臨床生物化學/尿路結石症的生物化學
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尿路結石症是地區性常見病、多發病。我國尿石症的多發地區是廣東、廣西、貴州、雲南、四川、福建、台灣、浙江、江西、安徽、湖南、湖北、陝西、河南東部、山東、蘇北、吉林雙城堡等地。
尿石症大體可分為上尿路結石症（腎結石、輸尿管結石）與下尿路結石症（膀胱結石、尿道結石等）。隨著工農業生產的發展和生活水平的提高，上尿路結石就診率明顯升高，下尿路結石明顯下降。
（一）尿路結石的化學組成及結構特點
尿石一般由三部分組成：①中心部或核；②沉積的晶體物質；③基質。
尿石的核心通常位於尿石的中心，是尿石生成中最早出現的部分。核心的組成常能反映當時體內的代謝變化。對尿石核心的分析對探討尿石的成因也有一定價值。有的尿石核心由晶體物質及基質組成，也有的尿石核心是凝血塊、細胞碎屑、管型、菌落、異物等。
尿石的基質是各種尿石共有的成分，是由粘蛋白類構成，基質在含鈣尿石中占結石總量的2.5％左右，在胱氨酸結石中基質約佔9％-11％，而在罕見的基質結石中基質可達結石總重量的60％左右。基質作為結石的網架，晶體沉積於其上。
尿石的晶體物質種類較多，其性質及來源各不相同，尿石的晶體成分見表6-7。
表6-7 尿石的晶體成分
| 成分 | 分子式 |
| 一水草酸鈣 | CaC2O4.H2O |
| 二水草酸鈣 | CaC2O4.2H2O |
| 磷酸鎂銨 | MgNH4PO4.6H2O |
| 碳酸磷灰石 | Ca10（PO4，CO3OH）6（OH）2 |
| 羥基磷灰石 | Ca10（PO4）6（OH）2 |
| 二水磷酸氫鈣 | CaHPO4.2H2O |
| 尿酸 | C5H4N4O3 |
| 尿酸鈉 | NaHC5H2N4O3.H2O |
| 尿酸銨 | NH4HC5H2N4O3.H2O |
| 磷酸三鈣 | Ca3（PO4）2 |
| 胱氨酸 | ［-S.CH2CH（NH2）.COOH］2 |
| 黃嘌呤 | C5H4N4O2 |
一種尿石可含一種或數種晶體成分，據國內有關報告初步統計，我國國內尿路結石以含草酸鈣的混合結石最為多見，個別地區尿酸結石較其他地區為高。尿石分析可用化學分析方法、微量重結晶分析法、X線粉晶分析、紅外線光譜分析、偏光顯微鏡分析等。
尿石的結構及其意義見表6-8。
（二）尿路結石的成因及形成機制
尿路結石的成因問題頗為複雜，它涉及結石成分由尿中排泄增加、尿液pH的變化、環境及某些生活習慣、營養因素、神經因素及尿液淤滯等。
表6-8 尿石的結構特點及其意義
| 結構 | 組成成分 | 意義 |
| 核心 | 基質與晶體成分（草酸鹽、磷酸 | 為尿石生成中最早出現的部分，腎小管中形成 |
| 鹽）、血塊、細胞碎屑管型、菌 | 的微石進入腎盞，長大成為尿石 | |
| 落、異物等，核心一個或多個 | ||
| 同心層 | 由晶體及基質組成年輪樣結構，基質也 | 在草酸鈣結石及尿酸結石中同心層結構明 |
| 具有同心層結構，形成結石網架 | 顯 | |
