尿结晶评估：肾结石防治的航标灯

Crystalluria

Daudon, Michel and Frochot, Vincent. "Crystalluria" Clinical Chemistry and Laboratory Medicine (CCLM), vol. 53, no. s2, 2015, pp. s1479-s1487. https://doi.org/10.1515/cclm-2015-0860

结晶尿

结晶尿是代谢紊乱、遗传疾病或药物产生的物质的尿液过饱和的标志。结晶尿的调查必须按照协议进行，其中包括将适当的尿液样本送到实验室，使用配备有偏振光的显微镜，准确了解尿液的 pH 值，以及对晶体进行全面检查，这是基于它们的识别、量化和尺寸测量。对于不寻常的晶体，可能还需要红外光谱。主要的尿结晶类别包括：草酸钙、磷酸钙、尿酸和尿酸盐、鸟粪石、氨基酸（胱氨酸）、嘌呤（2,8-二羟基腺嘌呤和黄嘌呤）和药物（如磺胺甲恶唑、阿莫西林、头孢曲松、阿扎那韦）。

      结晶尿在正常个体和因各种原因患有尿石症的患者中都很常见。结晶尿的研究可用于： 结石性遗传病的诊断（例如原发性高草酸尿、胱氨酸尿、腺嘌呤磷酸核糖基转移酶缺乏症）；鉴定药物引起的晶体，这可能是导致急性肾损伤和慢性肾病的原因；评估与结石形成相关的代谢紊乱；在结石成型者中评估结石复发的风险。代谢来源的晶体是结晶促进剂和结晶抑制剂这两组物质之间平衡破坏的结果。促进剂是由肾脏排出的物质，其浓度超过尿液将它们维持为可溶性分子和离子的能力。钙离子、草酸根离子、尿酸根离子和磷酸根离子是晶体的主要促进剂[1-5]。通过肾小球过滤或由肾小管细胞局部产生的抑制剂是能够避免或延迟晶体形成、生长、聚集和/或粘附到肾小管上皮的物质 [6, 7]。在抑制剂中，镁、柠檬酸盐和焦磷酸盐等小离子和分子与一些促进剂形成复合物，从而降低尿液过饱和度 [6]。大分子如骨桥蛋白、bikunin、本文介绍了应如何调查结晶尿、尿结晶的主要类别以及结晶尿评估在复发性结石形成者的诊断和随访中的效用。

结晶尿调查方案

       必须根据适当的方法对结晶尿进行调查 [9-11]。应在一般受试者的生活习惯和营养状况下，在禁食条件下，以第一晨尿的全部量进行，这通常是最好的，因为晚上的水摄入量减少了，即使是早上的第二次尿。 ，可以考虑在禁食条件下生产。装有全部尿液的容器应在排尿后 2 小时内送至实验室，保持室温并立即处理 [12]。晶体必须使用 - 最好是 - 相差显微镜进行检查，该显微镜还必须配备偏振光设备，该设备显示晶体的双折射特征，并且是正确识别晶体所必需的，特别是当它们具有不寻常的形态时。如今，用于尿沉渣检查的自动化仪器在能够提供高质量图像的情况下，也可用于识别最常见的晶体。尿液 pH 值是检查结晶尿样品时需要了解的重要特征。在这方面，必须记住，大多数晶体物质对 pH 值敏感，唯一的例外是草酸钙和 2,8-二羟基腺嘌呤晶体（表 1)，其中有利于沉淀的主要因素是摩尔浓度过高。相比之下，即使在正常或相对较低的摩尔浓度下，高度依赖于 pH 的物质也可能在特定的 pH 范围内形成晶体。pH 依赖性溶质的最佳例子是尿酸：在尿液 pH 值为 5.0 时，它可能在约 2 mmol/L 的摩尔浓度下结晶，而在 pH 值 5.9-6.0 时，≥4 mmol/L 的浓度是结晶所需。因此，准确测量尿液的 pH 值对于研究结晶尿是必不可少的。

