Chemische Zusammensetzung von Harnsteinen

Bei gesunden Menschen finden sich im Urin keine Harnsteine.

Harnsteine sind unlösliche Bestandteile des Urins unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung. Die Bildung unlöslicher Formationen erfolgt nach dem Schema: übersättigte Lösung (nichtkristalline Form) → Bildung kleiner Kristalle (Keimbildungsprozess) → Bildung großer Kristalle und sogar ihrer Aggregate (Kristallwachstum und deren Konglomeration).

Die Bildung kleiner Kristalle wird durch die sogenannte epitaktische Induktion erleichtert, die auf der Ähnlichkeit der Form der Komponenten der kristallisierten Lösung beruht, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung. Beispielsweise fördern Kristalle von Harnsäure, Calciumoxalat und Phosphat, die eine ähnliche Form aufweisen, den Prozess der Steinbildung, wenn sie miteinander interagieren. Neben Verbindungen, die den Prozess der Kristallbildung fördern (Promotoren), gibt es Substanzen, die diesen Prozess behindern (Inhibitoren). Dazu gehören Pyrophosphate, ATP, Citrat, Glykosaminoglykane (insbesondere Heparin, Hyaluronsäure und Dermatansulfat).

Bei der Untersuchung von Harnsteinen wird zunächst die Größe, dann die Farbe, die Oberflächenbeschaffenheit, die Härte und die Art des Querschnitts erfasst. Folgende Steinarten werden am häufigsten identifiziert:

• Oxalatsteine (aus Calciumoxalat) machen bis zu 75 % der durch Calciumsalze gebildeten Steine aus. Sie sind entweder klein und glatt oder groß (bis zu mehreren Zentimetern) und haben eine große warzige Oberfläche. Im letzteren Fall haben sie eine komplexe chemische Zusammensetzung, wobei Oxalate nur die Oberflächenschichten bilden. Im Vergleich zu anderen Steinen sind sie am härtesten. Die häufigste Ursache für Oxalatsteine ist eine erhöhte Calciumausscheidung im Urin, die auf eine erhöhte Calciumresorption im Darm, eine beeinträchtigte Filtration und Resorption in den Nieren oder einen unerkannten Hyperparathyreoidismus zurückzuführen sein kann. In diesen Fällen schafft vor dem Hintergrund einer Hyperkalziurie eine erhöhte Aufnahme von Oxalaten mit der Nahrung zusätzliche günstige Bedingungen für die Steinbildung. Eine erhöhte Menge an Oxalaten im Körper kann sich bei einer Überdosis Vitamin C (mehr als 3–4 g/Tag) bilden. Calciumoxalatkristalle können sich auch bei Patienten mit Gicht bilden (induziert durch Natriumuratkristalle). Eine übermäßige Bildung von Oxalaten im Körper aufgrund eines angeborenen Mangels an Enzymen, die die Desaminierung von Glycin katalysieren und somit zu einer Erhöhung des Oxalatgehalts im Blut führen, wird äußerst selten beobachtet.
• Uratsteine (aus Harnsäuresalzen und Harnsäure) machen bis zu 10 % aller Urolithiasis-Fälle aus. Ihre Größe und Form sind sehr unterschiedlich. Blasensteine können erbsen- bis gänseeigroß sein. In der Niere können sie das gesamte Nierenbecken ausfüllen. Uratsteine haben meist eine graugelbe, gelbbraune oder rotbraune Farbe, ihre Oberfläche ist manchmal glatt, aber häufiger rau oder fein warzig. Sie sind sehr hart und schwer zu schneiden. Im Querschnitt sind kleine konzentrische Schichten unterschiedlicher Farbe sichtbar. Die Ursachen für Uratsteine sind vielfältig: übermäßige Bildung von Harnsäure im Körper, erhöhte Aufnahme von Purinen mit der Nahrung, Gicht, insbesondere in Fällen, in denen zu therapeutischen Zwecken Substanzen verschrieben werden, die die Rückresorption von Harnsäure in den Nierentubuli verhindern. Der saure pH-Wert des Urins und seine geringe Menge begünstigen die Steinbildung. Es gibt vier Arten von Harnsäure-Urolithiasis.
  • Idiopathisch: Die Patienten weisen normale Harnsäurekonzentrationen im Serum und Urin auf, haben jedoch einen dauerhaft niedrigen pH-Wert des Urins. Zu diesem Typ gehören auch Patienten mit chronischem Durchfall, Ileostomie und solche, die Medikamente erhalten, die den Urin ansäuern.
  • Hyperurikämisch bei Patienten mit Gicht, myeloproliferativen Erkrankungen und Lesch-Nyen-Syndrom. Etwa 25 % der Patienten mit Gichtsymptomen haben Harnsäuresteine, und 25 % der Patienten mit Harnsäuresteinen haben Gicht. Wenn die tägliche Harnsäureausscheidung bei einem Patienten mit Gicht 1100 mg überschreitet, beträgt die Inzidenz einer Urolithiasis 50 %. Darüber hinaus ist bei Patienten, die eine Chemotherapie gegen Neoplasien erhalten, ein Anstieg der Harnsäurekonzentration im Blut und Urin möglich.
  • Bei chronischer Dehydration. Konzentrierter, saurer Urin ist typisch für Patienten mit chronischem Durchfall, Ileostomie, entzündlichen Darmerkrankungen oder vermehrtem Schwitzen.

