Przegląd Urologiczny 2008/5 (51) wersja do druku | skomentuj ten artykuł | szybkie odnośniki
 
strona główna > archiwum > Przegląd Urologiczny 2008/5 (51) > Rola inhibitorów i promotoróww patogenezie...

Rola inhibitorów i promotoróww patogenezie kamicy wapniowej

Opracowano na podstawie: "The role of urinary kidney stone inhibitors and promoters in the pathogenesis of calcium containing renal stones" D.R. Basavaraj, Ch.S Biyani, A.J. Browning, J.J. Cartledge EAU-EBU Update Series 2007; 5: 126-136

Kamica moczowa jest globalnym problemem dotykającym człowieka od wieków:

  • w krajach zachodnich zapadalność wynosi 0,5%, a ryzyko życiowe rozwoju choroby około 10-15%, ale na Bliskim Wschodzie może osiągać nawet 20-25%;
  • nawrót kamicy bez postępowania zapobiegawczego: w pierwszym roku 10%, w ciągu 5 lat 33%, po 10 latach 50%;
  • najczęstszym rodzajem kamieni nerkowych są kamienie zbudowane z jednowodnego i dwuwodnego szczawianu wapnia (CaOx), szczawian jednowodny jest formą bardziej stabilną i występuje ponad dwukrotnie częściej niż szczawian dwuwodny;
  • prawidłowy mocz jest przesyconym roztworem minerałów, co sugeruje istnienie fizjologicznychmechanizmów, które aktywnie zapobiegają krystalizacji obecnych w moczu soli wapnia.
  • Patofizjologia

    W procesie powstawania kamieni wapniowych wyróżnia się 4 fazy akumulacji szczawianów i fosforanów wapnia w drogach moczo-wych:

    1. Nukleacja

    - Nukleacja oznacza formowanie się fazy stałej w roztworze. - Mocz zawiera inhibitory krystalizacji, co umożliwia utrzymywanie stężenia substancji rozpuszczonych powyżej punktu nasycenia roztworu. Taki roztwór znajduje się w stanie metastabilnym, w tym stanie może zachodzić wzrost wcześniej powstałych kryształów, ale nie dochodzi do formowania nowych kryształów. Dalsze zwiększanie stężenia soli, zmiana warunków (pH, temperatura) bądź zmniejszenie aktywności inhibitorów może spowodować przekroczenie punktu formowania. Po przekroczeniu punktu formowania roztwór staje się niestabilny i dochodzi w nim do procesu nukleacji; wytrącanie szczawianu wapnia w moczu następuje, gdy iloczyn stężenia ([Ca2+]3* [PO4-]2) tej soli przekracza 7-11 razy jej iloczyn rozpuszczalności.

    - Proces nukleacji w czystym, pozbawionym zarodków krystalizacji i innych substancji roztworze zwany jest nukleacją homogenną.

    - Nukleacja heterogenna: mocz nie jest czystym roztworem i nukleacja często zachodzi w nim na istniejącej wcześniej powierzchni lub alternatywnej strukturze (komórki nabłonka, erytrocyty, pozostałości komórkowe, wałeczki moczowe, inne kryształy lub bakterie). Nukleacja heterogenna jest procesem wymagającym mniejszej energii niż nukleacja homogenna, dlatego zachodzi łatwiej, nawet w roztworze metastabilnym.

    - Epitaksja jest procesem, w którym dochodzi do wytrącania się jednego rodzaju kryształu na powierzchni innego, których rozmiary sieci krystalicznych są prawie identyczne, np. obecność kryształów kwasu moczowego może pobudzać do powstawania kamieni szczawianowo-wapniowych.

    - Hyperurikozuria może przyspieszać krystalizację szczawianów wapnia w innym mechanizmie niż epitaksja (tzw. efekt wysalania).

    - Materiał organiczny tworzy macierz stanowiącą około 2,5% masy kamieni.

