尿酸结晶的形成

　　尿路结石中有相当一部分是由尿酸为主要构成的结石，大约为5-15%，来自于水溶液的尿酸结晶，常规条件下，可以为无水化合物（UAA），也可为二水化合物（UAD），也可为两者的混合体，并且UAD可以很容易的转化为无水的盐。

　　不同时间，尿酸结晶形成的形态不一样，Grases在温度为37度,PH为5.5和4时，在人工尿液中进行尿酸的沉淀。当最初的尿酸的溶度分别为170mg/l(PH4.0)或1500mg/l(PH5.5)时，在实验开始4小时后进行观察发现只有UAD，其结晶相对较细长（图1①）或者板形结晶聚集呈蔟状（图1②），在实验8小时后，混悬液中的固相分离，可以见到较厚的六角形的UAA的结晶。在实验的36小时后UAD的结晶仍然停留在悬浮液中，但再过去12小时后，UAD结晶完全消失。XRD可以证实实验开始后的48小时后，液体中的固态液物质只有UAA。

　　在干燥的空气中，UAD完全向UAA转变，在4度时需要4天，在40度时只要3小时，在湿的空气中25度时或在母乳37度时，这个转变可以在2天内完成。长的棱柱形的UAD在干燥的或湿的空气中部分分解为很多相聚的不规则形的UAA结晶。然而，当这种转变发生在母乳中时，会有一定量的新的较厚的六角形的UAA结晶形成，虽然有较深的纵向的裂纹出现在UAD的棱柱上，但是UAD的原始形态得以保留。

　　对结晶的研究是在溶液中溶质在超饱和状态下进行的，要么为UAD和UAA，要么仅有UAA。虽然，UAA的过饱和度常常比UAD要高，但UAD是关于这两相中唯一的可于过饱和液中沉淀的固相物。在人工尿中，UAD成核的能障要比UAA要低，因此UAD是人工过饱和尿中唯一可形成的固相。然而，当人工尿达到UAA的过饱和时，UAA可显示，而UAD不显示。在生理条件下，UAD向UAA的转变是相当快速的，在体外小结晶的转化为2天，此后，在研究的结石中有大量的UAA，而无UAD。可能最初形成的UAD很多，在体内结石演变过程中或在体外在结石分析前UAD转变为UAA。

　　基于体外实验以及溶解度的计算，根据尿酸内容物在肾脏尿中形成的状态，可以粗略估计出PH值。正常的PH值在5.0-6.5之间，但也可在4.5-7.0间，正常人的尿酸在尿中的浓度可以在170-500mg/L间变化。超过550mg/L时，为高尿酸患者，最高可达到1200mg/L时。，尿酸结晶在人工尿中成核的最小过饱和度是在1左右。但是这些结晶太小，在10μm左右，在时间段内不易于腔隙中沉淀，通常结晶沉淀（II型）的常规的过饱和度要比这个值要大。

　　因为确切的过饱和值不清楚，当σ=1.5时，尿酸结晶足够可以成核，并且可以成长到100μm。根据成石的成分，成石开始的最低需要的过饱和值σ=1时，UAD或UAA刚好达到过饱和。当过饱和为σ=0时，尿中的UAA或UAD刚好饱和（曲线a,c），为1时（曲线b,d），或1.5时代表UAD（曲线e）过饱和。曲线描绘了几个区域，反应了与尿酸结石形成有关的特点。

　　在区域1，这两种类型的尿酸在尿中没有新的结晶产生，这种环境下，不能起动尿酸结石的形成。在a和d曲线间的区域，如果有合适的生长中心，如已经有较大的尿酸结晶的存在，组成成分为UAA的I型结石可以形成。在b和d曲线间的区域，新的UAA的结晶可以产生。但在区域4可以形成较大的结晶，并可以在肾脏内停滞。包含UAD生长类型的结石可以在区域4和区域5内生成，但必须在足够的温度条件下。在区域5，新的UAD的结晶可以在尿中生成，但是它们的大小还不能足够在肾脏中停留，它们中的大多数作为结晶而被排出，只有新形成的结晶可以达到足够的大，从而在肾脏中停留，新的生长类型结石就可能产生。在区域6可以确信尿酸结石的产生，在尿中新生成的UAD结晶可以达到足够大，从而可以在肾脏中停留并形成沉淀。

　　尿酸结石形成的机制可以根据其内部结构，以及体外实验来推导。I型尿酸结石，有明显的核，这些核是由几个较大的UAA结晶形成，是相对较大的沉淀物，包含了较多的结晶。这些核可在肾盏内停留，并很容易进入尿液中。结石的核与尿中的过饱和的UAA持续相接触，但是UAD处于不饱和状态，以UAA为主的紧密的结晶层开始形成，结石内部是由柱状结晶形成的。在通常结石形成过程，这意味着过饱和相对较低，从而结石生长较缓。然而，周期性的出现以无序的小结晶为组成的同心层表明由于尿中的过饱和的突然增加，出现了短期的变化。长期的高饱和状态可以导致足够的新的UAA或UAD结晶的产生，并且可以出现柱状结构的完全断裂。观察到几个结石内部由小的且大部分为无序的和松散的结晶构成。在成石后期，形成的UAD经历了相的转变，转变为UAA，因此，XRD不能在所研究的结石中发现UAD。由于持续的在结石表面有新的结晶生成，在溶液介导的机制下，UAD不能向UAA的转变。随后所发生在结石中的相的变化，引起结石块的破裂。结石的生长，并没有附属在肾盏的壁上，这是因为身体的持续运动所致。这可以确保过饱和尿液通路的无限制、均匀的提供结石成石所需的材料，提供给整个结石表面，保证圆形结石的生成以及结石的核接近中心。

　　II型结石所显示结构要比I型的结构复杂。由于三个相重叠的因素导致了结石结构的复杂性，这三个相重叠的因素：①结晶的生长②沉淀③溶液介导的相的转变。溶液介导的相的转变，持续的和/或同时的存在于结石形成的部分或整个过程。II型结晶首先在肾盏处形成结晶的沉淀，其包括在肾盏底部形成UAA或者覆盖整个肾盏的UAD。尿中颗粒如尿酸结晶，草酸钙结晶、或有机碎片，在有利的条件下可以沉淀。由于这些颗粒在尿中停留相当长时间，这样有利于结晶的进一步的生长，此后，通过溶液介导的过程，UAD可以转变为六角形的UAA结晶。在肾盏的内部可有混合的共生的UAA结晶。在通常条件下，结晶生成过程，尿中可出现COM颗粒，有机基质以及UAA结晶。结石的内部是疏松的，且由于形成过程是随机和混乱的，因此结石的结构是无序的。当肾盏内充满结石样物质，紧密层覆盖在结石的部分顶端，进一步发展并完全封闭了结石内部，在事实上终止了结石的进一步的生长。然而，少数小的球体，在结石表面可形成结节体。

　　由于溶解度的计算的不确定，结石生成的PH的范围以及尿酸的浓度表达的仅仅是近似现实的情况。然而，按照临床的经验，在PH为5.5或更低时，尿酸结石可以生成。区域6是结石形成的最急迫的风险所在。关于为什么尿酸结石并不能在所有的低PH的尿中形成的问题仍然需要解决。因为高尿酸尿和一定的低PH值尿并不是尿酸结石形成所必须的。关于结石患者的尿中缺乏尿酸结晶形成的抑制因子的解释似乎是一个较为有力的解释。