| 放射條紋 | 與同心層相垂直，長度相當於1個同心 | 只存在於一水草酸鈣、尿酸或磷酸氫鈣等單一 |
| 層的寬度，由纖維狀基質組成 | 成分區域，與同心層並存 | |
| 小球體 | 每個尿石中皆有不同數目的1mm左右 | 小球體即微小結石，尿石可為多個小球體的聚 |
| 的小球體存在，由基質及晶體組成 | 合體，說明微小結石不斷從腎乳頭脫落，聚集 | |
| 成尿石 |
⒈高鈣尿症尿鈣的增高與含鈣尿石的形成有密切關係，但是高鈣尿症並非形成尿石的唯一決定性因素。許多尿石患者尿鈣含量正常，高鈣尿症也不一定都合併尿石症。只是在原發性甲狀旁腺功能亢進症、腎小管性酸中毒、特發性高鈣尿症等情況下較多見尿石的發生。
⒉草酸代謝紊亂草酸鈣是尿路結石的主要成分。尿中排泄的草酸約有40％來自富含草酸的食物，還有一半是來自體內胺基酸（甘氨酸、絲氨酸、羥脯氨酸）和維生素C的代謝轉變。原發性高草酸症是先天性的酶缺陷所致，包括Ⅰ型（α-酮戊二酸－乙醛酸裂合酶缺陷）和Ⅱ型（D-甘油酸脫氫酶缺陷）。原發性高草酸尿症Ⅰ型由前述三種胺基酸代謝生成的乙醛酸難於進一步轉變成α-羥基β-酮基已二酸，因而造成乙醛酸堆積，由乙醛酸生成草酸增加。原發性高草酸尿症Ⅱ型則表現為由絲氨酸生成的羥基丙酮酸堆積，導致L-甘油酸和草酸的生成增加。
維生素B6及維生素B1構成上述胺基酸代謝酶的輔酶，因而當維生素B6與B1缺乏時亦可導致草酸代謝紊亂，即乙醛酸向胺基酸的轉化發生障礙而轉向草酸的生成，因而促進草酸鈣結石的生成。草酸代謝紊亂與鎂的缺乏也有密切的關係，動物實驗表明，飼以缺鎂食餌即可形成草酸鈣結石，而且這種結石形成過程可因投予鎂而被阻止。據認為鎂的吸收可以抑制鈣的吸收，鎂離子可使尿中草酸鈣的溶解度顯著增高，有人曾主張測定尿中鎂/磷比值，若鎂/磷比值在0.1以下即可認為是「鎂失調尿」，他們認為「鎂失調尿」是草酸鈣結石形成的重要條件。
內生性草酸的35％-50％是由維生素C轉變而來。維素C（L-抗壞血酸）在體內首先被氧化成L-脫氫抗壞血酸（在細胞色素、分子氧等參加下），再經內酯酶作用而生成2，3-二酮古洛糖酸，後者再分解成草酸和L-蘇阿糖酸。大量服用維生素C可引起內生性草酸的大量生成而有發生草酸鈣結石的可能，動物實驗也表明了這一點。
⒊尿酸代謝紊亂尿酸是體內嘌呤代謝的產物。發生高尿酸血症的原因在於組織中核酸分解破壞的增加以及攝取富含嘌呤及核酸食物的增加。約25％的痛風病人有尿酸結石，尿酸結石病人的25％合併痛風。高尿酸血症可同時出現高尿酸尿症。
隨著魚肉類食品及乙醇飲料攝取量的增加，痛風及無症状性高尿酸血症有增加的趨勢。痛風已被看做是以原發性高尿酸血症為基礎、以關節炎發作為主要症状，合併腎損害（痛風腎）、高血壓、脂類及糖代謝異常、肥胖等的全身性代謝異常的疾病。其尿液pH有強烈的偏酸的傾向，因而易形成尿酸結晶和尿酸結石。血清及尿中尿酸濃度越高，腎結石發生率也越高。尿pH越低，腎結石發生率亦越高。尿酸在偏酸（pH6以下）條件下易處於過飽和狀態，而利於尿酸結石的形成。
