5 Facteurs affectant la formation de struvite
Une expérience a été réalisée par Brown TR pour prouver que les bactéries qui décomposent l’urée sont responsables de la formation de struvite . Il a prélevé des échantillons d’urine pelvienne rénale sur les reins de six patients souffrant d’une infection urinaire et de calculs pelviens unilatéraux. Le pH urinaire a été estimé et des cultures bactériennes ont été réalisées pour chaque échantillon. Le caractère de décomposition de l’urée de chaque isolat bactérien a également été examiné. Le rein contenant les calculs a été retiré chirurgicalement et les calculs isolés ont été analysés chimiquement. Il a été observé que l’urine du rein non affecté était acide et stérile alors que le rein contenant des calculs était infecté par E. coli communis (un cas), Staphylococcus aureus (deux cas) et Proteus (trois cas). L’urine infectée par Proteus et Staphylococcus était de nature alcaline et contenait une quantité accrue de protéines et de débris cellulaires. Les deux souches de Staphylococcus et toutes les souches de Proteus séparaient l’urée. Les pierres prélevées sur ces cinq spécimens étaient composées de carbonate-apatite et de struvite. Dans ces cas, les bactéries isolées de l’urine et du centre des calculs étaient identiques.
En revanche, l’urine recueillie sur le rein infecté par E. coli communis était acide et les calculs obtenus étaient composés d’urates et d’acide urique. Ainsi, Brown a conclu que l’alcalinité et l’augmentation de l’ammoniac résultant de la scission de l’urée dans l’urine peuvent conduire à des calculs de struvite et d’apatite carbonatée. Les résultats de Brown ont également été confirmés par la suite par d’autres scientifiques .
Plusieurs chercheurs ont prouvé expérimentalement que les bactéries productrices d’uréase sont les principales (sinon les seules) bactéries impliquées dans la formation de calculs infectieux . Des études in vitro réalisées par Griffith et al. ont démontré que la présence à la fois d’urée et d’uréase est nécessaire pour que la bactérie forme des calculs. Des études réalisées par Elliot et al. ont prouvé que les inhibiteurs d’uréase peuvent prévenir la formation de struvite due à l’uréase et à l’urée. Il a également rapporté que l’alcalinité induite par l’uréase ou l’hydroxyde d’ammonium conduit à la cristallisation de la struvite alors que l’alcalinité induite par l’hydroxyde de sodium conduit à la cristallisation de l’apatite.
Selon de nombreuses études, les patients souffrant de dysfonctionnement vésical neurogène et/ou de lésions de la moelle épinière semblent être enclins au développement de calculs infectieux . Bors et al. ont noté une incidence de 8% de calculs rénaux chez plus de 1000 patients traités pour une lésion de la moelle épinière et tous les calculs ont été identifiés comme étant des struvites. De même, les patients sous traitement pour des maladies bénignes ou malignes ont tendance à former des calculs de struvite .
Clapham et al. ont rapporté qu’en plus de la capacité des bactéries à augmenter le pH de l’urine, l’autre rôle bactérien est la formation d’un » biofilm » qui constitue la matrice organique constitutive du calcul. Les expériences ont également confirmé que les cristaux se formaient plus facilement dans le biofilm bactérien que dans l’urine environnante. Il a été proposé que la sursaturation était en partie causée par une augmentation du pH induite par les bactéries et en partie due à la tendance à la fixation des métaux du biofilm. Cela a conduit à la formation du cristal au sein du biofilm via un mécanisme de croissance du gel.
