Patogeneza kamicy nerkowej – mechanizmy powstawania kamieni

Patogeneza kamicy nerkowej stanowi jeden z najbardziej fascynujących i złożonych procesów w medycynie. Pomimo że kamica nerkowa należy do najstarszych znanych chorób, mechanizmy prowadzące do powstawania kamieni wciąż nie są w pełni poznane¹. Proces ten obejmuje szereg wzajemnie powiązanych zjawisk fizjochemicznych i biologicznych, które ostatecznie prowadzą do transformacji rozpuszczonych składników moczu w stałe struktury krystaliczne.

Współczesne badania wskazują, że istnieją trzy główne mechanizmy prowadzące do powstawania kamieni nerkowych². Pierwszy z nich dotyczy kamieni przytwierdzonych do powierzchni brodawki nerkowej w miejscach występowania płytek apatytu śródmiąższowego (płytki Randalla), co obserwuje się u pacjentów z idiopatyczną kamicą szczawianowo-wapniową. Drugi mechanizm obejmuje kamienie przyłączone do zatyczek wystających z ujść przewodów Belliniego, co występuje w hiperoksalurii i dalszej kwasicy cewkowej. Trzeci mechanizm dotyczy kamieni tworzących się w wolnym roztworze w układzie zbiorczym nerki, jak ma to miejsce w cystynurii.

Podstawowe mechanizmy powstawania kamieni

Fundamentalnym procesem w patogenezie kamicy nerkowej jest przesycenie moczu substancjami kamicotwórczymi³. Przesycenie występuje, gdy stężenie jonów wapnia, szczawianu, fosforanów lub innych składników przekracza ich rozpuszczalność w danym roztworze. Stan ten może wynikać z zwiększonego wydalania składników kamiennych, zmniejszonej objętości moczu, zmiany pH moczu lub kombinacji tych czynników.

Proces powstawania kamieni można podzielić na kilka następujących po sobie etapów⁴. Pierwszy etap to przesycenie, podczas którego kationy i aniony, takie jak wapń i szczawian, osiągają krytyczny punkt równowagi zwany przesyceniem. Poza tym punktem molekuły nie mogą pozostać rozpuszczone i stają się nierozpuszczalne, wytrącając się z roztworu. Kolejny etap to nukleacja, która stanowi ognisko, w którym kryształy zaczynają się wytrącać. Trzeci etap obejmuje agregację, czyli proces, w którym wytrącające się kryształy gromadzą się na sobie i tworzą większy kryształ w sposób geometryczny i zorganizowany Zobacz więcej: Proces nukleacji i wzrostu kryształów w patogenezie kamicy nerkowej.

Rola płytek Randalla w patogenezie

Płytki Randalla odgrywają kluczową rolę w patogenezie kamicy wapniowej, szczególnie u pacjentów z idiopatyczną kamicą szczawianowo-wapniową⁵. Są to mikroskopijne płytki wapnia zdeponowane w tkance śródmiąższowej brodawki nerkowej, które służą jako nidus dla powstawania kamieni moczowych. Badania wykazują, że około 75% kamieni szczawianowo-wapniowych powstaje w miejscach przyłączenia do płytek Randalla.

Proces powstawania płytek Randalla przypomina ektopiczny proces wapnienia⁶. Pierwotne tworzenie płytek Randalla w błonie podstawnej cienkich pętli Henle’go stanowi podstawę dla późniejszego wzrostu kamieni. Molekuły moczu, osteopontyna i białko Tamm-Horsfalla oraz kryształy w moczu, napędzane przesyceniem, reagują z odsłoniętą płytką, tworząc wstęgę naprzemiennych warstw matrycy i kryształów poprzez powtarzające się powlekanie i krystalizację Zobacz więcej: Płytki Randalla i ich rola w patogenezie kamicy nerkowej.

Czynniki biochemiczne i metaboliczne

Patogeneza kamicy nerkowej jest ściśle związana z różnymi zaburzeniami biochemicznymi i metabolicznymi⁷. Do najważniejszych czynników patofizjologicznych powstawania kamieni wapniowych należą: mała objętość moczu, hiperkalciuria, hiperurykozuria, hipocytraturia, hiperoksaluria oraz zaburzenia pH moczu. Hiperkalciuria jest najczęstszą nieprawidłowością u osób z kamicą wapniową, a mechanizmy patofizjologiczne odpowiedzialne za hiperkalciurię są liczne i mogą obejmować zwiększoną absorpcję wapnia w jelitach, zmniejszoną reabsorpcję wapnia w nerkach oraz wzmożoną mobilizację wapnia z kości.