黃嘌呤是嘌呤代謝的中間產物，溶解度低。黃嘌呤結石是由於黃嘌呤氧化酶的缺陷而致嘌呤代謝障礙，尿中黃嘌呤沉積而成為尿石。
⒋胱氨酸代謝障礙胱氨酸尿症是腎及腸道中胺基酸轉運的先天性異常。尿中胱氨酸、鳥氨酸、賴氨酸等排出增加，可出現複發性尿路結石。
⒌尿pH與結石形成的關係（表6-9）。
表6-9 成石物質的溶解度與尿pH的關係
| 成石物質 | 酸性尿中情況 | 鹼性尿中情況 |
| 尿 酸 | （pH5.0附近）沉澱 | （pH6.5以上）溶解 |
| 胱氨酸 | （pH4.5-7.0）沉澱 | （pH7.5-7.8）溶解 |
| 草酸鈣 | （pH6.0以下）沉澱 | （pH＞7）沉澱 |
| 磷酸鈣 | （pH6.0以下）溶解 | （pH＞7）沉澱 |
| 磷酸鎂銨 | （pH6.0以下）溶解 | （pH＞7）沉澱 |
由表6-9可以看出不同成分尿石的形成是在不同的pH下進行的，在偏酸性的尿中易形成尿酸及胱氨酸結石；在偏鹼性尿中易形成磷酸鈣及磷酸鎂銨結石。
⒍尿中結晶抑制物的缺乏尿中成石物質的濃度一般都大於其溶解度，因而都處於過飽和狀態。在正常尿中存在著一些作用很強的結晶抑制物－焦磷酸鹽、粘多糖、檸檬酸、鎂離子、尿素、丙氨酸、錳離子在及鋅離子等。尿石症病人尿中由於缺乏某些結晶抑制物，導致其尿液的結晶傾向增高。例如草酸鈣結石病人尿鎂濃度的減低，尿石病人尿液檸檬酸排出量減低等均是這方面的例證。
⒎結石基質在尿路結石形成中的作用尿石形成的基質學說認為是基質前身物先轉化為基質，再以基質為模板吸附或粘著晶體物質而形成結石。在結石形成者的尿中，粘多糖的硫酸化程度比正常尿中的為高。硫酸粘多糖上的硫酸根可能起著在腎內形成難溶性鈣鹽的作用。因此，高度硫酸化的粘多糖看來是含鈣結石形成的重要因素，基質物質A為基質主要成分。
⒏其他因素關於水質硬度與尿石發生的關係報告尚不一致，廣東東莞、花縣以及貴州六盤水地區尿石的發生與水質硬度有關。維生素A缺乏易導致過飽和的鹼性尿液，還可使上皮脫落，刺激基質蛋白的分泌。精神緊張與交感神經反射的刺激易引起腎石發生。尿石病人尿中尿激酶活性比正常人低，而尿激酶能促進纖維蛋白溶解，保持尿路的通暢。
關於各種尿石的生化成因及特點列於表6-10
（三）尿中防治的臨床生化（表6-11）
表6-10 各種尿石的生化成因及特點
| 結石種類 | 生化成因 | 尿液及結石的特點 |
| 草酸鈣結石 | 原發性高草酸尿症（先天性酶缺陷） | 尿鈣高 |
| 甲狀旁腺功能亢進 | 尿草酸增高 | |
| 尿鎂及尿磷降低 | ||
| 繼發性高草酸尿（膳食性） | 尿pH5.0-6.5 | |
| 維生素B6、B1缺乏，Mg2+缺乏，迴腸 | 尿中有草酸鈣結晶 | |
| 切除，膽鹽重吸收減弱，膽鹽分解放出 | 成堆現象 | |
| 甘氨酸，轉化成草酸，形成草酸鹽結 | 尿沉澱加鹽酸溶解 | |
| 石，多數特發性草酸鈣石原因未明 | 尿石同心層明顯，二水草酸 | |
| 鈣白而脆，一水草酸鈣褐色堅硬 | ||
| 磷酸鈣結石 | 特發性高鈣尿症 | 尿鈣增高 |
| 甲狀旁腺功能亢進症 | 尿pH＞7.0 | |