    - Dotychczas nie rozstrzygnięto, w którym miejscu rozpoczyna się proces tworzenia kamieni. Jednym z proponowanych miejsc są płytki Randalla. Są to uwapnione struktury stwierdzane na powierzchni brodawek. Na podstawie biopsji miąższu nerki z okolicy płytek Randalla stwierdzono, że kryształy pierwotnie osadzają się w błonie podstawnej cienkiej części wstępującej pętli Henlego i są zbudowane z fosforanu wapnia; ich zasięg rozszerza się i obejmuje naczynia proste oraz tkankę śródmiąższową otaczającą przewody brodawkowe (Belliniego), a następnie nabłonek wierzchołka brodawki, powodując jego erozję.

    - U pacjentów z hiperoksalurią wynikającą z chirurgicznego wyłączenia znacznej części jelita obserwowano pierwotne osadzanie się kryształów hydroksyapatytu w świetle kanalików zbiorczych; nie obserwowano natomiast procesu krystalizacji w tkance śródmiąższowej ani wokół ramienia wstępującego pętli Henlego.

    2. Przyrost kryształu

    2. Przyrost kryształu - Podczas krystalizacji dochodzi do redukcji energii potencjalnej atomów i cząsteczek w chwili, kiedy łączą się wzajemnie. - Podczas nukleacji kilka atomów lub cząsteczek łączy się, tworząc tak zwane zarodki krystalizacji. Energia zarodków jest mniejsza niż suma energii tworzących ją cząsteczek, gdy znajdują się w roztworze. Całkowita energia zarodków jest powiększona o energię powierzchniową (napięcie powierzchniowe), ale ma ona znaczenie tylko wtedy, gdy zarodek jest mały. - Tempo przyrostu kryształu zależy od wielu czynników: wielkość i kształt cząsteczek, właściwości fizycznesubstancji,poziom przesycenia roztworu, pH, defekty struktury kryształu.

    3. Agregacja kryształów

    - Kryształy w roztworze łączą się ze sobą, formując większe cząsteczki. - Agregacja zależy od równowagi sił: pro- i antyagregacyjnych. - Proagregacyjnie działają: niewielkie odległości międzycząsteczkowe, glikoproteina Tamma-Horsfalla (może działać jak klej i zwiększać przyleganie), stabilizacja agregatów przez mostki z materiału krystalicznego.

    - Główną siłą, która hamuje agregację, jest odpychający powierzchniowy ładunek elektrostatyczny, tzw. potencjał Zeta.

    - Powszechnie uważa się, że proces tworzenia się kamieni wapniowych rozpoczyna się wytrącaniem fosforanów wapnia w pętli Henlego lub w dystalnej części kanalika dystalnego.

    - W prawidłowych warunkach fizykochemicznychzachodziodpychanie pomiędzy kryształami fosforanów wapnia a komórkami kanalików, dzięki czemu małe kryształy mogą ulec rozpuszczeniu lub wydaleniu; nukleacja szczawianów wapnia indukowana jest obecnością wcześniej powstałych kryształów fosforanu wapnia.

    - Inną drogą usuwania zarodków i drobnych kryształów jest internalizacja i niszczenie ich przez makrofagi, co ma miejsce w tkance śródmiąższowej.

    - Uszkodzenia wywołane przez wolne rodniki mogą uwalniać fragmenty błony komórkowej do światła kanalików, które stanowią odpowiednią powierzchnię do nukleacji fosforanów i szczawianów wapnia; nowo powstające kryształy przylegają do powierzchni komórek kanalików, pobudzając odpowiedź komórkową, która może prowadzić do retencji kryształów i kalcyfikacjinerki.

    - Rozpuszczanie się fosforanów wapnia w kwaśnym moczu wywołuje wzrost przesycenia szczawianami wapnia, a nukleacja szczawianów wapnia potęguje formowanie się większych mas złożonych ze szczawianów i fosforanów wapnia przytwierdzonych do komórek cewek.

    4. Retencja kryształów

    - Rozwój kamicy moczowej zależy od omówionych wyżej warunków sprzyjających krystalizacji oraz od czynników utrudniających wydalenie powstałych kryształów /złogów (czynniki sprzyjające retencji kryształów w nerce). - Jednym z postulowanych czynników sprzyjających przyleganiu kryształów do ściany kanalików dystalnych jest kwas hialuronowy będący elementem składowym otoczki znajdującej się na powierzchni komórek kanalików.

