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尿石的成因、评估和防治

孙西钊、郭宏骞、叶章群
(南京大学医学院附属鼓楼医院泌尿外科，210008)

在过去的二十年里，尿石症的外科治疗已经发生了根本的变革。体外冲击波碎石技术和体内碎石技术的发展，使尿石症的研究进程发生了质的飞跃。在历史上，“旧石器时代”是二十万年前人类文化发展的起源，而在今天，人们也将现代化的结石治疗方式比喻为“新石器时代”。诚然，人们在成就面前容易盲目乐观，因而也曾一度认为，既然这些先进的外科技术治疗结石轻而易举，那么取代尿石的病因和药物治疗也就顺理成章。然而，统计资料表明，在过去的二十年中，尿石症的发病率不仅并未降低，反而在逐年升高，同时，冲击波碎石后的结石复发率、残留率和残石再生长率也同样居高不下，而且冲击波对人体远期的潜在影响仍未彻底阐明。面临这些挑战，近来尿石症的代谢评估和病因治疗又再度受到国外的普遍重视。其实，早在冲击波碎石问世的前后，对于尿石成因的研究也同样取得了重大突破，大约95%的尿石症患者的病因已能通过代谢评估查明，而且也可针对不同病因的结石患者采用个体化的治疗，只是前者的成就更为夺目，而使人们忽略了后者的存在。对此，本文结合尿石成因来概要介绍尿石的代谢评估和预防性治疗。
成石机制

尿液是一个非常复杂的物理化学体系，尿路结石的形成自然也是一个复杂的物理化学过程。从总体上讲，尿路结石的形成是尿液中液态物质转变为固态物质的过程。这一过程需要一定的能量，尿中成石物质浓度过高所致的尿过饱和是驱动结石形成的能量来源。换言之，结石的形成取决于液相与固相之间的化学势差，当尿饱和时，液相趋于向固相转变。因为结石主要是由晶体组成，所以成石过程也基本遵循结晶形成的化学动力学过程。这一过程大致经过以下几个步骤：晶核形成→结晶生长→结晶聚集→结晶滞留→结石形成。参与成石过程的因素还有抑制物，促进物和基质等。
1．晶核形成：在形成结晶之前，必须先形成晶核，这是从过饱和溶液中形成固相的第一步，晶核的体积极小，为纳米级。在纯溶液中自发形成的晶核，称为同质性成核；而尿液中的成核方式一般是由外来颗粒作为界面来诱发晶核形成，即异质性成核，这些外来颗粒多为上皮细胞碎片，各种管形、红细胞、基质等。异质性成核的特点是在现有的异质界面作用下，仅需较低的过饱和度就可顺利成核。另外，在某种成分的过饱和尿中存在与其不同的另一种结晶时，如果这两种晶体的晶格相似，那么，过饱和溶液中的成石成分就会在后者现有的晶面上定向生长，即取向附生，这一现象也可视为成石过程中一种特殊的异质成核，同时，也可根据这种取向附生机制来解释为何尿路结石多为混合成分所组成。
2．结晶生长：过饱和尿液中的离子不断沉积到晶核的表面，结合到晶格中，使晶体逐渐长大，但对形成结石而言，其效率显然太低。原尿从肾集合管流至膀胱约需10分钟。尿石形成的部位多在肾乳头管或肾集合管，其管径约50～200μm。据推算，自晶格生长至直径200μm的结晶，随尿饱和度不同，约需90分钟至1500年，虽然结石患者中结晶的体积和数目都大于正常人，但是单靠结晶生长所致的体积和所需的时间还不足以造成这些管腔的阻塞，结果是这些晶体被冲入肾盂，并随尿液排至体外。因此，单非晶体生长而致结石形成的效率显然太低。
3．结晶聚集：尿中的晶核或结晶可借助化学或电学的驱动力相互聚合成较大的晶体颗粒簇，这一过程称为结晶聚集。结晶聚集的特点在于其发展速度较快，甚至可发生在未饱和的尿中，这种结晶聚集体的体积较大，足以阻塞肾集合管和肾乳头管的管腔。临床上也证明，尿石症患者尿中的结晶在肾内滞留是成石的必需前提，而且较大晶体聚集体在数目上明显多于正常人。
4．结晶滞留：通常，由于结晶聚集体比较脆弱，即使阻塞肾集合管，一般也达不到形成临床结石所需的时限，结晶或其聚集体往往只有通过一种富含透明质酸（一种基质中为主的粘多糖）的细胞外周基质（PCM）的粘合作用附着于受损的肾小管上皮细胞，方可免受被流速较快尿液的冲走。随着成石物质在这种结晶/PCM聚合物上的不断沉积，最终形成临床结石。
目前公认，尿石的形成不是单一因素所致，而是多种因素共同促成的结果。在上述的结石形成过程中，虽然尿过饱和是重要的前提条件，但有时却不一定是唯一的条件。过饱和往往需要在其它因素的共同参与下，才会形成结石，其中，尤其是要取决尿饱和度与结晶抑制因子之间的平衡。在正常情况下，尿中某些成石物质的饱和度往往超过其溶解度，例如，正常尿中草酸钙的浓度是其溶解度的4倍，而且只有当草酸钙的浓度达到其溶解度的10倍时，才会发生沉淀，这主要是依赖结晶抑制因子的活性作用，结晶抑制因子能够吸附在晶体表面的生长点上，阻止结晶的成核、生长和聚集。另外，它还能与某些成不物质结合，形成可溶性结合物，降低这些成石物质的尿饱和度。临床上，有些人虽然尿中草酸和钙的排出量增高，但不一定会形成结石，这也得益于尿中结晶抑制因子的作用。一些常见的重要抑制因子有枸橼酸盐、焦磷酸盐和镁等。同时，尿中这些抑制因子的含量降低，也是结石形成的重要条件。
导致尿石形成的其它物质还有尿中的结晶促进因子，但其重要性不如结晶抑制因子。单纯性促进因子很少见。尿中某些物质可在结晶形成的不同阶段分别起到双重的促进作用和抑制作用。例如，葡胺聚糖促进结晶成核，但抑制结晶聚集和生长。

