罗切斯特,明尼苏达州 — 研究发现,人类肾结石至少和吉萨金字塔一样古老。已知最古老的肾结石是在公元前4400年的埃及墓葬中发现的。妙佑医疗国际仅去年一年便在全世界范围内处理和分析了大约90,000个肾结石。这一数字每年都在增加,反映出全球肾结石病的上升趋势。新的研究揭示了肾结石的实际形成机制,为治疗甚至消除这种往往伴随痛苦的疾病带来了希望。 

长期以来,人们普遍认为肾结石是在井然有序的过程中逐层生长的,并且很难溶解。然而大约三年前,妙佑医疗国际和伊利诺伊大学联合开展的一项研究推翻了这一共识。

“人们认为,钙肾结石一旦开始生长发育,就很难在典型的肾脏环境下溶解,”该研究小组的共同领导人兼妙佑医疗国际Rare Kidney Stone Consortium肾病专家和主任医学博士John Lieske说。

与这种长期以来的观点相反,该研究发现草酸钙肾结石的形成方式与石灰华非常相似。石灰华是黄石国家公园猛犸温泉中发现的一种岩石。换言之,就像在自然环境中形成的岩石一样,肾结石也会经历反复结晶、溶解、破裂和断层的循环;这个过程称为成岩作用。

这一发现为提出非传统的肾结石治疗方案开辟了全新道路。在伊利诺伊大学的地质学和生物学(地理生物学)专业人才与妙佑医疗国际的泌尿科和肾脏科专业团队的合作努力下,新的治疗方案已呼之欲出。

为了开展研究,研究人员必须将从妙佑医疗国际患者身上手术取出的肾结石样本切成像米纸一样薄的切片。

“我们把结石切割成薄到可以透光的切片,”Roy J. Carver Biotechnology Center的地球生物学家和主任Bruce Fouke博士说,其在伊利诺伊大学实验室中利用专门工具来开展这项工作。“我们利用紫外线将肾结石切割成很薄的切片,然后用显微镜观察。在百万分之一到十亿分之一米的尺度上,你会看到一层层的单个的、形状非常完美的晶体,它们被其他晶体、溶洞、裂缝和断层交错切断。”

“它们与你站在大峡谷边缘时所看到的岩石分层非常相似,”Fouke博士补充说。

该研究的意义包括提出可能中断结石形成或促进其溶解的新型治疗方案。这对于结石病患者而言无疑是个好消息,因为一个卡住的结石造成的疼痛可能比分娩更剧烈。

根据研究小组发表在《自然综述:泌尿学》上的最新论文,仍在进行的研究已取得进一步的突破。研究人员已经制定一个新的分类方案,使医生能够将肾结石分为不同的独特类别,而不必精确地知道结石在肾脏中的形成位置。 

“这不仅仅是矿物的生长,而且是一个复杂的反复结晶又溶解、结晶又溶解的过程,”Fouke博士说。“结石在经历溶解阶段时并不会彻底溶解。在每一个循环中,结石都会生长,然后仅部分溶解。它看起来有点像瑞士奶酪。每次都会留下一些含有先前晶体、孔洞、裂缝和断层的矿物质。然后,在下一个循环中发生更多的矿物生长、溶解、断裂和断层,如此反复。我们现在可以定量地将这一系列步骤记录到一个名为共生次序的结石形成历史档案中。”

研究人员发现,在包含一系列步骤的溶解过程中,人类肾脏能够自然地将原始结石体积减小一半以上。

研究小组详细说明了人类肾结石的形成控制机制,并指出其与“在地质时期控制地球上其他自然和工程环境中矿物质沉积的基本过程序列”非常相似,Mayo Clinic Alix School of Medicine的医学生和Fouke博士实验室的前博士生Jessica Saw说。“在结石或岩石生长过程中,结晶速率与分层频率成反比。”

美国宇航局的火星探测器目前正在根据与此相同的基本原理,在名为叠层石的沉积物中寻找由古老的分层微生物组成的岩石。但是人类肾结石的分层频率比以往在自然界发现的任何分层岩石或矿床都要高。

“我们曾为了解珊瑚在全球变暖期间如何应对海面温度的快速上升开发了一套工具,现在我们利用了这套工具来研究肾结石,”Fouke博士说。“在许多自然环境中,晶体生长的速度有时比我们在肾结石中看到的要快得多。然而,肾结石表现出的结晶和有机分层频率却比以往在自然系统中看到的要快得多。”

在猛犸象温泉中,石灰华岩石的晶体沉积速度比地球表面形成的大多数其他石灰岩快一百万到十亿倍。这里之所以每天会沉积超过一吨石灰华,是因为温泉中的微生物细菌会产生能够促进岩石快速生长的蛋白质和其他分子。人类宿主和寄居微生物(又称为微生物群系)也会在肾脏中产生类似的蛋白质。不同的是,肾脏会为了保护自身而减少或阻止结石的形成,大自然则允许促进岩石生长的分层过程。

“我们与妙佑医疗国际的合作可谓是硕果累累,其中最令人兴奋的是,我们发现肾脏以及肾结石的形成非常独特,地球上找不到任何其他与之类似的自然系统,”Fouke博士说。“即使是在最深的海洋中,最高的山峰上,南极的冰原下,以及深邃的地下洞穴里。”

该研究还表明,这些微生物群系会在肾结石的生长过程中被埋藏并石化,Fouke博士说:“这就提出了另一组全新的问题:这些微生物群系如何根据肾脏的状况促进或阻碍结石的生长?”

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