    Inhibitory i promotory tworzenia się kamieni moczowych

    Inhibitory to cząsteczki, które podnoszą poziom przesycenia roz-tworu wymagany do inicjacji nukleacji. Obniżają tempo wzrostu i agregacji kryształów. Otaczają powierzchnię tworzących się kry-ształów lub tworzą kompleksy z wapniem i szczawianami.

    Promotory obniżają punkt nasycenia roztworu. Brak równowagi między nimi jest najważniejszym czynnikiem ryzyka kamicy, znacznie istotniejszym od zaburzeń innych substancji w moczu (tab. 1).

    Tabela 1
     

    Inhibitory

    1. Cytryniany

    - Kwas cytrynowy jest trójkarboksylowym kwasem organicznym, który w surowicy tworzy kompleksy z jonami wapniowymi, magnezowymi i sodowymi w pH 7,4. - Większość kwasu cytrynowego w organizmie to produkt metabolizmu wewnątrzkomórkowego.

    - Cytryniany są swobodnie filtrowaneprzezkłębuszki,ale75%ulega reabsorpcji w kanalikach proksymalnych.

    - Hipocitraturia może być wywołana m.in. przez: acetazolamid, tiazydy, kwasicę cewkową, zakażenie dróg moczowych, hipokaliemię, hipomagnezemię, nieswoiste zapalenia jelit.

    - Hipocitraturia występuje u ponad 50% pacjentów z kamicą moczową.

    - Cytryniany wpływają zarówno na krystalizację jednowodnych szczawianów wapnia, jak i fosforanów wapnia. Tworząc kompleksy z wapniem, zmniejszają stężenie szczawianu wapnia. Są inhibitorem krystalizacji i agregacji szczawianów wapnia; zwiększają antyagregacyjne działanie innych cząsteczek i zmniejszają ekspresję moczowej osteopontyny, będącej ważnym składnikiem białkowej macierzy kamieni moczowych. Podnoszą pH moczu, co zwiększa rozpuszczalność kwasu moczowego, a przez to zapobiega wysalaniu kryształów szczawianowych przez moczany.

    - Najważniejszym czynnikiem wpływającym na reabsorpcję cytrynianów jest równowaga kwasowo-zasadowa: kwasica zwiększa reabsorpcję cytrynianów, zasadowica - odwrotnie; wysoka podaż białka i w konsekwencji wysoki poziom aminokwasów może podnosić kwasicę i powodować kompensacyjny wzrost reabsorpcji cytrynianów, a w rezultacie niski poziom cytrynianów w moczu.

    - Na+/dikarboksylan syn transporter 1 (hNaDC1) jest syn transporterem sodu i cytrynianów, którego ekspresja rośnie w nerkach chorych z hipocitraturią, u których tworzą się kamienie moczowe. Wzrost transkrypcji mRNA hNaDC1 może być związany ze wzrostem spożycia wysokobiałkowych pokarmów

    - Terapia cytrynianami zmniejsza odsetek nawrotów kamicy.

    - Właściwości inhibicyjne są większe w moczu rozcieńczonym.

    2. Pirofosforany

    - w niskich stężeniach, rzędu 16?M, pirofosforany hamują wzrost kryształów jednowodnych szczawianów wapnia o 50%.

    - Poziom pirofosforanów w moczu kształtuje się na poziomie 20-40 ?M, więc teoretycznie jest wystarczająco wysoki, by zahamować krystalizację szczawianów i fosforanów wapnia.

    - Pirofosforany i difosforany hamują wytrącanie się fosforanu wapnia, a difosforany mają ponadto zdolność do inhibicji wzrostu kryształów apatytu.

    - Pirofosforany redukują absorpcję wapnia w jelitach poprzez wpływ na powstawanie 1,25(OH)2 - witaminy D.

    - U osób z kamicą moczową obserwuje się niskie wydzielanie pirofosforanów z moczem w porównaniu do osób zdrowych.

    - Podawanie doustne ortofosforanów nie przynosi znaczących korzyści pacjentom jako prewencja nawrotów kamicy; przeciwnie, chorzy otrzymujący ortofosforany charakteryzują się częstszym występowaniem kamicy.