病 因

尿石的病因比较复杂，不同性质的结石可能是由于相同的病因 所致；而同一性质的结石可能同时具有两种以上的致病因素。除感染性结石外，尿路结石大多是由人体代谢产物构成，因此，不同成分的结石可以反映体内相应成分的代谢异常。尿中常见的成石成分包括钙、草酸盐、尿酸、磷酸盐和胱氨酸等，任何生理系统紊乱引起这些成石物质在尿液过饱和或尿中的抑制因子降低时，都有可能启动结石形成和促进结石生长。
一、 草酸钙结石

临床上大多数结石属草酸钙结石。草酸钙结石可能是一种多基因遗传性疾病。基因可通过调控钙、草酸和枸橼酸盐来影响结石的形成。导致草酸钙结石形成的直接原因有以下几种。
1．高钙尿症： 高钙尿的定义是在随机饮食下，尿中钙排泻量＞200mg/日或＞4mg/kg/日。在草酸钙结石中，高钙尿是最常见的代谢紊乱，约占30%-60%。钙主要在小肠吸收，经肾脏滤过，又从肾小管重吸收，甲状旁腺素（PTH）和1，25-二羟维生素D参与调节体内钙的平衡，其调节的器管包括肾脏、肠道、骨骼和甲状旁腺，如果这些器官的调节功能发生异常，则会导致钙的代谢紊乱。高尿钙症主要有三种类型：①吸收性高钙尿症，原因为肠道对钙的过度吸收；②肾性高钙尿症，原因是肾脏对尿钙的重吸收降低；③重吸收性高钙尿症，原因是骨骼对钙的动员增强。
（1） 吸收性高钙尿症：该症的主要生理紊乱是由于肠道对钙的过度吸收，增加了肾脏对钙的滤过负荷，同时由于血钙的上升抑制了PTH的分泌，使肾小管的钙重吸收减少，从而共同导致了尿钙排出量增加，由于高尿钙抵消了肠道过度吸收的钙，从而维持了血钙平衡（图1）。

图1 吸收性高钙尿示意图
­钙吸收
­血钙

­尿钙
¯ PTH

吸收性高钙尿症有三型：I型最为严重，无论摄钙量多少，高钙尿持续存在；II型只在摄钙量多时尿钙才增高，反之则降低；III型是由于肾磷阈低而使肾漏磷，引起轻度低血磷，后者促使1，25-二羟维生素D合成，导致肠对钙吸收增加及骨骼脱钙，终使尿钙升高，故III型又被作为失磷性高钙尿症（图2）。
图2 肾失磷性高钙尿示意图
­尿磷

­血磷
­1,25-二羟维生素D

­钙吸收

­骨钙动员

（2） 肾性高钙尿症：该症的生理紊乱在于原发性肾钙漏，即因肾小管的钙重吸收功能障碍导致了尿钙排泄增加。由于肾失钙过多，造成血钙降低，进而刺激PTH继发性分泄增高，后者又使1，25-二羟维生素D合成增多，促使肠吸收增加，最终维持了血钙的平衡（图3）。
图3 肾性高钙尿示意图
¯血钙
­1,25-二羟维生素D
­PTH

­尿钙

­钙重吸收

（3） 重吸收性高尿钙症：该症主要是由甲状旁腺机能亢进所致，由于甲状旁腺分泌PTH过多，使骨吸收增加，骨质脱钙，同时PTH也刺激肾脏加强合成1，25-二羟维生素D，造成肠道对钙的吸收增加，这些共同的作用打乱了血钙的平衡，结果是血钙上升。虽然PTH也会加强肾小管对钙的重吸收，但都无法克服肾的钙流失，最后的净作用是高钙尿（图4）。
图4 重吸收性高钙尿示意图

