5 Factores que afectan a la formación de estruvita
Un experimento fue llevado a cabo por Brown TR para demostrar que las bacterias que desdoblan la urea son responsables de la formación de estruvita . Recogió muestras de orina de la pelvis renal de los riñones de seis pacientes con infección urinaria y cálculos pélvicos unilaterales. Se estimó el pH urinario y se realizaron cultivos bacterianos de cada muestra. También se examinó el carácter de desdoblamiento de la urea de cada aislado bacteriano. El riñón que contenía los cálculos se extrajo quirúrgicamente y los cálculos aislados se analizaron químicamente. Se observó que la orina del riñón no afectado era ácida y estéril, mientras que la del riñón que contenía cálculos estaba infectada por E. coli communis (un caso), Staphylococcus aureus (dos casos) y Proteus (tres casos). La orina infectada por Proteus y estafilococos era de naturaleza alcalina y contenía una mayor cantidad de proteínas y restos celulares. Ambas cepas de Staphylococcus y todas las cepas de Proteus desdoblaban la urea. Los cálculos recogidos de estos cinco especímenes estaban compuestos por carbonato-apatita y estruvita. En estos casos, las bacterias aisladas de la orina y el centro de los cálculos eran idénticos.
Por otro lado, la orina recogida del riñón infectado con E. coli communis era ácida y los cálculos obtenidos estaban compuestos por uratos y ácido úrico. Así pues, Brown concluyó que la alcalinidad y el aumento de amoníaco resultantes de la división de la urea en la orina pueden dar lugar a cálculos de estruvita y apatita de carbonato. Los resultados de Brown también fueron confirmados posteriormente por otros científicos.
Varios investigadores han demostrado experimentalmente que las bacterias productoras de ureasa son las principales (si no las únicas) implicadas en la formación de cálculos infecciosos. Los estudios in vitro realizados por Griffith et al. demostraron que la presencia tanto de urea como de ureasa es necesaria para que las bacterias formen cálculos. Los estudios realizados por Elliot et al. demostraron que los inhibidores de la ureasa pueden prevenir la formación de estruvita debido a la ureasa y la urea . También informó de que la alcalinidad inducida por la ureasa o el hidróxido de amonio conduce a la cristalización de la estruvita mientras que la alcalinidad inducida por el hidróxido de sodio conduce a la cristalización de la apatita.
Según muchos estudios, los pacientes con disfunción vesical neurogénica y/o lesión de la médula espinal parecen ser propensos al desarrollo de cálculos infecciosos . Bors et al. observaron una incidencia del 8% de cálculos renales en más de 1.000 pacientes que fueron tratados por una lesión medular y se identificó que todos los cálculos eran de estruvita. Asimismo, los pacientes sometidos a tratamiento por enfermedades benignas o malignas tienden a formar cálculos de estruvita.
Clapham et al. informaron de que, además de la capacidad de las bacterias para aumentar el pH de la orina, el otro papel bacteriano es la formación de una «biopelícula» que forma la matriz orgánica constitutiva del cálculo. Los experimentos también confirmaron que los cristales se formaban más fácilmente dentro de la biopelícula bacteriana en comparación con la orina circundante. Se propuso que la sobresaturación estaba causada en parte por un aumento del pH inducido por las bacterias y en parte por la tendencia a la fijación de metales de la biopelícula. Esto condujo a la formación del cristal dentro de la biopelícula a través de un mecanismo de crecimiento de gel.