Une expérience sur des chèvres a été réalisée pour étudier le processus de biominéralisation de la struvite chez les ruminants . La struvite-K, un cristal rarement perceptible, a été étudiée chez six chèvres. L’urolithiase a été induite par une alimentation à base de paille de riz complétée par du MgO et une farine de graines de coton. Une analyse qualitative chimique et une spectrométrie dispersive en énergie aux rayons X (EDS) ont été mises en œuvre pour étudier la composition des cristaux. La sursaturation relative (RSS) et le produit d’activité (AP) du phosphate d’ammonium de magnésium (MAP) et du phosphate de magnésium de potassium (MKP) ont été calculés pour évaluer la différence dans la formation des cristaux. Les résultats ont montré que les calculs étaient principalement constitués de MAP avec un peu de MKP. Avant la formation des calculs, les cristaux urinaires étaient constitués de MAP et de MKP, mais après la formation des calculs, les cristaux urinaires étaient principalement constitués de MKP. L’AP et le RSS de MAP et MKP ont montré une baisse significative après la formation de calculs. On a donc conclu que la MAP et le MKP pouvaient coexister dans les cristaux urinaires avant la formation de calculs de struvite, mais que le MKP ne précipitait pas dans les calculs de struvite et se séparait sous forme de sédimentation de cristaux dans l’urine. Les changements dans la cristallisation de la PAM et de la MKP ont contribué partiellement à l’état de sursaturation de la PAM et de la MKP pendant la formation du calcul de struvite.
Des expériences sur des souris mégabladder (mgb-/-) avec une obstruction fonctionnelle de la vessie ont été réalisées pour dépeindre l’évolution clinique après une vésicostomie cutanée (CV) . Au total, 45 souris mgb-/- mâles d’un âge médian de 25 jours ont été soumises à une CV. Trente-quatre souris qui ont survécu plus de trois jours après la CV ont été évaluées par échographie rénale et observation en série. Les souris moribondes ont été tuées et les vessies urinaires et les reins ont été examinés par analyse histopathologique, et des tests biochimiques urinaires ont été effectués. À onze semaines après la CV, 35 % des souris mâles mgb-/- (12 sur 34) étaient moribondes et présentaient des masses pelviennes qui ont été reconnues comme des calculs vésicaux à l’autopsie. Le pH de l’urine était alcalin et des cristaux de struvite ont été identifiés après examen microscopique. Les échantillons d’urine contenaient des cocci à Gram positif et les cultures d’urine étaient polymicrobiennes. La composition des calculs était principalement constituée de struvite (88%-94%) et de phosphate de calcium. Dans 40 % des cas, soit 2 cas sur 5, la rétention d’une suture intravésicale en polypropylène a été reconnue comme le nidus présumé. Aucun calcul n’a été trouvé chez plus de 100 souris mâles avant la réalisation de la CV ou dans vingt-cinq cas où la CV a été réalisée avec une suture en polydioxanone. Les reins isolés de 33 % des souris (4/12) chez lesquelles des calculs vésicaux ont été détectés contenaient des calculs staghorn. Les résultats histopathologiques des souris présentant des calculs de struvite ont révélé une pyélite active, une cystite et une pyélonéphrite chronique. Ces résultats indiquent l’importance du nidus dans la lithogenèse et présentent un nouveau modèle murin pour l’infection chronique des voies urinaires non focalisées et l’urolithiase à struvite.
Thalji et al. ont étudié les facteurs affectant la vitesse de dissolution des cristaux de phosphate d’ammonium de magnésium (struvite), d’oxalate de calcium monohydraté (COM) et de phosphate de calcium (brushite), car la dégradation enzymatique des pierres pourrait fournir des alternatives à l’élimination chirurgicale ou améliorer la lithotripsie. Les expériences ont été réalisées à un pH acide de 4,2. Des cristaux d’oxalate de calcium monohydraté (COM) ont été mélangés avec de l’oxalate oxydase (de Hordeum vulgare), de l’oxalate décarboxylase (ODC de Bacillus subtilis), ou un témoin. La dissolution des cristaux a été suivie en mesurant l’augmentation de la concentration en ions calcium dans la solution. Pour les cristaux de phosphate de magnésium et d’ammonium (struvite) et de phosphate de calcium (brushite), le degré de phosphorolyse par l’enzyme purine nucléoside phosphorylase (PNP, forme de dosage) a été comparé au témoin par spectrophotométrie. On a observé que l’addition d’oxalate décarboxylase à des cristaux d’oxalate de calcium monohydraté entraînait la formation de formate de calcium qui était très soluble et qu’elle multipliait par 15 la solubilité des cristaux d’oxalate de calcium monohydraté. Après l’ajout d’une enzyme catabolisant le formiate (formate déshydrogénase), la dissolution a été multipliée par 47 par rapport aux témoins. Il a également été confirmé que l’oxalate oxydase présentait une activité beaucoup plus faible que l’oxalate décarboxylase dans la dissolution de l’oxalate de calcium monohydraté. Pour les cristaux de struvite et de brushite, l’enzyme purine nucléoside phosphorylase a présenté une bonne dissolution en utilisant le phosphate inorganique comme substrat à une concentration proche de la saturation. Cependant, l’ajout d’une plus grande quantité d’enzyme purine nucléoside phosphorylase a été limité en raison de contraintes liées à l’équilibre et à la détection du test. Ainsi, il a été conclu que la dissolution des calculs à l’aide d’enzymes est un processus réalisable.