表格1

文本中描述的代谢结晶类别对尿液 pH 值的依赖性。

晶种

对尿液 pH 值的依赖

平均 pH 值（范围）

通过轻轻摇动使样品均质化后，显微镜检查包括尿细胞学和晶体的综合评估，即晶体的鉴定、定量和测量以及它们的聚集体大小。然而，每个晶体类别的广泛形态谱，加上它们复杂的化学成分，可能会使晶体的识别变得困难，通过查阅有关该主题的论文和尿沉渣图谱可以促进这项任务 [9, 11, 14-16]。对于在形态、极化特征和尿液 pH 值知识后无法识别的晶体，特别是如果它们怀疑遗传疾病或药物引起的，建议使用红外光谱 [17]。

尿结晶的分类

草酸钙

草酸钙一水合物或水辉石（图 1A）与正常或低钙存在下的高草酸浓度密切相关 [18]。尿液样本中仅含有 whewellite 晶体而没有 weddellite 高度暗示草酸盐摩尔浓度高，这一事实应促使寻找原发性高草酸尿症。相反，草酸钙二水合物或威德莱特（图 1B)，通常与高钙尿症有关。根据我们的经验，超过 94% 的含有草酸钙晶体且钙与草酸盐的比率 <5 的尿液样本显示出单独的或伴有韦德莱特的水辉石晶体。相比之下，超过 90% 的含有草酸钙晶体且钙与草酸比 >14 的尿样仅含有威德莱特 [16]。  

图1：

草酸钙晶体。  

(A) 具有典型卵形形状的 Whewelite 晶体。(B) 典型的八面体 (双锥) 维德莱特晶体和一个小的红细胞状惠维莱特晶体 (箭头)。(C) 摄入乙二醇后在患者尿液中发现的细长六角形水辉石晶体。(D) weddellite 的八面体和十二面体 (箭头) 晶体。  

呈椭圆形或哑铃形的水辉石晶体（图 1A）通常与高水平的尿草酸盐有关，而在草酸盐正常或中度升高的尿液中可能会发现类似红细胞的小晶体（图 1B）。摄入乙二醇后在尿液中发现了具有细长六边形和“菱形”（图1C ）形状的特殊类型的whewellite晶体，这会导致严重的高草酸尿症。在大多数情况下，威德莱特呈八面体（双锥）晶体（图 1B），而更罕见的十二面体晶体（图 1D）与高浓度的尿钙有关（图 2）。  

图 2：

威德莱特十二面体晶体的频率（轴）与尿摩尔钙浓度（横坐标）之间的相关性（改编自参考文献 [6]）。  

磷酸钙

正磷酸钙（主要是无定形碳酸钙和碳磷灰石）（图 3A）和透钙磷石（二水合磷酸二钙）（图 3B）晶体的形成取决于不同的生化条件 [19]。正磷酸钙的种类主要取决于尿液的 pH 值，当尿液的 pH 值高于 6.5 时，它们很容易形成（表 1）。透钙石的形成通常需要高浓度的钙和磷酸盐，即使它也可能受到低柠檬酸盐浓度的青睐。透钙石也可以在具有威德利特晶体的聚集体中找到（图 3C），通常与高钙尿症有关。  

图 3：

磷酸钙晶体。  

(A) 碳酸钙的无定形颗粒。(B) 二水合磷酸氢钙 (刷石) 的不对称棒状晶体。(C) 透辉石晶体聚集体与威德莱特 (箭头) 混合。  

尿酸和尿酸盐

酸性尿液中会形成尿酸结晶（表 1）。尿液中可发现四种类型的尿酸沉淀物：无定形尿酸、无水尿酸（尿酸）和两种水合形式，即一水合尿酸和二水合尿酸。尿酸二水合物（图 4A）和无定形尿酸（图 4B）是尿液中最常见的种类。如图 4C和 D所示，它们取决于不同的代谢条件：尿酸二水合物主要依赖于低尿液 pH 值，而无定形尿酸主要与高尿酸浓度有关。  

