肾结石发病机制以及诊疗2024.docx
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1、肾结石发病机制以及诊疗2024结石是一种常见的疾病,其复发率很高,并且由于生活方式、饮食习惯和全球变暖,结石的患病率不断上升。肥胖、糖尿病、高血压和代谢综合征被认为是结石形成的危险因素。结石还会促进高血压、慢性肾脏疾病和终末期肾脏疾病的进展。肾结石的医学和外科治疗已取得重大进展,包括冲击波碎石术、经皮肾镜取石术和逆行输尿管软镜取石术等。药物治疗有利于结石通过尿路,促进结石排出和减少结石复发。我们对结石发病机制研究也取得了重要进展。肾结石是肾小管、肾盂中矿物质沉积,包含结晶成分和有机成分,在尿液中形成。草酸钙是大多数结石的主要成分,主要在肾乳头表面的磷酸钙矿物质表面形成。尿石症患病率高达14.8
2、%,并逐年增加,初次患尿石症后5年内复发率高达50%肥胖、糖尿病、高血压和代谢综合征是结石形成的危险因素,结石促进高血压、慢性肾脏疾病和终末期肾脏疾病的进展。有症状肾结石的治疗已发展为微创内镜手术治疗,降低了发病率,提高了清石率,改善了生活质量。预防复发需要行为和饮食干预,以及针对结石的药物治疗。需要更好的理解结石形成机制来预防结石并且开发药物。当尿液中矿物质过饱和时,形成晶体,最终形成结石。全球80%的肾结石由草酸钙与磷酸钙组成。其他常见结石成分包括尿酸、磷酸镀镁和胱氨酸。某些药物和不溶性药物代谢物也可能导致医源性结石。如HIV患者使用的蛋白酶抑制剂可增加结石风险。食物中溶解度差的毒物也会形
3、成结石,如三聚氧胺导致的尿路结石。”流行病学肾结石的发病率在多个国家呈上升趋势,并因性别、种族和地理位置而异。在美国,过去的数据显示男性患病率是女性的2-3倍,但近期数据表明差异正在缩小。女性结石患者数量增加的原因尚不清楚,可能与生活方式和饮食改变有关。结石患病率因种族而异,非西班牙裔白人患病率最高,其次是西班牙裔和非西班牙裔非裔美国人。环境温度和日照与结石患病率独立相关,炎热、干旱地区患病率较高。肥胖和糖尿病患者的肾结石患病风险增加。患有代谢综合征的患者结石患病率比正常人群高25%。此外心血管疾病患病率与肾结石病史有关,女性患者的心血管疾病风险增高,而男性患者没有。肾结石的发生机制/病理生理
4、学”肾结石患者能提供肾脏形态、尿液分析和结石晶体结构等信息,但这些仅反映结石形成后的状况。为了探明肾结石机制,已发展出理论模型、动物模型和细胞模型,这些研究结果有助于更好地理解结石形成的发病机制。”肾结石的细微结构肾结石主要由晶体和基质构成,根据成分不同,颜色、外表和大小各异。含钙结石的基质包含大分子和脂质,可诱导晶体成核。不同类型的结石具有不同的分子结构和形成过程。草酸钙和磷酸钙结石是两种主要类型,形成过程受多种因素影响。高钙尿、高草酸尿和低枸椽酸尿是草酸钙结石形成的主要危险因素,而磷酸钙结石的形成主要受高钙尿、低枸椽酸尿和尿液PH升高的影响。尿酸结石在肥胖和胰岛素抵抗患者中比例明显升高,占
5、肾结石的8-10%,主要由尿液酸性过高和尿酸溶解减少引起。高尿酸尿症与饮食摄入过多富含噤吟的食物或内源性尿酸生产过多有关,也与痛风有关。磷酸镀镁结石由感染产版酶微生物引起,可通过手术治疗。胱氨酸结石是遗传病,由胱氨酸重吸收减少引起,可复发。肾结石形成受多种异常因素影响,遵循结晶化学定律。结晶第一步是成核,分为均相成核和异相成核。均相成核需要高度过饱和度,通常在化学惰性的纯溶液中进行。异相成核在存在颗粒物时发生,过饱和水平低于均质成核。计算尿液相对于矿物的相对过饱和度需要测量15种尿液成分。成核的RSS水平取决于孵化时间和成核抑制剂的存在。钙盐的成核抑制剂在模拟尿液结晶条件下对钙盐的成核几乎没有