Se realizó un experimento en cabras para estudiar el proceso de biomineralización de la estruvita en rumiantes . Se investigó la estruvita-K, un cristal raramente perceptible, en seis cabras. Se indujo la urolitiasis alimentando una dieta de paja de arroz complementada con MgO y una harina de semillas de algodón. Para estudiar la composición de los cristales se realizaron análisis químicos cualitativos y espectrometría de dispersión de energía de rayos X (EDS). Se calcularon la sobresaturación relativa (RSS) y el producto de actividad (AP) del fosfato amónico de magnesio (MAP) y del fosfato magnésico de potasio (MKP) para evaluar la diferencia en la formación de cristales. Los resultados mostraron que los cálculos estaban formados principalmente por MAP con un poco de MKP. Antes de la formación de los cálculos, los cristales urinarios estaban formados por MAP y MKP, pero después de la formación de los cálculos, los cristales urinarios estaban formados principalmente por MKP. El AP y el RSS de MAP y MKP mostraron un descenso significativo tras la formación de los cálculos. Por lo tanto, se concluyó que el MAP y el MKP pueden coexistir en los cristales urinarios antes de la formación de cálculos de estruvita, pero el MKP no precipitó en los cálculos de estruvita y se separó como sedimentación de cristales de la orina. Los cambios en la cristalización tanto de MAP como de MKP contribuyeron parcialmente al estado de sobresaturación de MAP y MKP durante la formación del cálculo de estruvita.
Se realizaron experimentos en ratones megabalder (mgb-/-) con obstrucción funcional de la vejiga urinaria para retratar el curso clínico tras la vesicostomía cutánea (CV) . Un total de 45 ratones machos mgb-/- de una edad media de 25 días fueron sometidos a CV. Treinta y cuatro ratones que sobrevivieron más de tres días después de la CV fueron evaluados mediante ultrasonografía renal y observación seriada. Los ratones moribundos fueron sacrificados y se examinaron las vejigas urinarias y los riñones mediante análisis histopatológico, y se realizaron pruebas bioquímicas de la orina. A las once semanas después de la CV, el 35% de los ratones machos mgb-/- (12 de 34) estaban moribundos con masas pélvicas, que se reconocieron como cálculos vesicales en la necropsia. El pH de la orina resultó ser alcalino y se identificaron cristales de estruvita tras el examen microscópico. Se reconocieron cocos grampositivos en las muestras de orina y los cultivos de orina eran polimicrobianos. La composición de los cálculos era principalmente de estruvita (88%-94%) junto con fosfato de calcio. En el 40% de los casos, es decir, en 2 de 5 casos, se reconoció que la sutura de polipropileno intravesical retenida era el supuesto nidus. No se encontraron cálculos en más de 100 ratones machos antes de realizar la CV ni en veinticinco casos en los que se realizó la CV con sutura de polidioxanona. Los riñones aislados del 33% de los ratones (4/12) en los que se detectaron cálculos vesicales contenían cálculos en forma de cuerno de ciervo. Los resultados histopatológicos de los ratones con cálculos de estruvita revelaron una pielitis activa, una cistitis y una pielonefritis crónica. Estos resultados indican la importancia del nidus en la litogénesis y presentan un novedoso modelo murino para la infección crónica del tracto urinario no focalizado y la urolitiasis de estruvita.
Thalji et al. estudiaron los factores que afectan a la velocidad de disolución de los cristales de fosfato amónico de magnesio (estruvita), oxalato cálcico monohidratado (COM) y fosfato cálcico (brushita), ya que la degradación enzimática de los cálculos podría proporcionar alternativas a la extracción quirúrgica o mejorar la litotricia. Los experimentos se llevaron a cabo con un pH ácido de 4,2. Los cristales de oxalato de calcio monohidratado (COM) se mezclaron con oxalato oxidasa (de Hordeum vulgare), con oxalato descarboxilasa (ODC de Bacillus subtilis) o con un control. La disolución de los cristales se controló midiendo el aumento de la concentración de iones de calcio en la solución. En el caso de los cristales de fosfato de magnesio y amonio (estruvita) y de fosfato de calcio (brushita), se comparó el grado de fosforólisis por la enzima purina nucleósido fosforilasa (PNP, forma de ensayo) con el control mediante espectrofotometría. Se observó que la adición de oxalato descarboxilasa a los cristales de oxalato de calcio monohidratado daba lugar a la formación de formiato de calcio, que era altamente soluble y aumentaba la solubilidad de los cristales de oxalato de calcio monohidratado hasta 15 veces. Al añadir la enzima catabolizadora de formiato (deshidrogenasa de formiato), la disolución se amplió hasta 47 veces en comparación con los controles. También se confirmó que la oxalato oxidasa presentaba una actividad mucho menor que la oxalato descarboxilasa en la disolución del oxalato de calcio monohidratado. En el caso de los cristales de estruvita y brushita, la enzima purina nucleósido fosforilasa mostró una buena disolución utilizando fosfato inorgánico como sustrato a una concentración cercana a la saturación. Sin embargo, la adición de más enzima nucleósido fosforilasa de purina se vio restringida debido a las restricciones de equilibrio y de detección del ensayo. Por lo tanto, se concluyó que la disolución de los cálculos utilizando enzimas es un proceso factible.