图 4：

尿酸结晶。  

(A) 尿酸二水合物晶体的典型锭剂。(B) 无定形尿酸颗粒。(C) 尿酸二水合物结晶与尿液 pH 值的相关性。(D) 无定形尿酸颗粒与尿酸尿的相关性。  

相比之下，尿酸盐，如尿酸氢铵，会在碱性尿液中形成（表 1），这解释了为什么在尿素分解细菌导致尿路感染的情况下，这种结晶物质可能伴随鸟粪石。  

鸟粪石

六水合磷酸铵镁或鸟粪石，其中可以观察到几种形态变体（图 5 ），只有在与高铵含量相关的高尿液 pH 值（表 1 ）存在时才会在尿液中沉淀。这种情况仅在能够水解尿素的微生物引起的尿路感染中发现，这会导致产生大量的氨和碱性尿液。因此，鸟粪石可能被认为是尿液样本中存在尿素分解细菌的特征。  

图 5：

在偏振光下看到的鸟粪石晶体。  

(A) 鸟粪石棺状晶体。(B) 鸟粪石的棒状和棺状晶体。(C) 鸟粪石的六方晶体和无定形碳酸钙颗粒的小团块。(D) 鸟粪石的梯形晶体。(E) 一个大的 X 形鸟粪石晶体，带有双折射小聚氢铵晶体 (黑色箭头)。  

不常见的晶体

胱氨酸

胱氨酸晶体是胱氨酸尿症的特征，胱氨酸尿症是一种遗传性疾病，其特征是由于编码二元氨基酸转运蛋白的基因突变导致近端肾小管功能障碍。胱氨酸晶体以六角板形式存在，通常不规则，或孤立或以大聚集体形式存在（图 6A）。  

图 6：

不常见的晶体。  

(A) 胱氨酸晶体。(B) 偏振光所见的 2,8-二羟基腺嘌呤晶体。(C) N-乙酰磺胺甲恶唑盐酸盐的菱形晶体与尿酸二水合物晶体非常相似。(D) N-乙酰磺胺甲恶唑盐酸盐的椭圆形晶体，非常类似于水辉石。(E) N-乙酰磺胺甲恶唑盐酸盐的六方晶体，很容易被误认为是胱氨酸晶体。(F) 被白细胞包围的阿扎那韦针状晶体。  

2,8-二羟基腺嘌呤

腺嘌呤磷酸核糖转移酶缺乏症的遗传病可以通过尿液中结晶的鉴定来诊断。事实上，在几乎所有未经治疗的患者中，在尿液中都观察到了 2,8-二羟基腺嘌呤的特征性球形晶体，该晶体在偏振光下呈黑色马耳他十字形（图 6B）。然而，由于这些晶体可能与其他球形晶体（如尿酸氢铵）混淆，因此在疑似病例中，必须对离心颗粒进行红外光谱研究。对于因肾小管内大量沉淀 2,8-二羟基腺嘌呤晶体 [20] 而出现急性肾损伤的患者，建议采用相同的方法，在这些患者的尿液中只能发现少量非典型晶体 [20, 21]。  

黄嘌呤

黄嘌呤晶体存在于黄嘌呤尿症中，这是一种由黄嘌呤氧化酶缺乏引起的罕见遗传疾病，呈极化颗粒或棒状，没有特征。因此，准确识别需要红外分析。酪氨酸、亮氨酸或乳清酸钾晶体也可以在尿液中找到。然而，由于它们与罕见的代谢疾病有关 [14, 15]，它们是一个不常见的发现。  