6、影响,而钙盐在肾小管液中的RSS通常高于3-4分钟内形成产物的量。因此,成核抑制剂在防止含钙结石中的作用是值得怀疑的。晶体在肾脏内形成晶核后,暴露于尿液中可促使结石通过结壳生长。有两种途径可以建立结石成核的假设,这两种途径都可以在任何成石过程中起作用,但来自特发性结石患者的结石通常附着在RandaIPs斑上。在游离颗粒学说中,晶体在肾小管中的尿液内成核、生长和聚集。一旦晶体聚集形成大颗粒,要么是由于颗粒过大而不能通过肾小管管腔,要么是颗粒附着到肾小管上皮细胞上,结果都是颗粒被留在了肾脏里。在高过饱和度的情况下,晶体沉积阻塞集合管形成RandaIPs2型病变或栓子,突出到肾盂中并暴露于肾盂尿液中
7、。一旦小管开口被阻塞,尿液淤滞可促进栓子后面小结石的形成。类似地,肾盏中未附着的结石也可以通过游离颗粒机制形成。游离颗粒学说得到动物模型和组织培养研究的支持。高草酸尿或高钙尿实验可导致肾小管管腔内尿液过饱和,形成草酸钙或磷酸钙晶体。这些晶体可能由于管腔变窄或肾小管弯曲而留在尿液流受阻的部位。集合管开口狭椎状,可能阻碍尿液通过,造成管腔堵塞。晶体附着于肾小管上皮或基底膜(因上皮脱落而暴露)也可能导致晶体留滞。游离颗粒学说涉及的结石包括磷灰石、透钙磷石和胱氨酸结石,以及原发性高草酸尿症和减肥手术后高草酸尿症患者的草酸钙结石。上皮损伤和脱落常见于透钙磷石和高草酸尿症草酸钙结石的患者。栓子可充当未来晶
8、体沉积和结石生长的基底,由相同或不同的晶体组成。”结石形成的机制之一是固定颗粒学说,即结石附着在肾乳头表面的钙化斑块(RandaILs斑)上形成。斑块起始于磷酸钙晶体在肾脏间质的形成和沉积。许多特发性草酸钙结石附着在RandaIPs斑上。斑块中的磷酸钙沉积似乎始于肾间质深处,与集合管和直小血管(与Henle神平行的血管)相关。Haggitt和Pitcock在肾间质中发现了与胶原纤维有关的茜素红染色阳性的层状球粒样晶体。Cooke及其同事在正常肾脏中发现了一些钙化,都发生在HenIe拌的基底膜上并延伸到髓质问质中,一些集合管和血管中也出现了此类钙化。”Stoller等对105个尸肾进行高分辨率X
9、线摄影,发现57%的肾脏存在上皮下RandalrS斑,延伸至乳头深方,与集合管和直小血管密切关联。止匕外,肾间质、集合管和血管周围发现散布的磷酸钙沉积。Evan等检查了因各种原因导致肾结石患者的肾脏乳头,发现所有特发性含钙结石均附着于上皮下Randall,s斑,证实了早期观察结果,即Randalls斑的形成与Henle株基底膜的相关性。斑块中已鉴定出骨桥蛋白、重链间抑制因子、胶原蛋白和锌等成分。有趣的是,非结石患者的肾脏中也发现斑块。Evan等假设,沉积物从Henle拌基底膜迁移到间质并与1型胶原结合,形成合胞体,其中矿物漂浮在有机物的海洋中。显微镜观察和研究显示,间质中磷酸钙沉积与细胞降解产
