尿路結石構成成分的分析方法進展

吳宗強 王國民

(1.福建醫科大學附屬三明第一醫院泌尿外科，福建三明 365000； 2.復旦大學附屬中山醫院泌尿外科，上海 200032)

尿路結石又稱尿石癥，是腎、輸尿管、膀胱、尿道部位結石的統稱，是泌尿外科的常見病和多發病。了解尿路結石的構成成分不僅有利于治療方案的制定，也有利于尿路結石的預防。目前，用于分析尿路結石成分的方法多種多樣，各有優缺點，現對尿路結石的構成成分及分析方法的研究進展作一綜述。

1 尿路結石的構成成分

尿路結石由晶體和基質兩部分構成，晶體約占結石干質量的97%，基質約占3%, 臨床上通常以晶體成分來命名結石。比較常見的尿路結石有草酸鈣結石、磷酸鈣結石、尿酸結石、磷酸銨鎂結石和胱氨酸結石等[1]。若結石中某一成分的晶體占95%以上，則可稱為純結石，最常見的純結石是純尿酸結石[2]。臨床上純結石較少見，以一種晶體成分為主的混合性結石多見，其中草酸鹽和磷酸鹽的混合性結石最常見[3]。臨床工作中根據治療和預防的需要，按病理類型將尿路結石分為含鈣結石、感染性結石、尿酸結石及胱氨酸結石等，每一種又有多種不同成分。其中，含鈣結石占所有尿路結石的70%～80%。含鈣結石質硬、粗糙、不規則，在堿性尿內形成，常呈桑椹樣，棕褐色；感染性結石占10%左右，這類結石易碎，表面粗糙，不規則，呈灰白色、黃色或棕色，切面常見核心(為細菌或脫落上皮等)，同心性層狀結構，在堿性尿中形成， X線片中可見分層現象，常形成鹿角形結石；尿酸結石占5%～10%，結石質硬、光滑或不規則，常為多發，呈黃或紅棕色，常形成多數小結石，在酸性尿內形成，純尿酸結石在X線片上不顯示；胱氨酸結石占1%，結石光滑，淡黃至黃棕色，蠟樣外觀，不易顯影，形成于酸性尿中；其余種類的結石所占比例很小。

含鈣結石包括一水草酸鈣、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石等，比較常見的是草酸鈣結石及含鈣的磷酸鹽結石。感染結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石等，常見的是各種磷酸鎂銨結石。尿酸結石包括無水尿酸、二水尿酸、一水尿酸鈉結石等。胱氨酸結石的主要成分是左旋胱氨酸。根據尿路結石的構成成分、尿石癥的發病機制制定飲食建議，有助于預防尿路結石或降低結石復發率[4]。

2 尿路結石構成成分的分析方法

尿路結石的構成成分復雜多樣, 其分析方法各有優缺點，目前尚無單一的方法可提供相應的信息[5]。尿路結石的分析方法根據分析的目的可分為針對具體成分的分析、針對所含元素的分析、針對微觀結構的分析，現僅從結石具體成分的分析角度討論。

2.1 化學分析法 該方法是從估測含量最高的成分開始逐步分析，先觀察結石的外形和顏色或對結石標本進行預處理和預試驗；再將結石與某試劑反應,根據反應產生的特定顏色、沉淀、氣體等,初步判斷結石由何種成分組成?；瘜W定性分析法有點滴法、加熱法、紙片法等，對于復雜組成的結石則需要采用系統分析法?；瘜W定量分析法以化學定性分析法為基礎，常用的分析方法有電位滴定分析法、比色法、重量法、分光光度計法、離子交換法等。

化學分析法的缺點有：必須破壞結石標本；需要較多的標本量；方法繁瑣費時；有時對鹽類離子的分辨力較差；只能對已知組分進行鑒定,無法發現新組分；化學定量檢測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假陽性。因此，化學分析法需與多種方法聯合應用[6]?；瘜W分析方法因具有快速、簡便、費用低廉等優點,適合在基層醫院推廣。

2.2 物理分析法 物理分析法已廣泛應用于尿路結石的成分分析。與化學分析法相比，物理分析法更為準確；將多種物理分析方法相結合可以彌補單一方法的不足，進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定性、結構鑒定的依據。拉曼光譜不僅可以區分尿結石中的不同晶體組分，而且能檢測各物相間的相互轉換，還可以用激光束直接在尿結石表面進行檢測。例如，對于草酸鈣尿結石，如果一水草酸鈣或者二水草酸鈣含量太低時，一般的檢測方法很難鑒定并區分它們，但拉曼光譜很容易區分二者。因此，拉曼光譜在生物醫學診斷領域有很高的價值,是目前國外研究中最常用于檢測尿路結石化學成分的方法之一[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，測量待測物和參照物的溫度差和溫度關系的一種技術；當待測樣品發生物理化學變化時，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，在用于尿路結石的分析時，利用結石失重和樣品中成分脫水、氣體揮發、變相等物理過程或化學過程之間的聯系，繪制出TG圖譜，再根據圖譜中曲線坡度變化的位置和形狀，對結石進行定性和定量測定。由于TG靈敏度較高，能準確檢測出含量為1%～5%的成分，既能定性又能定量地測定結石成分，且具有設備簡單、經濟、所需樣品量少的優點，因此在多方法分析時，常常是必備的分析方法之一，許多個案報告均采用此法[9]。