­尿钙

­血钙

­骨重吸收
­PTH

­1,25-二羟维生素D
­钙吸收

2．高草酸尿症： 高草酸尿是指尿中草酸盐排出量＞45mg/日，人体大约80%的草酸是肝内合成和维生素C代谢的终末产物。其余的是来自食物中的草酸，草酸在胃、小肠和结肠吸收，经肾脏排泄。在尿中，草酸提高草酸钙饱和度的作用是钙的10倍。如果尿中草酸浓度由日排泄量45mg增加10%成为49.5mg，就等于尿钙增加100%，相当于尿钙的日排泄量从200mg增加至400mg。因此，尿中草酸排泄量增高是一种更为危险的成石因素。高草酸尿症主要有三种类型：①原发性高草酸尿症，原因为内源性草酸产生过多；②肠源性高草酸尿症，原因为外源性草酸吸收过多；③特发性高草酸尿症，原因不明，可能与红细胞转输草酸的功能增强有关。
（1）原发性高草酸尿症：该症系常染色体隐性遗传性疾病，十分罕见，分为两型。I型是由于线粒体内丙氨酸-乙醛酸转氨酶缺乏，阻碍了乙醛酸转化为甘氨酸，致使乙醛酸氧化成代谢终产物的草酸。大量的草酸被排入尿液造成高草酸尿症。II型的发病机理是由于右旋甘油酸脱氨酶缺陷，不能将羟-丙酮酸转化成右旋甘油酸，从而转向形成草酸和左旋甘油酸，这两种物质被大量排入尿中形成高草酸尿伴左旋甘油酸尿，这两型原发性高草酸尿症的共同临床特征是多在儿童多发病，尿中草酸含量明显升高，＞100mg/日，容易形成草酸钙结石，且很快发展至肾钙化，一般早年死于肾功衰竭。
（2）肠源性高草酸尿症：高草酸尿症的常见原因是肠道疾病，包括各种炎性肠道疾病和短肠综合症等。肠源性高草酸尿症一般表现为尿草酸排泄量中度升高，大约60mg/日。其发生机制与肠道脂肪吸收紊乱有关，在消化过程中所产生的胆酸多在近端胃肠道重吸收，当这一功能发生障碍时，就会产生皂化作用，即胆酸与钙、镁之类的二价阳离子结合，使可溶性的钙不再与肠道内的草酸结合，这些游离的草酸被吸收后，就导致了尿中草酸的排泄量提高。此外，肠道内未被重吸收的胆盐和脂酸还会增加结肠粘膜对草酸的通透性，从而进一步增加了尿中草酸的浓度。
（3）轻度代谢性高草酸尿症：轻度代谢性高草酸尿症是指在无肠道疾病的情况下，尿中草酸含量轻度升高，约为45-60mg/日。其重要性对于结石的形成不亚于高钙尿症。轻度高草酸尿症的发病机制来明，有些该症患者的红细胞对草酸转输功能增强，推测与细胞膜的蛋白磷酸化有关。
此外，食用富含草酸的食物及服用大剂量维生素C亦可引起轻度高草酸尿，其中草酸含量最高的是菠菜。口服500mg维生素C后，尿中草酸排泄量随之增多。每次服用1000mg维生素C，尿中大约增加100mg草酸。
3．高尿酸尿症：高尿酸尿是指尿中尿酸的排泄量＞600mg/日，临床上，大约15%的草酸钙结石是由高尿酸尿所致。造成这种高尿酸尿的原因主要是蛋白摄入过多；其次是由于体内尿酸合成过多，即使限制蛋白摄入，也不能纠正这种高尿酸尿。由高尿酸尿引起的草酸钙结石称为高尿酸尿性肾结石（HUCN）。HUCN的形成过程已基本阐明，它是尿酸钠通过取向附生机制诱导了草酸钙结石的形成。当尿PH值＞5.5时，过饱和尿酸在含钠的尿液中解离并形成尿酸钠，尿酸钠析出结晶后，再通过异质成核的作用来直接诱导草酸钙结晶的形成。尿中过多的尿酸钠还可与尿中某些草酸钙结晶抑制因子结合，从而间接促进了草酸钙结晶的形成。
4．低枸橼酸尿症：在含钙结石中，低枸橼酸尿症的发生率约为19%-63%。枸橼酸是体内能量代谢的重要中间产物，是在三羧酸循环过程中由草酰乙酸与乙酰辅酶A缩合而成的。肾组织含有丰富的枸橼酸代谢的酸系统，因而是枸橼酸合成和分解的重要部位。在正常情况，大约75%进入原尿的枸橼酸被肾小管重吸收，其余的25%从终尿排出。这一过程受体内酸碱平衡的影响。酸中度时，肾小管对枸橼酸的重吸收增强，尿中枸橼酸的排泄减少；而在碱中度时，情况则恰恰相反。枸橼酸对尿液草酸钙结晶具有抑制作用。其抑制作用与下列因素有关：（1）枸橼酸是一种结晶抑制因子，可直接抑制草酸钙结晶的成核、生长和聚集过程，虽然按克分子浓度计算，其抑制活性较其它抑制因子低，但由于其尿中浓度较其它抑制因子高，因而是重要的抑制因子。（2）枸橼酸是一种络合剂，可与尿中的钙离子草酸钙饱和度。在临床上，单纯由低枸橼酸尿引起的结石只占10%，其余的低枸橼酸尿性结石往往还会合并其它代谢紊乱，如高钙尿可合并低枸橼酸尿，这是因为尿钙浓度增加时，过多的钙与枸橼酸结合，消耗了枸橼酸所致。一般而言，重度低枸橼酸尿的原因多为慢性腹泻所致的酸中毒，尿枸橼酸含量小于100mg/日；轻度至中度低枸橼酸尿多与环境因素有关，例如，食用过量动物性蛋白和盐、饥饿，以及食用过程的盐等，尿中枸橼酸排泄量约为100-320mg/日。
6．低镁尿症：