| 腎小管性酸中毒，長期臥床 | 尿沉澱和醋酸溶解 | |
| 骨腫瘤引起高鈣尿症尿液 | 結石白色鬆脆 | |
| 偏鹼，尿中粘蛋白改變等 | 碳酸磷灰石加HCl有氣泡生成 | |
| 磷酸鎂銨結石 | 尿路感染，細菌尿素酶將尿素分解為氨 | 尿細菌培養陽性 |
| 與CO2形成碳酸銨，再與鎂及磷酸鹽形 | 尿可見磷酸鎂銨結晶尿pH＞7.0 | |
| 成磷酸鎂銨沉澱 | 尿沉澱加醋酸溶解 | |
| 尿酸結石 | 高尿酸尿症 | 尿中尿酸可增高 |
| 尿pH偏酸，尿酸沉積 | 尿液pH＜5 | |
| 「特發性尿酸結石」機制未明 | 尿沉澱加鹼溶解 | |
| 尿中可見尿酸結晶 | ||
| 尿石呈金黃色，同心層明顯 | ||
| 胱氨酸結石 | 胱氨酸、鳥氨酸、精氨酸、賴氨酸在腎 | 尿中胱氨酸增加 |
| 及小腸轉運障礙，腎重吸收障礙，尿中 | 尿pH偏低 | |
| 大量排泄胱氨酸，沉積而成為胱氨酸結 | 尿中可有胱氨酸結晶 | |
| 石 |
表6-11 防治尿石的生化原理
| 結石種類 | 防治藥物 | 防治尿石的生化原理 |
| 氧化鎂 | 糾正鎂失調，Mg2+與Ca2+競爭草酸根，阻止尿石生長，增 | |
| 加草酸鈣溶解度 | ||
| 草酸鈣結石 | 維生素B6 | 糾正胺基酸代謝紊亂，降低內生性草酸 |
| 無機磷酸鹽 | 增加尿中焦磷酸鹽，抑制結石生長 | |
| 亞甲藍 | 阻止基質與晶體結合，妨礙基質的產生， | |
| 磷酸纖維素 | 聚合與鈣形成不吸收的複合物，降低尿鈣 | |
| 酪氨酸 | 降低內生性草酸，阻斷羥脯氨酸生成草酸 | |
| 別嘌呤醇 | 抑制尿酸生成，防止草酸鈣結合長大 | |
| 四環素 | 與金屬離子螯合，與亞甲藍作用類似 |
續表
| 結石種類 | 防治藥物 | 防治尿石的生化原理 |
| 磷酸鈣結石 | 氫氧化鋁膠 | 在腸道與磷形成不溶性磷酸鋁減少吸收 |
| 檸檬酸 | 在尿中與鈣形成可溶性物質 | |
| 葡萄糖醛酸 | 形成葡萄糖醛酸甙，利於鈣結石溶解 | |
| 萜烯類 | 與葡萄糖醛酸結合成葡萄糖醛酸甙 | |
| 酸性磷酪鹽與NH4+Cl- | 酸化尿液，促進磷酸鈣溶解，降尿鈣 | |
| 磷酸纖維素 | 與鈣形成不吸收的複合物，降低尿鈣 | |
| 磷酸鎂銨結石 | 抗生素 | 控制尿路感染，減少尿中尿素酶及尿銨 |
| 乙醯羥肟酸 | 尿素酶抑制劑，減少尿素分解 | |
| 丙氨酸 | 防止尿粘蛋白的聚合 | |
| 尿酸結石 | 別嘌呤醇 | 抑制體內黃嘌呤氧化酶，從而抑制尿酸生成 |
| 檸檬酸鹽 | 鹼化尿液至pH6.5，使尿酸結石溶解 | |
| 胱氨酸結石 | 青黴胺 | 青黴胺與半胱氨酸結合，形成溶解度很大的複合 |
| 物，減少胱氨酸的生成 | ||
| 檸檬酸鹽 | 鹼化尿液至pH7.5，促進胱氨酸結石的溶解 |
 鈣、磷代謝異常 | 鎂代謝及其異常  |
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