尿路結(jié)石構(gòu)成成分的分析方法進(jìn)展

吳宗強(qiáng) 王國(guó)民

(1.福建醫(yī)科大學(xué)附屬三明第一醫(yī)院泌尿外科，福建三明 365000； 2.復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院泌尿外科，上海 200032)

尿路結(jié)石又稱尿石癥，是腎、輸尿管、膀胱、尿道部位結(jié)石的統(tǒng)稱，是泌尿外科的常見病和多發(fā)病。了解尿路結(jié)石的構(gòu)成成分不僅有利于治療方案的制定，也有利于尿路結(jié)石的預(yù)防。目前，用于分析尿路結(jié)石成分的方法多種多樣，各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)對(duì)尿路結(jié)石的構(gòu)成成分及分析方法的研究進(jìn)展作一綜述。

1 尿路結(jié)石的構(gòu)成成分

尿路結(jié)石由晶體和基質(zhì)兩部分構(gòu)成，晶體約占結(jié)石干質(zhì)量的97%，基質(zhì)約占3%, 臨床上通常以晶體成分來命名結(jié)石。比較常見的尿路結(jié)石有草酸鈣結(jié)石、磷酸鈣結(jié)石、尿酸結(jié)石、磷酸銨鎂結(jié)石和胱氨酸結(jié)石等[1]。若結(jié)石中某一成分的晶體占95%以上，則可稱為純結(jié)石，最常見的純結(jié)石是純尿酸結(jié)石[2]。臨床上純結(jié)石較少見，以一種晶體成分為主的混合性結(jié)石多見，其中草酸鹽和磷酸鹽的混合性結(jié)石最常見[3]。臨床工作中根據(jù)治療和預(yù)防的需要，按病理類型將尿路結(jié)石分為含鈣結(jié)石、感染性結(jié)石、尿酸結(jié)石及胱氨酸結(jié)石等，每一種又有多種不同成分。其中，含鈣結(jié)石占所有尿路結(jié)石的70%～80%。含鈣結(jié)石質(zhì)硬、粗糙、不規(guī)則，在堿性尿內(nèi)形成，常呈桑椹樣，棕褐色；感染性結(jié)石占10%左右，這類結(jié)石易碎，表面粗糙，不規(guī)則，呈灰白色、黃色或棕色，切面常見核心(為細(xì)菌或脫落上皮等)，同心性層狀結(jié)構(gòu)，在堿性尿中形成， X線片中可見分層現(xiàn)象，常形成鹿角形結(jié)石；尿酸結(jié)石占5%～10%，結(jié)石質(zhì)硬、光滑或不規(guī)則，常為多發(fā)，呈黃或紅棕色，常形成多數(shù)小結(jié)石，在酸性尿內(nèi)形成，純尿酸結(jié)石在X線片上不顯示；胱氨酸結(jié)石占1%，結(jié)石光滑，淡黃至黃棕色，蠟樣外觀，不易顯影，形成于酸性尿中；其余種類的結(jié)石所占比例很小。

含鈣結(jié)石包括一水草酸鈣、二水草酸鈣、羥磷灰石、碳酸磷灰石、磷酸三鈣、磷酸八鈣、磷酸氫鈣、磷酸二銨鈣、碳酸鈣、二水碳酸鈣及二水硫酸鈣結(jié)石等，比較常見的是草酸鈣結(jié)石及含鈣的磷酸鹽結(jié)石。感染結(jié)石包括六水磷酸鎂銨、一水磷酸鎂銨、八水磷酸三鎂銨、八水磷酸鎂、二十二水磷酸鎂、五水磷酸三鎂銨、三水磷酸氫鎂及尿酸銨結(jié)石等，常見的是各種磷酸鎂銨結(jié)石。尿酸結(jié)石包括無水尿酸、二水尿酸、一水尿酸鈉結(jié)石等。胱氨酸結(jié)石的主要成分是左旋胱氨酸。根據(jù)尿路結(jié)石的構(gòu)成成分、尿石癥的發(fā)病機(jī)制制定飲食建議，有助于預(yù)防尿路結(jié)石或降低結(jié)石復(fù)發(fā)率[4]。

2 尿路結(jié)石構(gòu)成成分的分析方法

尿路結(jié)石的構(gòu)成成分復(fù)雜多樣, 其分析方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前尚無單一的方法可提供相應(yīng)的信息[5]。尿路結(jié)石的分析方法根據(jù)分析的目的可分為針對(duì)具體成分的分析、針對(duì)所含元素的分析、針對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的分析，現(xiàn)僅從結(jié)石具體成分的分析角度討論。

2.1 化學(xué)分析法 該方法是從估測(cè)含量最高的成分開始逐步分析，先觀察結(jié)石的外形和顏色或?qū)Y(jié)石標(biāo)本進(jìn)行預(yù)處理和預(yù)試驗(yàn)；再將結(jié)石與某試劑反應(yīng),根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)生的特定顏色、沉淀、氣體等,初步判斷結(jié)石由何種成分組成?；瘜W(xué)定性分析法有點(diǎn)滴法、加熱法、紙片法等，對(duì)于復(fù)雜組成的結(jié)石則需要采用系統(tǒng)分析法?；瘜W(xué)定量分析法以化學(xué)定性分析法為基礎(chǔ)，常用的分析方法有電位滴定分析法、比色法、重量法、分光光度計(jì)法、離子交換法等。