二、 磷酸钙结石

磷酸钙是结石中的常见成分，通常磷酸钙含量较高的结石复发风险也较大。纯磷酸钙结石的发生率并不高，其病因多为肾小管性酸中毒。肾小管性酸中毒是由于肾小管的酸化功能障碍所引起的一种代谢性酸中毒。肾小管性酸中毒分为四型。其中只有远端型（I型）肾小管性酸中毒和近端型（II型）肾小管性酸中毒会引起尿路结石。该症导致结石形成的机制是由于肾脏酸化功能减弱，使尿PH值升高，磷酸钙在碱性环境中较易发生沉淀和析出结晶。
（1）远端型（I型）肾小管性酸中毒： 原发性者多为肾小管有先天性功能缺陷，呈常染色体显性遗传；继发性者见于许多疾病，其中多继发于肾盂肾炎和海绵肾。发病机理可能是由于肾小管氢泵功能衰竭，不能泌氢，无法在管腔液和管周液之间建立和维持一个大的氢离子梯度。由于尿液酸化功能发生障碍，使尿PH值趋于碱性。同时，由于全身性代谢酸中毒加强了线粒体内枸橼酸的转输，致使尿中枸橼酸含量降低，这种代谢因素也是成石的重要原因之一。该症可发生在任何年龄常有阳性家族史；女性约占80%；大约70%的患者并发肾结石，临床特征是：低血钾、高血氯，虽有代谢性酸中毒，但阴离子隙正常，尿PH值持续高于6，典型X线征象是肾脏的各小盏内多发性结石，有时可见肾乳头钙化，甚至肾髓质结石。偶有肾皮质结石和肾钙化。
少数患者无全身性酸中毒表现，而只表现为肾小管不能产生酸性尿，称为不完全型肾小管性酸中毒，特征是血PH值与HCO-3浓度正常，尿PH值＞5.5，可滴定酸减少，患者常以尿石症就诊。
（2）近端型（II型）肾小管酸中毒：该症是由于肾小管重吸收HCO-3功能障碍而过多丢失HCO-3所致。其发病机制尚未完全阐明，可能与近血小管碳酸酐酸活性低下，影响了肾小管内碳酸的形成与H+的交换有关。该症的患者多为男童，除表现为高氯性代谢性酸中毒和低血钾外，最重要的特征是尿中HCO-3因重吸收功能障碍而大量排出，正常人尿中一般不含HCO-3,而近端型肾小管性酸中毒患者能排出的HCO-3常达滤液内含量的15%以上。因为远端肾小管功能正常，尿PH值仍可降至5.5以下，所以较少引发肾结石与肾钙化。少数病例亦可不完全性，即只有尿中的表现，而无全身性酸中毒。
三、 尿酸结石

尿酸结石约占结石总数的5%，尿酸结石的形成取决于三大因素：①尿尿酸排泄量；②尿PH值；③尿量。与含钙结石不同，至今尚未发现尿酸结晶抑制因子。
1．高尿酸尿：尿中尿酸排泄量过多是导致酸结石形成的主要因素。尿酸又称2.6.8-三氧嘌呤，是嘌呤氧化分解代谢的终末产物，主要经肾脏排泄。临床上，尿中尿酸排出量＞600mg/日，即为高尿酸尿症。人体的尿酸有两大来源：（1）外源性尿酸来源于食物中的嘌呤，成人摄入嘌呤2mg/kg/日后，尿中大约排出尿酸200-300mg/日，食用富含嘌呤的肉类、鱼类，尤其是动物内脏，是引起体内尿酸水平波动的重要原因；（2）内源性尿酸来源于体内嘌呤的重新合成和组织细胞的核酸降解，每日约为300mg。导致内源性尿酸产生过多的常见原因是痛风症，约有11%痛风合并尿酸结石，其次是葡萄糖-6-磷酸酶缺乏症，该症在幼年就出现痛风症状和尿酸结石。因内源性核酸分解增加所致的尿酸排泄量增加见于是淋巴增生性疾病，如淋巴瘤和白血病，由于体内核酸代谢旺盛，体内嘌呤大量增加，导致高尿酸尿。尿酸结石可以是这些疾病的最初表现。此外，肿瘤化疗和放疗后因组织坏死分解，亦可产生大量嘌呤导致高尿酸尿。
2．低尿PH：低尿PH也是尿酸结石形成的重要因素。尿酸的溶解度具有PH值依赖性，在尿PH值为6.0时尿酸的溶解度约为500mg/L；而在尿PH值为5.0时则降为100mg/L。当尿PH值大于6.5时，尿酸主要以离子型尿酸盐的形式存在，一般不会形成结石；反之，当尿PH值低于5.5时，尿酸全部处于非解离状态，如果达到过饱和状态，便会诱发结石形成。
尿PH值长期低于5.5是诊断尿酸结石的一条重要依据，正常尿PH值在一天内反复波动于5-7之间，故一般不会成石，但90%尿酸结石患者的首次晨尿PH值＜5.7，平均5.5。这种尿液慢性持续性酸化也可能是痛风患者容易形成尿酸结石的危险因素，尿液持续酸化的机制可能与肾氨分泌功能衰退有关。此外，多种胃肠疾病亦会引发尿酸结石，其中以慢性肠炎和肠切除最为常见，由于碳酸氢盐大量丢失，也可造成尿PH值下降，从而诱发尿酸结石形成，但尿酸分泌正常。
3.低尿量：尿酸结石是所有结石中受气温和饮水量影响最大的结石。长期暴露于烈日和高温下或生活在干燥的环境中，以及体力劳动强度较大者，往往体液丢失量大，甚至脱水，使尿量减少，尿液浓缩，从而导致尿中尿酸过饱和。另外，某些炎性肠道疾病的患者，除因碳酸氢盐丢失而致的尿液过度酸化外，慢性脱水造成的尿中尿酸浓度过高也是尿酸结石形成的重要原因。
在此应当指出，尿酸结石与前面所述的高尿酸尿性草酸钙结石（HUCN）在概念和成石的机制上有所不同。虽然两者都是同在高尿酸尿状态下形成的，但区别在于前者一般是在尿PH5.5以下时，尿酸过饱和并析出结晶后形成结石的；而后者是在尿PH值大于5.5时，尿酸在含钠的尿液中解离后形成尿酸钠，尿酸钠再通过异质成核，以及与尿中结晶抑制因子结合，从而诱发草酸钙结石形成的。
四、 磷酸铵镁结石