药物引起的晶体

     一些药物，主要是抗微生物剂或抗病毒剂，在高剂量和/或长期使用时可能会在尿液中结晶 [22]。  一些磺胺类药物可能引起结晶尿。其中，N-乙酰磺胺甲恶唑盐酸盐是磺胺甲恶唑的代谢产物，广泛与甲氧苄啶联合使用。在 pH 值约为 5.0 时沉淀的晶体可能具有菱形、六边形或卵形结构的形状，可分别模拟二水合尿酸、胱氨酸或白钙石（  图 6C-E  ）。N-乙酰磺胺嘧啶是磺胺嘧啶的一种代谢物，用于治疗脑弓形虫病，也会在酸性尿液中结晶。为了准确识别这些晶体，建议使用红外光谱 [17, 23]。  偶尔，其他抗菌药物，如氨基青霉素，特别是阿莫西林 [24]、氟喹诺酮类 [25] 和更罕见的头孢曲松可能会诱发结晶尿，这有时可能与肾小管内结晶沉淀引起的急性肾损伤有关。  目前，抗病毒药物是导致结晶尿的常见原因，尤其是阿扎那韦 [26]，这是一种广泛用于 AIDS 患者联合治疗的抗蛋白酶，可形成非常大的药针束（150–250 μm 或更大）（  图 6F  ）。用于治疗疱疹病毒感染的阿昔洛韦也会形成具有细长针状的晶体，可能会形成聚集体。  其他可能引起结晶尿的药物是 HIV-1 蛋白酶抑制剂茚地那韦、保钾利尿剂氨苯蝶啶、巴比妥类扑米酮和抗癫痫药非尔氨酯，它们的晶体具有最不寻常和多形性的形态，这一事实应该提醒尿液显微镜检查人员。其他药物，如血管扩张剂草酸萘替呋喃酯、胃肠道脂肪酶抑制剂奥利司他和维生素 C，当以高剂量静脉内给药时，也可能导致尿结晶，其由草酸钙组成，与其他原因造成的草酸钙结晶无法区分 [15]。

结石形成者中结晶尿的定量和频率

     在结石形成者中，结晶尿的消失表明成岩活动受到控制。这一结果在钙或尿酸肾结石患者中最常见，而在遗传性疾病中更难以实现结晶尿的完全消失，例如原发性高草酸尿症 1 型 (PH1)、胱氨酸尿症或二羟基腺嘌呤尿症，这些疾病具有非常活跃和永久性结晶。在这些条件下，尿样中晶体数量的减少（以整体晶体体积 (GCV) 表示）通常足以有效地减少成岩过程 [27]。  通过比较连续尿样中 GCV 的临床结果和变化，我们确定了 PH1 和胱氨酸尿中有害结晶尿的定量阈值，从而确定了实现的理想目标 [27, 28]。  在 PH1 中，晶体体积 <500 μm   3   /mm   3  的尿液与在肝肾联合移植后的几天内因草酸钙晶体导致肾小管堵塞的风险降低有关，这是相当大量草酸钙储存在骨骼中的关键时期肾功能恢复后通过肾脏排泄，有大面积肾小管梗阻和肾移植失败的风险[29]。通过密切监测草酸钙 GCV，可以优化 PH1 儿童的早期移植后护理 [28]，从而改善长期预后 [30]。  在胱氨酸尿症患者中，尿液中胱氨酸 GCV >3000 μm   3   /mm   3  可预测胱氨酸结石的复发，而稳定的较低值与缺乏复发相关[27]。

在所有结石形成者中，结晶尿比健康受试者更常见，尽管在后者中，尿液中可能会暂时发现一些结晶，尤其是在饭后的几个小时内。

      通过评估 204 名草酸钙结石形成者在每次就诊时首次晨尿样本中是否存在晶体，中位持续时间为 7 年（5-15 年），我们观察到晶体的存在≥50在 87% 的病例中，8% 的尿样与结石复发有关，而只有 9% 的患者出现结石复发，且结晶尿频率较低 [31]。因此，我们提出了一个“结晶尿指数”，定义为给定患者中含有晶体的尿液样本数与检查样本总数之比，结晶尿指数 > 0.50 作为指示持续成石活动和风险的阈值结石复发[32]。

总之，结晶尿的调查是一种廉价且有价值的工具，用于检测和监测与尿路结石形成或肾功能损害（无论是急性还是慢性）相关的遗传性和获得性疾病，这是由于肾内晶体沉淀。