化學(xué)分析法的缺點(diǎn)有：必須破壞結(jié)石標(biāo)本；需要較多的標(biāo)本量；方法繁瑣費(fèi)時(shí)；有時(shí)對(duì)鹽類離子的分辨力較差；只能對(duì)已知組分進(jìn)行鑒定,無法發(fā)現(xiàn)新組分；化學(xué)定量檢測(cè)某些微量元素的靈敏度不夠；需注意試劑的有效性,以免某些組分不能被檢出或出現(xiàn)假陽(yáng)性。因此，化學(xué)分析法需與多種方法聯(lián)合應(yīng)用[6]?；瘜W(xué)分析方法因具有快速、簡(jiǎn)便、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn),適合在基層醫(yī)院推廣。

2.2 物理分析法 物理分析法已廣泛應(yīng)用于尿路結(jié)石的成分分析。與化學(xué)分析法相比，物理分析法更為準(zhǔn)確；將多種物理分析方法相結(jié)合可以彌補(bǔ)單一方法的不足，進(jìn)一步提高分析精確度[7]。

2.2.1 拉曼光譜 拉曼位移是拉曼光譜用于物質(zhì)定性、結(jié)構(gòu)鑒定的依據(jù)。拉曼光譜不僅可以區(qū)分尿結(jié)石中的不同晶體組分，而且能檢測(cè)各物相間的相互轉(zhuǎn)換，還可以用激光束直接在尿結(jié)石表面進(jìn)行檢測(cè)。例如，對(duì)于草酸鈣尿結(jié)石，如果一水草酸鈣或者二水草酸鈣含量太低時(shí)，一般的檢測(cè)方法很難鑒定并區(qū)分它們，但拉曼光譜很容易區(qū)分二者。因此，拉曼光譜在生物醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域有很高的價(jià)值,是目前國(guó)外研究中最常用于檢測(cè)尿路結(jié)石化學(xué)成分的方法之一[8]。

2.2.2 差熱—熱重(DTA/TG) 差熱分析(DTA)是在用程序控制溫度的條件下，測(cè)量待測(cè)物和參照物的溫度差和溫度關(guān)系的一種技術(shù)；當(dāng)待測(cè)樣品發(fā)生物理化學(xué)變化時(shí)，所釋放或吸收的熱量使得其溫度高于或低于參照物。熱重分析(TG)是一種較早開展的定量分析方法，在用于尿路結(jié)石的分析時(shí)，利用結(jié)石失重和樣品中成分脫水、氣體揮發(fā)、變相等物理過程或化學(xué)過程之間的聯(lián)系，繪制出TG圖譜，再根據(jù)圖譜中曲線坡度變化的位置和形狀，對(duì)結(jié)石進(jìn)行定性和定量測(cè)定。由于TG靈敏度較高，能準(zhǔn)確檢測(cè)出含量為1%～5%的成分，既能定性又能定量地測(cè)定結(jié)石成分，且具有設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、所需樣品量少的優(yōu)點(diǎn)，因此在多方法分析時(shí)，常常是必備的分析方法之一，許多個(gè)案報(bào)告均采用此法[9]。

2.2.3 高效液相色譜(HPLC) HPLC是以液體作為流動(dòng)相，并采用顆粒極細(xì)的高效固定相的柱色譜分離技術(shù)。HPLC對(duì)樣品的適用性廣，不受分析對(duì)象揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性的限制。在2008年三聚氰胺污染的奶制品導(dǎo)致兒童尿路結(jié)石的研究中，HPLC法被廣泛應(yīng)用[10]。

2.2.4 紅外光譜分析(IR) IR是應(yīng)用紅外分光技術(shù)檢測(cè)和研究分子的紅外吸收光譜的方法，1955年紅外分光光度計(jì)首次被用于研究結(jié)石。lvarez等[11]發(fā)現(xiàn)，在用于尿路結(jié)石的定量分析時(shí)，紅外光譜能記錄每個(gè)選定的混合物和吸收強(qiáng)度的波數(shù)，使比較重量分?jǐn)?shù)的刻度線和實(shí)際重量重獲得的分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)相關(guān)參數(shù)之間良好的線性相關(guān)性，IR的信號(hào)和分析反應(yīng)使用校準(zhǔn)線(質(zhì)量分?jǐn)?shù))證明了該定量分析方法的有效性。IR可反映結(jié)石的結(jié)構(gòu)特征和各組分的含量, 操作簡(jiǎn)便,分析快速,能對(duì)結(jié)石內(nèi)的晶體或非晶體物質(zhì)、有機(jī)或無機(jī)成分進(jìn)行分析,所需樣品量較少；最重要的是，IR作為一種非破壞性分析方法,能直接測(cè)定樣品組成。IR是鑒定結(jié)石成分的比較理想的方法[12]。但是，IR也有其不足之處：(1)如測(cè)試樣品中含有雜質(zhì)，樣品光譜和雜質(zhì)光譜可能會(huì)重疊;(2)吸光率易受外界因素影響;(3)設(shè)備較貴。學(xué)者多將IR和其他結(jié)石分析方法聯(lián)合應(yīng)用，以期更加全面和準(zhǔn)確地分析結(jié)石成分[13]。