磷酸铵镁结石主要是由六水磷酸铵镁和碳酸磷灰石所组成的。在各种文献中，磷酸铵镁结石有许多同物异名，其矿物学名称是鸟粪石，因为最初它是在蝙蝠粪便中发现的。由于这种结石是尿路感染所致，故亦称为感染石或感染性结石。在化学分析中，这种结石含有三个阳离子（Ca2+、mg2+、NH+4）和一个阴离子（PO43-），因此，早期亦曾被称作三价磷酸盐结石。磷酸铵镁结石是由尿路中能产生脲酶的细菌所致的疾病。这种细菌大多为变形杆菌，其次为绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌等，它们所产生的脲酶可催化尿素分解为氨和二氧化碳，氨再水化合成氢氧化铵，其方程式如下：
NH2-CO-NH2+H2O 2NH3+ CO2
2NH3+ H2O 2NH4+++ OH-
氢氧化铵是一种碱性物质，可使尿中的PH值显著升高。当尿PH值达到7.2时，离子铵可与尿中的镁和磷酸根结合，形成磷酸铵镁。在尿素分解时，还会产生大量的二氯化碳，二氧化碳进一步水合成碳酸后，再解离出碳酸根，化学方程式如下：
CO2+H2O H2CO3 H++HCO-3 H++CO2-3
同样在碱性溶液中，钙和磷酸根化合成磷灰石，尔后再与碳酸根结合成碳酸磷灰石。
当尿中的磷酸铵镁和碳酸磷灰石达到过饱和水平时，便会析出晶体。然而，这些晶体须粘附到尿路上皮后才能继续长大成石。细菌分解出的氨与保护尿路上皮的硫酸粘多糖的电荷具有亲和力，可使硫酸粘多糖的亲水性发生改变，进而铵离子吸附到硫酸粘多糖的硫酸根上，随之促使磷酸铵镁晶体粘附到尿路上皮。依赖这种成石晶体的粘附机制和相关离子的过饱和状态，结石得以迅速形成和生长。体外实验发现，变形杆菌在四小时就能产生结石。临床上，由于这种结石生长迅速，易被肾内集合系统塑形，往往可以长成较大的鹿角形结石。在此也特别指出，鹿角形结石并非感染石的代名词。国外报道，约有3/4的鹿角形结石是感染石；而根据南京鼓楼医院大样本结石分析，感染石只占鹿角石的1/4。
磷酸铵镁结石的病因容易查明，均继发于尿路反复感染和尿路解剖异常者。发病年龄高峰在60岁以上，女性多见。易感因素是尿路梗阻、神经源性膀胱以及长期留置导尿管等。在临床上，应注意在概念上将这种感染性结石与结石并发感染区别开来。前者是感染引起结石；而后者则是结石引起感染，这种感染一般为大肠杆菌所致，而大肠杆菌是一种不产生脲酶的细菌。
五、胱氨酶结石
胱氨酸尿症是胱氨酸结石唯一的病因，是一种罕见的常染色体遗传性疾病。尿路结石是胱氨酸尿症最重要的临床表现。其病理基础是肾近曲小管基底膜和肠粘膜上皮细胞对包括胱氨酸在内的四种二羟氨基酸吸收和转运功能存在缺陷，导致这些二羟氨基酸在尿中排泄增加。由于只有其中的胱氨酸是相对不溶性物质，特别在生理范围的尿PH值中，胱氨酸几乎不溶，当其达到过饱状态时便析出结晶，最终形成结石。
正常人尿中胱氨酸的排泄量＜20mg/日。在正常PH值范围的尿液中，胱氨酸溶解度的上限为300mg/L。胱氨酸的溶解度也具有一定的PH值依赖性，当尿PH值提高至7.5时，其溶解度几乎可增加一倍。但由于夜间尿偏酸性，而且尿量较日间减少，胱氨酸的溶解度大为降低，因此，胱氨酸结晶主要是在夜间形成。对于形成胱氨酸结石而言，胱氨酸尿的定义是成人患者尿中胱氨酸排泄量大于250mg/日；儿童患者尿中胱氨酸排泄量至少为75mg/日。在胱氨酸尿症的患者中，只有10%～20%生长结石。胱氨酸结石的发病高峰在20～40岁之间，也可在儿童期发病，约占儿童结石总数的60%～80%。胱氨酸结石的每年复发次数远高于其它各种成分的结石，根据一项长期随访，其复发次数平均为每人每年1.22次。笔者曾对一胱氨石患儿进行长达8年的追踪随访，患儿共复发16次，平均每年复发2次。因此，对于每年复发1次以上的结石，应首先考虑为胱氨酸结石。在此也顺便指出，虽然胱氨酸结石不是含钙结石，但因胱氨酸分子中含有硫原子，故在KUB平片上胱氨酸结石属中度不透光结石，而且有些胱氨酸结石混有草酸钙，因此也可表现为高度不透光结石影像。