Se examinaron diecisiete cálculos urinarios de tipo estruvita y apatita carbonatada mediante técnicas de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier, microscopía electrónica de barrido y difracción de neutrones en polvo para explorar sus diferencias estructurales a nivel mesoscópico . A partir de los estudios estructurales, se observó que los cálculos de apatita carbonatada presentaban huellas bacterianas, pero no los de estruvita. Además, si un cálculo contenía tanto componentes de estruvita como de apatita carbonatada, se detectaron huellas bacterianas sólo en las partes de apatita carbonatada. Los resultados obtenidos de los experimentos de difracción de polvo de neutrones revelaron que los cálculos de estruvita eran de mayor tamaño en comparación con los de apatita carbonatada (250 ± 50 v/s 50 nm). A partir de los experimentos, se concluyó que las huellas bacterianas aparecen fácilmente en las piedras de menor tamaño como la apatita carbonatada que en las piedras de mayor tamaño, como la estruvita.
El efecto del pH en la cristalización de la estruvita fue estudiado por Pérez-García et al. La precipitación de estruvita por parte de las bacterias se llevó a cabo en el rango de pH de 5 a 9. La cristalización tuvo lugar en todas las condiciones de pH, sin embargo, los mejores resultados se obtuvieron en el rango de pH de 7 a 8,4. Por lo tanto, se concluyó que el pH alcalino era adecuado para la formación de estruvita.
En el año 2000, se realizaron estudios para comprender el efecto de las condiciones de cultivo en la cristalización de estruvita por Myxococcus xanthus . En los experimentos se observó que la cantidad de estruvita producida por Myxococcus xanthus y los valores de los parámetros de cultivo, como el pH, el fósforo total y el nitrógeno total Kjeldahl, dependían del medio de cultivo utilizado. Durante la fase exponencial se inició la formación de estruvita, que alcanzó su máxima concentración al inicio de la fase estacionaria de crecimiento. Cada componente del medio añadido al cultivo líquido afectó a la cantidad de cristales producidos. La formación de cristales de estruvita no se vio influenciada por el aumento del pH durante el periodo de cultivo, sino durante la fase de crecimiento bacteriano, momento en el que se añadió cada componente del medio.
En 1995, se estudió la inducción de la cristalización de estruvita mediante células muertas de Myxococcus xanthus . Las células se mataron mediante luz ultravioleta, calor y sonicación y las células matadas por los tres modos se utilizaron para el estudio por separado. En los tres casos, se indujo la cristalización de estruvita. A partir de estos experimentos, se propuso que los restos celulares o las células muertas podrían actuar como núcleos de cristalización heterogéneos y que la gran cantidad de limo, producido por las bacterias, no juega ningún papel en el proceso de cristalización. Omar et al. también informaron del crecimiento de cristales de estruvita en presencia de dos especies bacterianas, M. Xanthus y Myxoccocus coralloids . Las dos especies bacterianas procedentes de cultivos de 48 h o más mostraron algunas deformaciones globulares que se estudiaron más a fondo mediante microscopía electrónica de transmisión y se confirmó la presencia de pequeñas formas cristalinas de estruvita. Sin embargo, los cristales de estruvita fueron destruidos por el contacto del haz de electrones.