2.2.5 X射線衍射分析(XRD) XRD包括勞厄(Laue)法、轉(zhuǎn)晶法(旋晶法)、粉末法和衍射儀法,粉末法和衍射儀法較常用。XRD可根據(jù)尿結(jié)石中各組分的衍射數(shù)據(jù)來鑒定不同組分。XRD定性分析時(shí)，通過測(cè)量和計(jì)算結(jié)晶衍射花樣各個(gè)線條的晶面間距值及相對(duì)強(qiáng)度,并與美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)(ASTM)卡片對(duì)照,從而查到某物質(zhì)的名稱和化學(xué)結(jié)構(gòu)式；定量分析時(shí)，由于晶體的衍射線條強(qiáng)度隨該晶體含量的增加而提高，故可對(duì)混合物定量。XRD的靈敏度、精確度較高,操作簡(jiǎn)便迅速,能夠完成結(jié)石成分和物相分析。目前，X射線衍射儀已成為研究尿結(jié)石結(jié)構(gòu)的常用設(shè)備。盡管XRD是分析尿路結(jié)石最可靠的方法,但也有局限性，例如，不能檢測(cè)無定形的階段,不能區(qū)分化學(xué)衍射階段相同的晶格幾何形狀，由于峰重疊可能會(huì)錯(cuò)過一些階段，且儀器較貴,維護(hù)保養(yǎng)條件也較高[14]。如果將XRD與X射線光電子能譜(XPS)或IR聯(lián)合應(yīng)用,則能夠更好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì),使分析結(jié)果更加準(zhǔn)確。

2.2.6 雙源CT雙能量分析技術(shù) 2005年，全球推出首臺(tái)雙源CT( DSCT) ，使得CT成像技術(shù)有了進(jìn)一步發(fā)展。DSCT雙能掃描速度快，分辨率高，輻射小，成像質(zhì)量高；該設(shè)備獨(dú)有的雙套球管探測(cè)器系統(tǒng)配以高速機(jī)架旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及應(yīng)用特有的能量減影，進(jìn)一步增加了鑒定結(jié)石成分的準(zhǔn)確性，對(duì)于尋找結(jié)石病因、選擇合理的治療方式、預(yù)防復(fù)發(fā)均有不可低估的作用[15]；DSCT不僅適用于體外分析，其用于體內(nèi)分析結(jié)石成分的準(zhǔn)確性也較高[16]。Thomas[17]等在分析肥胖患者體內(nèi)的結(jié)石時(shí)發(fā)現(xiàn)，鈣化和混合性的尿酸結(jié)石常被錯(cuò)誤地判斷為胱氨酸結(jié)石，而雙源CT雙能量分析技術(shù)可以正確識(shí)別此類結(jié)石；因此，DSCT可以用于區(qū)分肥胖患者的尿路鈣化、尿酸和胱氨酸結(jié)石。研究[18]發(fā)現(xiàn)，雙源CT雙能量分析技術(shù)能較XRD更準(zhǔn)確地反映體內(nèi)腎結(jié)石成分的特征。雖然應(yīng)用CT判斷尿路結(jié)石成分仍有諸多問題，但發(fā)展?jié)摿艽?，有望在未來成為一種可靠準(zhǔn)確地判斷體內(nèi)結(jié)石成分的方法。

除了以上方法外，尿路結(jié)石成分的物理分析方法還有磁共振、熱發(fā)光法、Zeta 勢(shì)能測(cè)定、陰極發(fā)光技術(shù)等。在分析尿路結(jié)石的構(gòu)成成分時(shí)，往往需采用幾種化學(xué)、物理方法，或應(yīng)用多種儀器同時(shí)檢測(cè)，以互相驗(yàn)證結(jié)果，提高精確度。

3 結(jié)語(yǔ)及展望

綜上所述，尿路結(jié)石構(gòu)成成分的化學(xué)分析方法操作簡(jiǎn)便、不需要特殊儀器和設(shè)備、費(fèi)用低廉、能夠提供結(jié)石主要成分的基本信息；但是，所需標(biāo)本量較多，對(duì)標(biāo)本本身破壞大，檢測(cè)結(jié)果容易出現(xiàn)誤差，難以鑒別復(fù)雜性混合結(jié)石。在國(guó)外，化學(xué)分析方法已逐漸被棄用，而轉(zhuǎn)為以物理分析為主；不少發(fā)達(dá)國(guó)家已建立結(jié)石分析中心，以IR為主、XRD為輔，對(duì)結(jié)石標(biāo)本進(jìn)行成批分析[19]。我國(guó)一些大型醫(yī)院也逐步開始采用物理方法，特別是采用IR來分析尿路結(jié)石。尋找一種簡(jiǎn)單易行、易于推廣的檢測(cè)尿結(jié)石成分的方法，將具有重要的臨床意義。

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