Hiperoksaluria wykrywana jest u 10-50% osób z kamicą wapniową⁷. Zarówno bardzo kwaśny mocz (pH 5,5), jak i bardzo zasadowy mocz (pH 6,7) predysponują pacjentów do powstawania kamieni wapniowych. Cytrynian jest endogennym inhibitorem powstawania kamieni wapniowych, a niskie wydalanie cytrynianu z moczem (hipocytraturia) występuje u 20-60% pacjentów z kamicą wapniową.

Procesy zapalne i immunologiczne

Współczesne badania wskazują na istotną rolę procesów zapalnych w patogenezie kamicy nerkowej⁸. Makrofagi od dawna są znane jako komórki związane z kryształami śródmiąższowymi w brodawkach nerkowych człowieka. W proces powstawania kamieni nerkowych zaangażowane są zarówno makrofagi prozapalne (typu M1), jak i przeciwzapalne (typu M2). Makrofagi M2 mogą fagocytować kryształy szczawianu wapnia, zmniejszając rozwój kamieni.

Znaczenie stanu zapalnego podkreśla również głęboka korelacja między nabłonkowymi komórkami cewek nerkowych a kryształami⁸. Taka interakcja jest kluczowa i pośredniczy w produkcji białek prozapalnych, takich jak TNF-alfa i IL-1β, poprzez aktywację makrofagów. Nadprodukcja reaktywnych form tlenu może działać jednocześnie jako przyczyna i konsekwencja stanu zapalnego w błędnym kole, gdzie uszkodzenie cewkowe spowodowane obecnością kryształów promuje stan zapalny, który z kolei promuje tworzenie kryształów.

Czynniki genetyczne i środowiskowe

Patogeneza kamicy nerkowej ma silny komponent genetyczny, z szacowaną dziedzicznością około 45%⁹. Wyższy odsetek kamieni nerkowych został zgłoszony u krewnych pierwszego stopnia i członków rodziny z kamicą nerkową. Czynniki etiologiczne powstawania kamieni kwasu moczowego mogą być genetyczne, nabyte lub kombinacja obu. Istnieją również rzadkie przyczyny hiperkalciurii, takie jak dziedziczna dystalna kwasica cewkowa, choroba Denta, zespół Barttera typu III i IV, autosomalnie dominująca hipokalcemiczna hiperkalciuria i rodzinna hipomagnezemia.

Czynniki środowiskowe mogą być jednymi z najważniejszych czynników w powstawaniu kamieni¹⁰. Otyłość i cukrzyca są związane ze zwiększonym ryzykiem powstawania kamieni kwasu moczowego i szczawianowo-wapniowych. Wskaźnik masy ciała, spożycie płynów, spożycie wapnia i spożycie napojów słodzonych cukrem są uważane za modyfikowalne czynniki ryzyka kamicy nerkowej.

Mikrobiom i jego wpływ na patogenezę

Nowe dowody wskazują na aktywny udział mikrobioty jelitowej w patogenezie kamicy nerkowej¹¹. Szczawian jest wydalany z moczem po absorpcji w jelicie. Wykazano, że brak bakterii komensalnych o aktywności degradującej szczawian jest związany z tworzeniem kamieni. Obserwacje pokazały, że ogólny skład drobnoustrojów u pacjentów z kamieniami nerkowymi znacznie różni się od tego u zdrowych osób kontrolnych, co dodatkowo wspiera jelitową mikrobiotę jako ważnego czynnika przyczyniającego się do powstawania kamieni.

Pojawiające się dowody wskazują, że mikroorganizmy należące do ludzkiego mikrobiomu, w tym mikroorganizmy nerki i układu moczowego, prawdopodobnie mają głęboki wpływ na zdrowie urologiczne¹². Wpływ ten może być zarówno pozytywny, jak i negatywny, ze względu na ich wkład metaboliczny i inne czynniki. Biorąc pod uwagę kluczową rolę odpowiedzi immunologicznej w tworzeniu i rozwoju kryształów szczawianu wapnia, zaproponowano podejście immunoterapeutyczne w celu zapobiegania nawrotom kamieni u niektórych osób poprzez modulację odpowiedzi immunologicznej.