代 谢 评 估

尿石症大都是由于人体代谢紊乱所致，因此，可通过代谢方式的检查来对患者进行评估。尿石患者的代谢评估最初是由美国的C.Y.C.Pak提出的，这套方法几经改良，至今仍是诊断尿石病因的金标准。尿石症的总体复发率在10年之内高达50%以上，因此，代谢评估的意义在于针对结石病因进行个体化的预防性治疗（preventive treatmont），而且重点应放在那些结石复发风险较高的患者中，虽然在临床上常难事先预测哪些患者将会复发，但一般而言，有两类患者结石复发风险可能较高，（1）多发性结石、复发性结石、鹿角形结石、磷酸钙结石、尿酸结石、磷酸铵镁结合、胱氨酸结石和儿童肾结石；（2）有尿石症家族史、慢性肠炎史、肠短路手术史、骨病史、慢性尿路感染史、和痛风史者。代谢评估按其复杂程度分为三种：①简化式评估；②强化式评估；③特殊性评估。患者的评估时间应安排在受治之前或者受治一月之后进行，以免因患者一度改变饮食方式而影响评估的准确性。评估的项目包括：
1．血清检查：钠、钾、氯、钙、磷、镁、碳酸氢盐、尿酸、肌酐、甲状旁腺素，1，25-二羟维生素D。
2．尿液检查：尿常规、尿PH值、尿培养、硝普钠试验。
3．24小时尿定量分析、尿量、钠、钙、磷、镁、草酸、尿枸橼酸、肌酐。
4．结石分析。
一、简化式评估

简化式评估包括血清学检查、尿液检查和结石分析，一般只用于初次发作而且复发风险较低的结石。在血清学检查方面，甲状旁腺素和血钙升高是诊断甲状旁腺机能亢进的主要依据；碳酸氢盐降低、高血氯和低血钾是肾小管性酸中毒的特征表现；血磷降低见于III型吸收性高钙尿症；高尿酸血是痛风症的重要诊断指标。在尿液检查方面，持续性酸性尿（PH＜5.5）提示尿酸结石；尿PH值＞7.2见于磷酸铵镁结石；尿PH值不能降至5.5以下见于肾小管性酸中毒；硝普钠试验用于筛诊胱氨酸尿症；尿培养检出含有脲酸的细菌提示磷酸铵镁结石。
结石成分分析是确定结石性质最直接的方法，可为制定结石的预防措施和选择溶石药物提供依据。取样标本来自患者自然排出、碎石后排出或手术取出的结石。常用的分析方法有物理分析和化学分析两大类。红外光谱法可分析结石的无机成分和有机成分；偏光显微镜法既可用于鉴定结石成分，亦可观察结石的结构；X线衍射法是结石晶相检测的可靠手段。传统的化学分析法可用来测定结石中的离子和化学基团，因其分析结果不够可靠，而且标需要量大，尤其是冲击波碎石后排出的结石粉末量较少，往往不能满足化学分析所需要的标本量，所以该法在国外已基本淘汰。此外，结石成分分析还有助于缩小尿石的代谢评估范围，避免一些不必要的进一步检查，例如，只要检出结石中的胱氨酸成分，就可确诊为胱氨酸尿症；检出磷酸铵镁成分，即可推测出结石是由细菌感染所致；发现纯磷酸钙结石时，应疑诊肾小管性酸中毒；当结石核心中的磷酸盐含量较高时，结石容易复发。
总之，采用简化式评估的目的只是初筛和排除一些潜在的主要病因，主要包括甲状旁腺机能亢进、肾小管性酸中毒，痛风症和失磷性高钙尿症等症，如果发现这些疾病的证据，则应进一步采取强化式评估。
二、强化式评估

