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1、结石形成的原因和机制大 纲n结石形成的化学热力学n泌尿系结石形成的化学动力学n结石形成的假说n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n化学热力学的几个定义n1.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. n2.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。n3.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。n4.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
2、化学热力学1.尿液饱和度的计算：半经验法：APRiAPi/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n草酸浓度对草酸钙生成 的相对效应 较钙大 15倍（1974Finlayson）.n草酸钙晶体体积 V=44OX.确定草酸是含钙 结石形成最重要的危险因素概念。n1987半经验法报道：对
3、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n1.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。n2.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n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0.52毫米。n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。n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。n举例：蒸馏水到30度结
4、冰；自来水6度结冰； 而冰水混和共存时23度就能结冰。n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n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n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。n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z
5、eta电位正相关。结石形成的假说n钙斑学说n过饱和结晶学说n基质学说n抑制物缺乏学说n游离颗粒和固定颗粒成石学说n取向附生学说结石形成假说钙斑学说n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n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。n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
6、n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。n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nBoyce(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。n基质中主要成分：碳水化合物、酸性粘多糖GAGs 、基质蛋白、n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。n近期生物矿化研究证明：基质可以1.诱发
7、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n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：n1.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。n2.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；n3.对抑制物的作用机制，不同作者有不同的解释。n4.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。nMeyer1975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nV
8、ermeulen1967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。n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n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。nLondale1968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n一、钙排泄过多：1.特发性高钙尿症 2
9、.激素性高钙尿症（甲旁亢）3.肾小管酸中毒n二、柠檬酸盐排泄减少n三、过量草酸排泄：口服钙盐可以减少草 酸吸收。n四、过量尿酸排泄：增加草酸钙结石形成，机制不清。n五、特发性含钙结石钙排泄过多特发性高钙尿症n患有特发性高钙尿症的患者血清钙水平正常。n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。n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。n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
10、管酸中毒n远端肾小管酸中毒的患者形成结石的机制 是多因素的：n1.尿钙和尿磷酸盐排出增加 n2.尿PH值升高，导致尿中磷酸盐复合物的 溶解度下降n 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n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。n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） 。n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。