    3. Magnez

    - Magnez pochodzący z pożywienia jest wchłaniany w jelitach i wydalany przez nerki.

    - Magnez tworzy kompleksy ze szczawianami i zmniejsza stopień przesycenia roztworu.

    - Doustne podawanie magnezu obniża absorpcję szczawianów i ich wydalanie z moczem, poprzez podobne do wapnia łączenie się ze szczawianami w jelitach.

    - Suplementacja magnezu w przypadku niedoboru tego pierwiastka zwiększa wydalanie cytrynianów z moczem.

    4. Rodzina białek inter-?-inhibitorów trypsyny

    - Inter-?-inhibitory należą do nadrodziny białek typu Kunitza, która jest grupą protein zawierających wspólny element struktury (kuninę) i zdolność do inhibicji proteaz serynowych.

    - Inter-?-inhibitor jest glikoproteiną zbudowaną z dwóch łańcuchów ciężkich i jednego lekkiego łańcucha, zwanego również bikuniną; prawdopodobnie bikunina odpowiada za inhibicję krystalizacji szczawianów wapnia.

    - Bikunina krąży swobodnie w surowicy i jest wydzielana do moczu, gdzie ulega degradacji.

    - Bikunina ma właściwości przeciwzapalne i antymetastatyczne; jest wydzielana głównie przez cewki proksymalne i część zstępującą pętli Henlego. Może przyczyniać się do regulacji adhezji kryształów i ich retencji wewnątrz cewek podczas procesu tworzenia się kamieni nerkowych

    5. Osteopontyna (uropontyna)

    - Osteopontyna jest białkiem bogatym w kwas asparaginowy, mającym ładunek ujemny, które hamuje przyrost kryształów szczawianów wapnia w roztworze przesyconym.

    - Jest blisko związana z regulacją zarówno fizjologicznej, jak i patologicznej mineralizacji. Jest syntetyzowana w nerkach i obecna w moczu w stężeniu powyżej 100 nM.

    - Frakcje pochodzące z kości i nerek są bardzo podobne pod względem sekwencji aminokwasów.

    - Jest zaangażowana w wiele procesów biologicznych, tj. mechanizm zapalenia, aktywację leukocytów, gojenie ran i przeżycie komórki.

    - Badania in vitro sugerują, że osteopontyna może hamować nukleację, wzrost i agregację kryształów szczawianów wapnia; hamuje również adhezję kryształów do hodowanych komórek nabłonka. Wyniki badań klinicznych są niejednoznaczne; mutacja pojedynczej zasady w genie osteopontyny jest związana ze znacząco wyższym odsetkiem nawrotów kamicy lub rodzinnie występującą kamicą nerkową.

    6. Moczowy fragment 1 protrombiny

    - protrombina ulega degradacji do trzech fragmentów: trombiny, fragmentu 1 i fragmentu 2.

    - fragment 1 jest wydzielany do moczu i nazywany moczowym fragmentem 1 protrombiny, mającym właściwości inhibicji tworzenia kamieni szczawianu wapnia in vitro.

    - Jest składnikiem macierzy organicznej kryształów szczawianu wapnia.

    - Jest inhibitorem agregacji i adhezji kryształów do komórek nabłonka cewek.

    - W populacji Afryki Południowej, gdzie czynnik ten wykazuje silniejsze właściwości inhibicji, notuje się znacznie niższą zapadalność na kamicę moczową.

    Sializowane produkty glikacji fragmentu 1 zapewniają ochronę przed formowaniem się kamieni szczawianu wapnia poprzez otaczanie powierzchni kryształów.

    7. Białko Tamma-Horsfalla (uromukoid)

    - Jest glikoproteiną syntetyzowaną w ramieniu wstępującym pętli Henlego za wyjątkiem obszaru macula densa.

    - Jest najliczniejszym białkiem występującym w prawidłowym moczu ssaków; jego produkcja u ludzi waha się między 30 a 60 mg/24 h.

    - Prawdopodobnie jest zaangażowane w patogenezę nefropatii wałeczkowej, kamicy moczowej, cewkowo-śródmiąższowego zapalenia nerek.