强化式评估是在简化式评估的基础上加上24小时尿定量分析。是对结石患者更为深入的评估方式。强化式评估的指征是：（1）复发风险较大的初发性结石患者；（2）全部的复发性结石患者；（3）经简化式评估后疑有潜在成石病因者。
24小时尿定量分析是强化式评估的关键内容。其特点是收集24小时尿液，分析尿液中影响结石形成的代谢产物和危险因素。从逻辑上讲，收集尿液的天数愈多结果就越可靠，但为减轻患者经济和时间上的负担，通常只分别隔周收集和测定二天的尿液，为使分析结果准确，应事先进行必要的准备，过程如下：（1）尽量让患者保持平日的饮食方式，以使尿样以能够准确反映成石的环境因素；（2）在评估之前，应停用五天影响分析结果的各种药物，包括抗酸剂、利尿剂、钙制剂、镁制剂、维生素D、维生素C、别嘌呤醇和肾上腺皮质激素等；（3）隔周收集二至三天的24小时尿样，（即随机饮食尿样）；分别做定量分析；（4）给患者制定特备的限制性食谱，即限食钙（＜400mg/日）、钠（＜200mEq/日）、草酸（＜50mg/日），连续6天。收集最后一天的24小时尿样（即限制性饮食尿样）进行定量分析。随机饮食后的尿样分析结果是对结石形成的代谢因素和环境因素的总体评估，将随机饮食和限制饮食之后的分析结果进行比较，可以明确饮食对成石的影响程度。
三、特殊性评估

为进一步对尿石症的某些代谢病因进行分型，有时需做特殊性评估，包括1g钙试验、氯化铵试验和碳酸氢钠试验等。特殊性评估一般不作为常规检查。
1．一克钙负荷试验
该试验用于区分高钙尿的类型，具体准备方法与限制性饮食后的24小时尿定量分析相似，试验程序和分析见表1和图5。

表1. 尿石代谢评估概览表

钙
血清
磷酸

甲状旁
腺激素
24
钙
小
尿酸
时
草酸
尿
枸橼酸

胱氨酸
吸收性高钙尿
I型
II型
III 型

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肾性高钙尿
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重吸收性高钙尿
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高尿酸尿
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高草酸尿
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低枸橼酸尿
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肾小管性酸中毒
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胱氨酸尿
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图5. 高钙尿症的评估流程图

高尿钙病人
1. 尿钙>200mg/日（普通饮食）
2. 含钙结石

复查尿钙（限制饮食）

II型吸收性高钙尿症
尿钙>200mg/日（钙负荷试验） 尿钙<200mg/日

Uca (空腹)<0.11 Uca(空腹)<0.11 Uca(空腹)>0.11
Uca(负荷)<0.2 Uca(负荷)>0.2 Uca(负荷)>0.2

I型吸收性高钙尿症
肾性高钙尿症
血磷>2.5mg/dl 血磷<2.5mg/dl 血钙­ 血钙（±）
重吸收性高钙尿症
III型吸收性高钙尿症

2．氯化铵负荷试验
该试验只用于诊断不完全性远端型肾小管性酸中毒。在临床上，对于纯磷酸钙结石、每年复发超过2次的结石、双侧肾结石、海绵肾、重度低枸橼酸尿症、慢性肾盂肾炎等患者，如果尿PH值持续＞5.5，而无明显代谢性酸中毒表现，应行氯化铵负荷试验，其试验原理是通过酸性药物使机体产生代谢性酸中毒，然后测定肾小管的排氢制氨与HCO-3重吸收功能。正常人在酸中毒时肾小管的泌氢功能增加，尿PH值下降。通常在血PH值降至7.35以下时，尿PH值应随之降至5.5以下。然而在不完全性远端型肾小管酸中毒时，由于尿液酸化能力降低，尿PH值始终不能降至5.5以下。氯化铵负荷试验方法是一次性服用氯化铵0.1g/kg，于服后4-6小时内，每小时收集尿样，每小时测尿PH值，同时每两小时测血清PH值或HCO-3。如果血清PH值仍维持在5.5以上，就可证实不完全性远端型肾小管性酸中毒。但若任何一次尿PH值＜5.5，则可排除这一疾病。应当注意，对已有酸中毒者不宜应用这一试验。如无氯化铵，亦可用氯化钙代替，剂量为1mmol/kg，溶于水后口服。氯化钙在小肠内的化学反应如下：
CaCl2+2NaHCO3→CaCO3+2NaCl+CO2+H2O
因此，氯化钙同样可致HCO-3重丢失而引起代谢性酸中毒。