Sept calculs urinaires de type struvite et carbonate apatite ont été examinés par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, microscopie électronique à balayage et techniques de diffraction des neutrons sur poudre pour explorer leurs différences structurelles au niveau mésoscopique . D’après les études structurelles, il a été observé que les pierres d’apatite carbonatée présentaient des empreintes bactériennes mais pas les pierres de struvite. De même, si une pierre contenait à la fois des composants de struvite et d’apatite carbonatée, les empreintes bactériennes n’étaient détectées que dans les parties d’apatite carbonatée. Les résultats obtenus à partir des expériences de diffraction de poudre de neutrons ont révélé que les pierres de struvite étaient de plus grande taille que les pierres d’apatite carbonatée (250 ± 50 contre 50 nm). Les expériences ont permis de conclure que les empreintes bactériennes apparaissent facilement sur les pierres de plus petite taille comme l’apatite carbonatée que sur les pierres de plus grande taille, comme la struvite.
L’effet du pH sur la cristallisation de la struvite a été étudié par Pérez-García et al . La précipitation de la struvite par des bactéries a été réalisée dans la gamme de pH de 5 à 9. La cristallisation a eu lieu dans toutes les conditions de pH, cependant, les meilleurs résultats ont été obtenus dans la gamme de pH de 7 à 8,4. Par conséquent, il a été conclu que le pH alcalin était approprié pour la formation de struvite.
En l’an 2000, des études ont été réalisées pour comprendre l’effet des conditions de culture sur la cristallisation de la struvite par Myxococcus xanthus . Les expériences ont permis d’observer que l’importance de la struvite produite par Myxococcus xanthus et les valeurs des paramètres de culture tels que le pH, le phosphore total, l’azote total Kjeldahl dépendaient du milieu de culture utilisé. La formation de struvite a commencé pendant la phase exponentielle et elle a atteint sa concentration maximale au début de la phase de croissance stationnaire. Chaque composant du milieu ajouté à la culture liquide a affecté la quantité de cristaux produits. La formation de cristaux de struvite n’a pas été influencée par l’augmentation du pH pendant la période de culture mais pendant la phase de croissance bactérienne, stade auquel chaque composant du milieu a été ajouté.
En 1995, l’induction de la cristallisation de struvite par des cellules tuées de Myxococcus xanthus a été étudiée . Les cellules ont été tuées par lumière UV, chaleur et sonication et les cellules tuées par les trois modes ont été utilisées pour l’étude séparément. Dans les trois cas, la cristallisation de struvite a été induite. A partir de ces expériences, il a été proposé que les débris cellulaires ou les cellules mortes puissent agir comme des noyaux de cristallisation hétérogènes et que la grande quantité de slime, produite par les bactéries, ne joue aucun rôle dans le processus de cristallisation. Omar et al. ont également rapporté la croissance de cristaux de struvite en présence de deux espèces bactériennes, à savoir M. Xanthus et Myxoccocus coralloids. Les deux espèces bactériennes provenant de cultures de 48 heures ou plus ont montré des déformations globulaires qui ont été étudiées par microscopie électronique à transmission et la présence de petites formes cristallines de struvite a été confirmée. Cependant, les cristaux de struvite ont été détruits par le contact du faisceau d’électrons.