2.2.3 高效液相色譜(HPLC) HPLC是以液體作為流動相，并采用顆粒極細的高效固定相的柱色譜分離技術。HPLC對樣品的適用性廣，不受分析對象揮發性和熱穩定性的限制。在2008年三聚氰胺污染的奶制品導致兒童尿路結石的研究中，HPLC法被廣泛應用[10]。

2.2.4 紅外光譜分析(IR) IR是應用紅外分光技術檢測和研究分子的紅外吸收光譜的方法，1955年紅外分光光度計首次被用于研究結石。lvarez等[11]發現，在用于尿路結石的定量分析時，紅外光譜能記錄每個選定的混合物和吸收強度的波數，使比較重量分數的刻度線和實際重量重獲得的分數呈現相關參數之間良好的線性相關性，IR的信號和分析反應使用校準線(質量分數)證明了該定量分析方法的有效性。IR可反映結石的結構特征和各組分的含量, 操作簡便,分析快速,能對結石內的晶體或非晶體物質、有機或無機成分進行分析,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,能直接測定樣品組成。IR是鑒定結石成分的比較理想的方法[12]。但是，IR也有其不足之處：(1)如測試樣品中含有雜質，樣品光譜和雜質光譜可能會重疊;(2)吸光率易受外界因素影響;(3)設備較貴。學者多將IR和其他結石分析方法聯合應用，以期更加全面和準確地分析結石成分[13]。

2.2.5 X射線衍射分析(XRD) XRD包括勞厄(Laue)法、轉晶法(旋晶法)、粉末法和衍射儀法,粉末法和衍射儀法較常用。XRD可根據尿結石中各組分的衍射數據來鑒定不同組分。XRD定性分析時，通過測量和計算結晶衍射花樣各個線條的晶面間距值及相對強度,并與美國材料試驗學會(ASTM)卡片對照,從而查到某物質的名稱和化學結構式；定量分析時，由于晶體的衍射線條強度隨該晶體含量的增加而提高，故可對混合物定量。XRD的靈敏度、精確度較高,操作簡便迅速,能夠完成結石成分和物相分析。目前，X射線衍射儀已成為研究尿結石結構的常用設備。盡管XRD是分析尿路結石最可靠的方法,但也有局限性，例如，不能檢測無定形的階段,不能區分化學衍射階段相同的晶格幾何形狀，由于峰重疊可能會錯過一些階段，且儀器較貴,維護保養條件也較高[14]。如果將XRD與X射線光電子能譜(XPS)或IR聯合應用,則能夠更好地發揮各自的優勢,使分析結果更加準確。

2.2.6 雙源CT雙能量分析技術 2005年，全球推出首臺雙源CT( DSCT) ，使得CT成像技術有了進一步發展。DSCT雙能掃描速度快，分辨率高，輻射小，成像質量高；該設備獨有的雙套球管探測器系統配以高速機架旋轉系統以及應用特有的能量減影，進一步增加了鑒定結石成分的準確性，對于尋找結石病因、選擇合理的治療方式、預防復發均有不可低估的作用[15]；DSCT不僅適用于體外分析，其用于體內分析結石成分的準確性也較高[16]。Thomas[17]等在分析肥胖患者體內的結石時發現，鈣化和混合性的尿酸結石常被錯誤地判斷為胱氨酸結石，而雙源CT雙能量分析技術可以正確識別此類結石；因此，DSCT可以用于區分肥胖患者的尿路鈣化、尿酸和胱氨酸結石。研究[18]發現，雙源CT雙能量分析技術能較XRD更準確地反映體內腎結石成分的特征。雖然應用CT判斷尿路結石成分仍有諸多問題，但發展潛力很大，有望在未來成為一種可靠準確地判斷體內結石成分的方法。

除了以上方法外，尿路結石成分的物理分析方法還有磁共振、熱發光法、Zeta 勢能測定、陰極發光技術等。在分析尿路結石的構成成分時，往往需采用幾種化學、物理方法，或應用多種儀器同時檢測，以互相驗證結果，提高精確度。

3 結語及展望

綜上所述，尿路結石構成成分的化學分析方法操作簡便、不需要特殊儀器和設備、費用低廉、能夠提供結石主要成分的基本信息；但是，所需標本量較多，對標本本身破壞大，檢測結果容易出現誤差，難以鑒別復雜性混合結石。在國外，化學分析方法已逐漸被棄用，而轉為以物理分析為主；不少發達國家已建立結石分析中心，以IR為主、XRD為輔，對結石標本進行成批分析[19]。我國一些大型醫院也逐步開始采用物理方法，特別是采用IR來分析尿路結石。尋找一種簡單易行、易于推廣的檢測尿結石成分的方法，將具有重要的臨床意義。

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