10、物、膜结合囊泡、未鉴定纤维类物质和胶原纤维有关。囊泡中含有针状晶体,可能是磷酸钙。有理论提出,晶体形成始于胞膜结合囊泡中,通过胶原蛋白矿化传播,导致矿化作用移动并指向肾乳头上皮下,最终形成RandaIrS斑。关于RandaIrS斑的起始位置和形成原因尚不清楚,有学者认为其形成可能类似于血管钙化。游离颗粒学说和固定颗粒学说机制的关键差异在于初始病灶位置。Randalls栓子(游离颗粒)是小管内沉积物,由磷酸钙组成,暴露于尿液中生长。而RandaIIzS斑(固定颗粒)是上皮下的沉积物,需突破上皮才能暴露于尿液并继续生长,可能与基质金属蛋白酶的参与或斑块生长的物理突破力有关。斑块主要由磷灰石组成,栓
11、子可由任何在过饱和尿液中析出的固体构成。栓子和斑块都覆盖有有机基质,属于肾脏上皮细胞产生的大分子,是上皮细胞暴露于小管晶体沉积的一种反应。肾盂尿相对于草酸钙通常是亚稳定的,为草酸钙的异相成核和结石生长提供条件。动物模型和组织培养研究表明,上皮细胞连续暴露于晶体将产生大量大分子,包裹晶体聚集体后促进结晶和结石生长。在斑块或栓子上形成和生长草酸钙晶体,最终将导致含钙结石的形成。磷酸钙也是草酸钙适宜的成核因子,可自身转化为草酸钙。因此,结石形成是一系列事件的最终产物。特定矿物的晶体生长速率取决于尿液中的RSS水平和调节物质。镁、枸椽酸盐、焦磷酸盐、ADPxATP.磷酸肽、粘多糖、非聚合T-H蛋白、肾
12、钙蛋白、骨桥蛋白、钙粒蛋白、Od-微球蛋白、2-微球蛋白、UPFT和间抑制因子(bikunin轻链)等物质可延迟钙盐晶体生长和/或聚集的速率。仅发现柠檬酸盐和镁在含钙结石患者尿液中的排泄量低于非结石患者。”另一类调节物质,称为结晶促进剂,可能促进钙盐结晶,包括基质物质Al35、未知尿蛋白和糖蛋白、Tamm-Horsfall蛋白聚合形式(尿类粘蛋白)。目前无证据显示结石患者过度排出这些大分子,但研究人员正研究它们在结石生长中的作用。”结石形成与血管钙化血管钙化和特发性肾结石形成之间存在关系。肾结石中的磷酸钙沉积与血管钙化的过程相似,提示两者可能有关联。血管平滑肌细胞在高浓度钙和磷酸盐环境下会转化
13、为成骨表型,此过程通过上调RUNX2、MSX2转录因子来激活BMPs和WNT信号通路。此外,氧自由基也参与了这个过程。转化后的细胞能产生基质蛋白。肾上皮细胞也具有成骨能力。患有遗传性高钙血症的大鼠中BMP2、RUNX2和OSteriX的基础水平较高。高草酸尿症、高钙尿症、低枸椽酸尿症和肾脏氧化应激等异常情况可以促进肾上皮细胞向成骨表型转化,这种去分化过程促进了磷酸钙晶体的沉积和RandaIrS斑的形成。AtcendingdescendingP利bUrctcrMci 100 mProtruding 突出生长 crystal飞; ff Pdpillary6VV 力而1 wHc1的储体 图5 水草酸
14、钙结石患者肾脏乳头表面的扫描电子显微镜下图像A:结晶从肾乳头表面向外突出,推开上皮细胞(箭头),表面有纤维物质覆盖,并被结晶外壳包围。B:纤维物质覆盖突出生长的晶体表面。C:完整的一部分乳头表面上皮。图6Randall,s斑和草酸钙结石的形成过程实验结果和临床数据推测结石形成多步骤过程,涉及RarldaIrS栓子和斑的形成。简化展示步骤,但结石形成受多种因素影响。a:在Randall斑形成中,首先磷酸钙和/或草酸钙在HenIe拌末段和集合管系统起始段出现小管内液体过饱和(步骤)。之后的过程分为两条途径,其中一条是磷酸钙过饱和导致磷酸钙沉积在Henle神基底月身步骤),开始了斑块的形成过程(图1
