5 Factores que afectam a formação de estruvite
Uma experiência foi levada a cabo pela Brown TR para provar que as bactérias que dividem a ureia são responsáveis pela formação de estruvite . Recolheu amostras de urina pélvica renal dos rins de seis doentes com infecção urinária e cálculos pélvicos unilaterais. O pH urinário foi estimado e foram realizadas culturas bacterianas para cada espécime. Além disso, foi examinado o carácter de separação da ureia de cada isolado bacteriano. O rim contendo pedras foi removido cirurgicamente e as pedras isoladas foram analisadas quimicamente. Observou-se que a urina do rim não envolvido era ácida e estéril, enquanto que o rim contendo pedras foi infectado com E. coli communis (um caso), Staphylococcus aureus (dois casos) e Proteus (três casos). A urina infectada com Proteus e Staphylocococcus aureus era de natureza alcalina e continha uma quantidade crescente de proteínas e detritos celulares. Ambas as estirpes de Staphylococcus e todas as estirpes de Proteus dividiram a ureia. As pedras recolhidas destas cinco estirpes eram compostas por carbonato-apatite e estruvite. Nestes casos, as bactérias isoladas da urina e do centro dos cálculos eram idênticas.
Por outro lado, a urina recolhida do rim infectado com E. coli communis era ácida e os cálculos obtidos eram compostos por uratos e ácido úrico. Assim, Brown concluiu que a alcalinidade e o aumento do amoníaco resultante da divisão da ureia na urina pode levar a estruvite e pedras apatita carbonatadas. Os resultados de Brown foram também posteriormente confirmados por outros cientistas .
Estudos de investigação Severa provaram experimentalmente que as bactérias produtoras de ureia são as principais (se não a única) bactérias envolvidas na formação de pedras infecciosas . Estudos in vitro realizados por Griffith et al. demonstraram que a presença de ureia e urease é necessária para que as bactérias formem pedras. Estudos realizados por Elliot et al. provaram que os inibidores da urease podem prevenir o estruvite devido à urease e à ureia . Ele também relatou que a alcalinidade induzida pela urease ou pelo hidróxido de amónio leva à cristalização do estruvite, enquanto que a alcalinidade induzida pelo hidróxido de sódio leva à cristalização da apatite.
De acordo com muitos estudos, os doentes com disfunção vesical neurogénica e/ou lesão medular parecem ser propensos ao desenvolvimento de pedras infecciosas . Bors et al. observaram uma incidência de 8% de cálculos renais em mais de 1000 doentes que foram tratados por lesão da medula espinal e todos os cálculos foram identificados como sendo estruvite. Também, os doentes submetidos a tratamento para doenças benignas ou malignas tendem a formar cálculos de estruvite .
Clapham et al. relataram que para além da capacidade das bactérias para aumentar o pH da urina, o outro papel bacteriano é a formação de um ‘biofilme’ que forma a matriz orgânica constituinte do cálculo. Foi também confirmado a partir das experiências que os cristais se formavam mais facilmente dentro do biofilme bacteriano, em comparação com a urina circundante. Foi proposto que a supersaturação foi em parte causada por um aumento do pH induzido pelas bactérias e em parte devido à tendência de ligação do biofilme ao metal. Isto levou à formação do cristal dentro do biofilme através de um mecanismo de crescimento em gel.
Foi realizada uma experiência em cabras para estudar o processo de biomineralização do estruvite em ruminantes . Struvite-K, um cristal raramente perceptível, foi investigado em seis cabras. A urolitíase foi induzida através da alimentação com palha de arroz complementada com MgO e uma refeição de semente de algodão. A análise qualitativa química e a espectrometria dispersiva de energia de raios X (EDS) foram implementadas para estudar a composição dos cristais. A supersaturação relativa (RSS) e o produto de actividade (AP) de fosfato de amónio de magnésio (MAP) e fosfato de magnésio de potássio (MKP) foram calculados para avaliar a diferença na formação de cristais. Os resultados mostraram que os cálculos consistiram principalmente em MAP com um pouco de MKP. Antes da formação de cálculos, os cristais urinários consistiam em MAP e MKP mas depois da formação de cálculos, os cristais urinários consistiam principalmente em MKP. A AP e RSS da MAP e MKP mostraram um declínio significativo após a formação de cálculos. Assim, concluiu-se que a MAP e o MKP podem coexistir em cristais urinários antes da formação de cálculos de estruvite, mas o MKP não se precipitou em cálculos de estruvite e separou-se como sedimentação de cristal de urina. As alterações na cristalização tanto da MAP como do MKP contribuíram parcialmente para o estado de supersaturação da MAP e do MKP durante a formação da pedra de estruvite.
Experimentos em ratos megabladder (mgb-/-) com obstrução urinária funcional foram efectuados para retratar o curso clínico após a vesicostomia cutânea (CV) . Um total de 45 mgb-/- ratos masculinos de uma idade média de 25 dias foram submetidos a CV. Trinta e quatro ratos que sobreviveram mais de três dias após o CV foram avaliados por ultra-sonografia renal e observação em série. Os ratos moribundos foram mortos e as bexigas e rins urinários foram examinados por análise histopatológica, e foram efectuados testes bioquímicos à urina. Às onze semanas após o CV, 35% dos ratos (12 de 34) foram encontrados como moribundos com massas pélvicas, que foram reconhecidas como pedras na bexiga na necropsia. Verificou-se que o pH da urina era alcalino e os cristais de estruvite foram identificados após exame microscópico. Os cocos Gram-positivos foram reconhecidos nas amostras de urina e as culturas de urina foram polimicrobianas. A composição de pedra foi principalmente estruvite (88%-94%) juntamente com fosfato de cálcio. Em 40% dos casos, ou seja, 2 de 5 casos, a sutura de polipropileno retido intravesical foi reconhecida como o suposto nidus. Não foram encontradas pedras em mais de 100 ratos machos antes da realização de CV ou em vinte e cinco casos em que o CV foi realizado utilizando sutura de polidioxanona. Os rins isolados de 33% dos ratos (4/12) detectados com pedras na bexiga continham cálculos de staghorn. Os resultados histopatológicos dos ratos com pedras de estruvite revelaram pielite activa, cistite, e pielonefrite crónica. Estes resultados indicam a importância do nidus na litogénese e apresentam um novo modelo murino para infecção crónica do tracto urinário desfocado e urolitíase estruvite.
