 滴定之前添加到尿液中的 HAP 晶体存在下产生 CaOx 晶体时，会发生如图所示的 AGN 11 大约 7 分钟后。沉积物的扫描显微镜显示，这个活动星系核发生在与 HAP 晶体的狭窄接触中[  52  ]。因此，在侵蚀到乳头表面后，HAP 的组织钙化似乎是快速附着尿晶体的理想平台。Randall 早在 1937 年就提出了 Ca 结石可以通过最初固定在称为 Randall 斑块的乳头状钙化处的 CaOx 生长开始的理论[  53  ]。这种机制允许晶体聚集体生长成临界尺寸的结石，它们不能再被尿流冲出泌尿道。100 个肾脏的系统尸检显示 100% 有一些钙化，但只有 7% 的结石[  54 ]。因此，肾脏钙化并不是钙结石形成的单一原因。新的泌尿外科方法允许对所有肾乳头进行活体检查并可能进行活检，这为兰德尔斑块在特发性钙结石形成中的作用带来了新的证据[  12  ,  55  ]。在杯状体中发现的 CaOx 结石通常附着在乳头上的白色斑块上，蛋白质基质中含有无定形羟基磷灰石。此外，大多数在内窥镜下切除的 CaOx 结石显示残留的磷灰石核心，它们可能已附着在乳头上。

图 11 没有和预先添加 0.05 mg/L HAP 的尿液中 Ox 滴定的分光光度结晶曲线。

兰德尔斑块上的石头形成很复杂，仍然知之甚少。用免疫组织化学或红外光谱对带有粘附结石的 Randall 斑块进行组织学分析表明，这些斑块由具有羟基磷灰石 (HAP) 沉积物的骨桥蛋白 (OP) 基质组成，而除了 OP 和 HAP 之外，结石还含有 Tamm Horsfall 糖蛋白 (THG) 和 CaOx , 后者随着与斑块距离的增加而增加[  12  ]。因此，结石的形成似乎发生在 HAP 和 CaOx 晶体的界面，这些晶体嵌入在 OP 和 THG 等蛋白质中，它们都具有自身 AGN 的倾向 [  23  ] 并且在一些结石形成者的尿液中被发现缺乏酸基团[  47  ,  49 ]。如上所述，阴离子基团的减少增强了蛋白质的疏水活性，因此增强了自身 AGN 的趋势以及与其他蛋白质的疏水结构域的结合。研究 pH 对 UM 诱导的乳胶 AGN 的影响可以间接证明阴离子基团对 AGN 的抑制作用（图 12 ）。当直径约 100 nm 的乳胶珠在 pH 6.0 的 UM 溶液中孵育时，通过尿液中 CaP 的沉淀和溶解获得的 UM 溶液仅观察到由于乳胶珠的 UM 涂层而适度增加的 156 nm 粒径（图 12A ）。另一方面，在 pH 5.0 和阴离子 UM 基团的更高质子化下进行的相同程序在 2400 nm 处产生了一个粒子强度峰值，显示出大量的 AGN（图 12B ）。将 pH 值从 6.0 降低到 5.0 会降低受 UM 涂层阴离子化合价影响的乳胶珠的表面电位从 -28 到 -21 mV。从治疗的角度来看，pH 对 UM 活性以及因此对 AGN 的影响可能是有意义的，值得进一步研究。

图 12 乳胶珠 (A) 在 pH 6.0 和 (B) 在 pH 5.0 在通过 CaP 沉淀获得的尿液大分子溶液中的粒度分

去：

结论

令人惊讶的是，尽管结晶尿和肾脏钙化的普遍发生，但并不是每个人都会产生结石。在未治疗的结石患者中，8 年内平均复发率仅为 1 颗结石[  56  ]，在 2-3 年的观察时间内，71% 的患者经皮肾镜取石术后结石残留保持稳定甚至减少[  57 ] ]。因此，肾脏中晶体聚集体的滞留和生长似乎只发生在非常特殊和罕见的条件下。这种情况可能是具有高浓度的结石形成矿物质的极低利尿和延长的尿路通过时间，从而使晶体AGN已经在肾脏中和/或过量的草酸盐摄入。这两种情况都会产生过多的结晶尿，这会损害肾小管并改变正常情况下防止结石形成的 UM 的产生 [  23  ]。哪些因素最终是决定性的，是结晶尿引起结石形成还是结晶尿是一种以最小水损失消除重可溶性物质的有用机制仍有待进一步研究。