15、”肾小管内发生结晶形成(步骤),磷酸钙晶体移至肾间质或被细胞内吞重新沉积于小管基底膜上(步骤)O另一种途径是,肾脏上皮细胞暴露于磷酸钙和/或草酸钙后,产生氧自由基和成骨相关因子,如RUNX2、OSteriXxBMP2、BMP7、BMP受体2、胶原蛋白和骨桥蛋白,基底侧产生基质囊泡并发生钙化(步骤)。b:磷酸钙晶体沉积于Henle祥和/或集合管的基底膜上,导致矿化过程继续。出现胶原纤维和膜囊泡钙化(步骤)。矿化前沿到达肾乳头表面后形成上皮下斑块(步骤)。斑块破裂,暴露磷酸钙晶体于肾盂尿液中,草酸钙处于亚稳定状态(步骤)。尿液大分子沉积于磷酸钙晶体表面,促进草酸钙晶体沉积(步骤”诊断,筛查和预防泌
16、尿系结石患者通常表现为肾输尿管绞痛和腰痛,伴有肉眼血尿、呕吐,部分患者可能无症状。只有当结石排出、取出或通过影像学检查发现时,才可诊断为尿石症。儿童肾结石症状不明显,表现为镜下血尿、排尿困难、腹痛和尿路感染等,2岁以下患儿临床表现非特异性,如烦躁、呕吐、哭泣和躁动,高钙尿症或高尿酸尿症可能是尿结石的唯一线索。对疑似结石患者,详细的病史和体格检查是必要的,临床诊断通常也需要影像学支持。肾脏和尿路超声能识别出肾盏、肾盂、肾盂输尿管连接部以及膀胱输尿管交界的结石,并可能诊断出结石的间接体征。超声检查对肾结石的敏感性和特异性较高,但对输尿管结石的敏感性和特异性较低。腹部X线平片诊断性能中等,已不再广泛
17、用于评估侧腹痛。但腹部X线平片在区分不透射线和透射线的结石以及后续治疗中仍可能有作用。静脉肾盂造影曾是尿路结石的诊断金标准,但现已被无造影剂CT取代,后者无论在何处、大小和组成上均能识别输尿管结石,并可识别泌尿系统以外病因。无造影剂CT还能确定结石的密度和内部结构以及皮肤到结石的距离,对指导体外冲击波碎石很有用处。结石成因分类肾结石患者根据成分和病史分为不同类别,影响诊断和预防治疗,但有局限性。化学方法不精确,应使用红外光谱或X射线衍射。单发结石患者容易分类,但区分单一和复发性结石需长时间观察。大多数患者一生中只排石一次,初次含钙结石患者的复发时间可能长达5年,只有少数患者复发次数4次。因此,
18、用复发性含钙结石患者描述5年内复发3次或以上的患者,其他为偶发性结石。尽管结石数目代表尿石症的临床活动,但其代谢活性的概念不同,指正在进行的结晶驱动过程,可能导致新结石的形成或现有结石的增大。理想情况下,这一概念应指导临床医生决定如何治疗患者,但缺乏可靠的代谢指标。首次确诊(最可能)结石的患者可能与复发性结石患者有相同的尿代谢异常。偶发性复发性结石者可能也是如此。因此,需依靠代谢活动的替代标志物:临床活动,也有其局限性。复发性含钙结石患者在相对较短的时间内排出许多新发结石,应视为具有代谢活性,即使连续影像检查显示结石增长。即使是第一个结石,也应视为具有代谢活性。相比之下,同一时间内发现多个肾结
19、石的患者可能不代表临床活动性,因为结石团簇可能在很短的时间内由于代谢紊乱而快速形成。因此,患者具有代谢活性,但可能在诊断时没有。建议评估尿石症不仅根据结石成分和临床活动,还要在诊断过程和患者分类中评估发生并发症的风险。诊断诊断和制定预防结石策略需要了解代谢背景和评估慢性肾脏病、代谢性骨病风险。评估尿液结晶倾向可评估肾结石的代谢机制和诊断系统性原因,确定CKD和MBD风险并获得饮食指导。专有软件可计算多种盐的过饱和度,但非必要。CKD和MBD的危险因素可根据结石患者是否存在这些疾病的风险进行分类。危险因素包括远端肾小管酸中毒、髓质海绵肾、原发性甲状旁腺功能亢进等遗传性疾病。含钙结石患者中,高复发
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