Thalji et al. estudaram os factores que afectam a taxa de dissolução do fosfato de amónio magnésio (struvite), oxalato de cálcio monohidratado (COM) e cristais de fosfato de cálcio (brushite) como degradação enzimática dos cálculos, podendo fornecer alternativas à remoção cirúrgica ou melhorar a litotripsia. As experiências foram realizadas a um pH ácido de 4,2. Os cristais de oxalato de cálcio mono-hidratado (COM) foram misturados com oxalato oxidase (de Hordeum vulgare), oxalato descarboxilase (ODC de Bacillus subtilis), ou controlo. A dissolução dos cristais foi monitorizada através da medição do aumento da concentração de iões de cálcio na solução. Para cristais de fosfato de amónio de magnésio (struvite) e fosfato de cálcio (brushite), o grau de fosforólise pela enzima purine nucleoside fosforilase (PNP, forma de ensaio) foi comparado com o controlo por espectrofotometria. Observou-se que a adição de decarboxilase de oxalato de cálcio aos cristais monohidratados de oxalato de cálcio resultou na formação de forma de cálcio altamente solúvel e aumentou a solubilidade dos cristais monohidratados de oxalato de cálcio para 15 vezes. Além da enzima formadora-catabolizante (formate desidrogenase), a dissolução amplificou-se para 47 vezes em comparação com os controlos. Foi também confirmado que a oxalate oxidase exibia uma actividade muito inferior à do oxalate descarboxilase em dissolução do oxalato de cálcio monohidratado. Para os cristais de estruvite e brushite, a enzima purine nucleoside fosforilase apresentou uma boa dissolução utilizando fosfato inorgânico como substrato a uma concentração próxima da saturação. Contudo, a adição de mais enzima de fosforilase de nucleosídeos puros foi restringida devido a restrições de equilíbrio e de detecção de ensaios. Assim, concluiu-se que a dissolução de pedras utilizando enzimas é um processo viável.
Seventeen cálculos urinários do tipo estruvite e carbonato apatita foram examinados pela espectroscopia de infravermelhos da transformada de Fourier, microscopia electrónica de varrimento e técnicas de difracção de neutrões em pó para explorar as suas diferenças estruturais a nível mesoscópico . A partir dos estudos estruturais, observou-se que as pedras carbonatadas apatite exibiam impressões bacterianas mas não pedras de estruvite. Além disso, se uma pedra continha componentes de apatite estruvite e carbonato, as impressões bacterianas eram detectadas apenas nas partes carbonatadas da apatite. Os resultados obtidos em experiências de difracção de neutrões em pó revelaram que as pedras estruvite eram maiores em tamanho do que as pedras apatite carbonatadas (250 ± 50 v/s 50 nm). Das experiências, concluiu-se que as impressões bacterianas aparecem facilmente em pedras com um tamanho mais pequeno como apatite carbonatada do que em pedras com o tamanho maior, como a struvite.
O efeito do pH na cristalização da struvite foi estudado por Pérez-García et al. . A precipitação de struvite por bactérias foi realizada na gama de pH de 5-9. A cristalização teve lugar em todas as condições de pH; os melhores resultados foram obtidos na gama de pH de 7 a 8,4. Assim, concluiu-se que o pH alcalino era adequado para a formação de estruvite.
No ano 2000, foram realizados estudos para compreender o efeito das condições de cultura na cristalização de estruvite por Myxococcus xanthus . Foi observado a partir das experiências que a extensão do struvite produzido por Myxococcus xanthus e os valores dos parâmetros de cultura, tais como pH, fósforo total, azoto Kjeldahl total, dependiam do meio de cultura utilizado. Durante a fase exponencial, a formação de estruvite começou e atingiu a sua concentração máxima no início da fase de crescimento estacionário. Cada componente do meio adicionado à cultura líquida afectou a quantidade de cristal produzido. A formação de cristais de estruvite não foi influenciada pelo aumento do pH durante o período de cultura, mas durante a fase de crescimento bacteriano, na qual cada componente do meio foi adicionado.
Em 1995, foi estudada a indução da cristalização de estruvite por células mortas de Myxococcus xanthus . As células foram mortas pela luz UV, calor e sonicação e as células mortas pelos três modos foram utilizadas para o estudo separadamente. Nos três casos, a cristalização de estruvite foi induzida. A partir destas experiências, foi proposto que os detritos celulares ou as células mortas pudessem actuar como núcleos de cristalização heterogéneos e a grande quantidade de lodo, produzido pelas bactérias, não desempenha qualquer papel no processo de cristalização. Omar et al. também relataram o crescimento de cristais de estruvite na presença de duas espécies bacterianas, nomeadamente, M. Xanthus e Myxoccocus coralloids . As duas espécies bacterianas de culturas de 48 h ou mais mostraram algumas deformidades globulares que foram mais estudadas por microscopia electrónica de transmissão e a presença de pequenas formas cristalinas de estruvite foi confirmada. Contudo, os cristais de estruvite foram destruídos pelo contacto do feixe de electrões.