3．碳酸氢钠负荷试验
当结石患者出现碳酸氢盐尿时，应行碳酸氢盐负荷试验，用以诊断近端型肾小管性酸中毒。其原理和方法如下：
患者口服碳酸氢钠后，测其血和尿中的HCO-3重浓度与肾小球滤过率（GFR），计算肾小管对HCO-3的排泄量来确定肾脏HCO3-阈值或滤液中HCO-3排出率。该试验不仅用于确定患者有无近端型肾小管性酸中毒，而且对其治疗亦有帮助。试验的具体方法是口服碳酸氢钠2-10mmol/kg/d，每日逐渐加量，直至酸中毒纠正，测定血和尿中的HCO-3和肌酐，并按下列出式计算：
滤液中HCO-3被排出部分%=尿每分钟排出的HCO-3/血HCO-3×GFR
正常人此值为零；近端型肾小这性酸中毒＞15%；远端型肾小管性酸中毒＜5%。

预防性治疗

结石的保守治疗是结石总体治疗的重要组成部分。针对结石病因采取有选择性的预防性治疗可有效地降低结石的复发率，尤其对于含钙结石，复发率降低的幅度可达85%。而且，采用药物与外科结合式治疗还有助于提高结石的 疗效和降低治疗的成本；详见《尿石症的理化因素对冲击破碎石的影响与对策》一文（《临床泌尿外科杂志》15卷11期）。
一、水化疗法：
大量饮水是防治任何或分肾结石简单而有效的方法，它的治疗作用是缩短游离晶体颗粒在尿路中的平均滞留时间，促进较小结石自行排出；降低成石物质的尿饱和度以阻止结石继续生长；减少并发尿路感染的机会。目前公认，日摄水量的标准是将每日尿量保持在2000ml以上，至尿液清亮无色或微黄为宜。这样每日约需饮水2500～4000ml。同理，大量饮水也有助于预防结石复发，如能持之以恒，可使结石复发率大约降低60%。
二、食物疗法
大多数结石系含钙结石，调整食物结构有助于减少其成石的危险。以往从逻辑上推理，对于含钙结石，限食各种富含钙的食品可减少尿中钙的排泄，因此，国内至今仍把限钙饮食作为预防尿石症的一项基本措施。但实际上，低钙饮食反而会增加草酸钙结石形成的危险。因为在正常情况下，钙可与肠道内的草酸结合，形成不溶性草酸钙而随粪排出体外。但若低钙饮食，肠道内游离的草酸将被大量吸收，在经尿液排泄时与尿钙结合，结果促进了草酸钙结晶的形成和沉淀。根据我国营养学会推荐，正常人摄钙量应为800mg/日，但我国实际人均摄钙量仅为400mg/日。因此，这本身就是低钙饮食，如果进一步限制钙的摄入，将会扰乱体内钙的平衡，导致骨质疏松症，对于绝经期妇女尤其如此。此外，米糖虽可结合肠道内的钙离子而使尿钙水平降低，但它同样也可导致中草酸水平升高。因此，在临床上应当强调的不是限制钙的摄入，而是限制食用富含草酸的食物，如菠菜、甜菜、欧芹、土豆、巧克力、茶叶、大黄、麦麸、草莓、绿豌豆、各种坚果等。其中以菠菜中草酸含量最高，每百克菠菜所含的草酸达645mg，约为上述其它食品的10倍。因此，草酸钙结石患者尤应注意忌食菠菜。此外，患者还应限制钠盐和动物性蛋白的摄入量，因为在肾的远曲小管钠与钙的排出量呈正相关，而且如果尿钠浓度过高，会使尿中尿酸钠过饱和，从而诱发草酸钙结晶沉淀；动物性蛋白代谢后会引起人体净酸负荷增加，而酸性代谢产物会使骨吸收增加及肾对钙的重吸收减少，从而导致尿钙排出增多。因此，低钠饮食和限食动物性蛋白有助于防止结石形成。对于含钙结石患者，氯化钠的食用量不宜超过2.5g/日，动物性蛋白摄入量不宜超过1g/kg/日。在含钙的结石中，除了草酸钙结石，另外一种是磷酸钙结石，但研究证明，磷的摄入量并不影响这种结石的形成。
尿酸结石患者宜采取低嘌呤饮食，尤应忌食动物内脏和鱼虾类等富含嘌呤的高蛋白食物；限食各种肉类蛋白食物，每日不宜超过80g。柑桔类水果富含枸橼酸钾，每900ml鲜桔汁相当于50mmot枸橼酸钾的作用，可提高尿PH值0.5个单位，对于溶解和预防尿酸结石都有明显的作用。
关于胱氨酸结石的食物疗法仍有争议。以往认为蛋氨酸是胱氨酸代谢过程的前体物质，富含蛋氨酸的食物有蛋类、奶类、肉类、花生和小麦等，故在理论上限食这类食品是有益的。但患者很难坚持这种饮食方式，医从性差，而且严格限食蛋氨酸将会影响儿童患者的体格和神经系统的发育。最近也有人提出，胱氨氨酸尿症并无明显的饮食依赖性，大约90%所摄取的蛋氨酸并不以胱氨酸的形式从尿中排泄，因此，更为可行方法是避免过多食用富含蛋氨酸的食物，而不必对其严格限制。此外，另一项研究表明，每日钠盐摄用量降至150mmol时，尿中胱氨酸的排出量平均降低580mg/日，因而推荐，