    - Jest białkiem, które jest pierwszą linią obrony zarówno przeciwko tworzeniu się kamieni, jak i infekcji bakteryjnej.

    - U osób zdrowych białko to jest glikozylowane kwasem sialowym. Funkcja i struktura białka mogą być podatne na wpływ innych czynników, np. u cukrzyków łatwiej ulega agregacji, być może z powodu alternatywnej glikozylacji.

    - Nie ma zgody, czy jest inhibitorem, czy promotorem agregacji kryształów. Większość autorów uważa, że jest inhibitorem agregacji jednowodnych szczawianów wapnia w roztworach o alkalicznym pH, niskiej sile jonowej i niskim stężeniu jonów dwuwartościowych.

    Przy niskim pH, wysokim stężeniu wapnia, sodu i jonów wodorowych, a także niskim stężeniu samego białka może ono funkcjonować jako promotor agregacji. - Agregacja samego białka może zwiększać heterogenną nukleację lub tworzenie się białek i mas krystalicznych wystarczająco dużych, by zablokować światło cewki.

    8. Glikozaminoglikany (GAG)

    - Wchodzą w skład macierzy białkowej kamieni moczowych (głównie siarczan heparyny i kwas hialuronowy).

    - Siarczan chondroityny, siarczan heparyny i kwas hialuronowy są wydzielane do moczu; odgrywają ważną rolę w krystalizacji szczawianów wapnia.

    - Stężenie GAG w moczu jest za niskie, by obniżyć stężenie wapnia w roztworze przesyconym.

    - in vitro udowodniono ich działanie jako inhibitorów przyrostu kryształów i ich agregacji.

    9. Litostatyna nerkowa

    - Prawdopodobnie jest odpowiedzialna za kontrolę wzrostu kryształów węglanu wapnia.

    - Kryształy węglanu wapnia są obecne we wczesnych etapach tworzenia kamieni nerkowych; takie kryształy mogą więc promować krystalizację z przesyconego moczu poprzez odpowiedni substrat heterogennej nukleacji.

    10. Inne cząsteczki

    - Ludzki czynnik moczowy trefoil (THF1) - syntetyzowany przez komórki nabłonka śluzówki żołądka. Ma właściwości antyapoptotyczne i mitogenne. Może działać jako inhibitor przyrostu kryształów szczawianu wapnia.

    - Kalgranulina - jest obecna w nerce i ludzkim moczu. Może hamować wzrost kryształów szczawianów wapnia; ma właściwości przylegania do powierzchni kryształu.

    Promotory

    - Alternatywne miejsca nukleacji: na powierzchni komórek nerki, pozostałości komórkowych, agregatów białek. Mogą obniżać stężenia przesycenia roztworu, przy którym dochodzi do wytrącania się kryształów.

    - Podobieństwa przestrzenne pomiędzy kryształami dwuwodnego kwasu moczowego i jednowodnego szczawianu wapnia mogą wzajemnie nasilać wzrost kryształów, podobnie jak to się dzieje w przypadku apatytu i jednowodnego szczawianu wapnia.

    - Kwas moczowy i fosforan wapnia mogą promować heterogenną enukleację.

    - Jony wapnia mogą promować kamicę: hyperkalciuria prowadzi do wzrostu krystalizacji.

    Podsumowanie

    Tworzenie się kamieni moczowych jest inicjowane przez powsta-wanie przesyconych roztworów soli w moczu i retencję kryształów w drogach moczowych. Obniżone stężenie inhibitorów lub zwiększone stężenia promotorów predysponują do rozwoju kami-cy moczowej. Czynniki genetyczne, dieta, uszkodzenie komórek składają się na promocję i progresję choroby. Obecność kamieni moczowych może inicjować proces zapalny, prowadząc do dalszych zakłóceń i wzmożonego tworzenia się kamienia. Regulacja procesu zapalnego może być punktem uchwytu nowych strategii terapeutycznych kamicy moczowej.

    Opracował: Łukasz Zapała
    Studenckie Koło Naukowe przy Katedrze i Klinice Urologii Ogólnej, Onkologicznej i Czynnościowej Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego
    kierownik kliniki: prof. dr hab. med. Andrzej Borkowski