• Hyperurikosurie ohne Hyperurikämie, beobachtet bei Patienten, die urikosurische Medikamente (Salicylate, Thiazide, Probenecid) einnehmen oder purinreiche Nahrungsmittel (Fleisch, Sardinen) zu sich nehmen.
• Phosphatsteine (aus Calciumphosphat und Dreifachphosphat). Calciumphosphatkristalle werden selten, in etwa 5 % der Fälle, nachgewiesen. Sie können eine beträchtliche Größe erreichen, ihre Farbe ist gelblich-weiß oder grau, die Oberfläche ist rau, wie mit Sand bedeckt, die Konsistenz ist weich, recht spröde, die Schnittfläche ist kristallin. Sie bilden sich meist um einen kleinen Harnsäurestein oder Fremdkörper. Die Ursachen für ihr Auftreten sind weitgehend dieselben wie bei Harnsäuresteinen.
• Cystinsteine sind selten und treten in 1-2 % der Fälle von Urolithiasis auf. Cystinsteine können recht groß sein, ihre Farbe ist weiß oder gelblich, die Oberfläche ist glatt oder rau, die Konsistenz ist weich wie Wachs, die Schnittfläche wirkt kristallin. Cystinsteine treten bei einer angeborenen Störung der Cystinresorption in den Zellen der proximalen Tubuli der Nieren auf. Neben Cystin ist auch die Resorption von Lysin, Arginin und Ornithin beeinträchtigt. Cystin ist die am wenigsten lösliche Aminosäure von allen aufgeführten, daher geht ihr Überschuss im Urin mit der Bildung hexagonaler Kristalle einher (ein diagnostisches Zeichen für Cystinurie).
• Infektiöse (Struvit-)Steine kommen relativ häufig vor, in 15–20 % der Fälle von Urolithiasis (bei Frauen 2-mal häufiger als bei Männern). Struvitsteine bestehen hauptsächlich aus Ammonium- und Magnesiumphosphat, ihre Bildung weist auf das Vorhandensein einer zum Zeitpunkt der Untersuchung vorhandenen oder bereits bestehenden Infektion durch harnstoffabbauende Bakterien (am häufigsten Proteus, Pseudomonas, Klebsiella ) hin. Der enzymatische Abbau von Harnstoff durch Ureasen führt zu einem Anstieg der Bicarbonat- und Ammoniumkonzentration, was zu einem Anstieg des pH-Werts des Urins über 7 beiträgt. Bei einer alkalischen Reaktion wird der Urin mit Magnesium, Ammonium und Phosphaten übersättigt, was zur Bildung von Steinen führt. Struvitsteine entstehen nur bei einer alkalischen Urinreaktion (pH-Wert über 7). Ungefähr 60–90 % der Korallensteine bestehen aus Struvit. Die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Harnsteinen dient dem behandelnden Arzt als Orientierungshilfe bei der Wahl der Ernährung eines Patienten mit Urolithiasis. Eine hohe Proteinzufuhr mit der Nahrung (1–1,5 g/kg pro Tag) kann den Sulfat- und Harnsäuregehalt im Urin erhöhen. Hohe Konzentrationen von Sulfaten und Harnsäure können zur Bildung von Oxalatsteinen beitragen. Sulfate verursachen eine Azidose, die den Citratgehalt im Urin reduziert. Die Einnahme von Kalziumpräparaten, die zur Vorbeugung und Behandlung von Osteoporose empfohlen werden, kann zu Hyperkalziurie führen. Ein hoher Oxalatgehalt in der Nahrung erhöht die Calciumoxalatkristallurie. All dies muss bei der Wahl der Ernährung berücksichtigt werden, da nur eine richtige Ernährung zur Wiederherstellung des Stoffwechsels beiträgt.

Harnsäuresteine unterscheiden sich von allen anderen Harnwegssteinen dadurch, dass sie durch eine entsprechende Ernährung und die Einnahme von Therapeutika aufgelöst werden können. Ziel der Behandlung ist es, den pH-Wert des Urins zu erhöhen, sein Volumen zu vergrößern und damit die Ausscheidung von Harnsäure zu reduzieren. Bei Uraturie wird dem Patienten empfohlen, Produkte, die die Bildung von Harnsäure fördern (Gehirn, Nieren, Leber, Fleischbrühen), auszuschließen. Darüber hinaus ist der Verzehr von Fleisch, Fisch und pflanzlichen Fetten, die den pH-Wert des Urins in den sauren Bereich verschieben (bei Vorhandensein von Uraten liegt der pH-Wert des Urins bei 4,6–5,8), streng einzuschränken. Da solche Patienten eine reduzierte Menge an Citraten im Urin haben, trägt dies zur Kristallisation von Harnsäure bei. Es ist zu beachten, dass eine starke Verschiebung des pH-Werts des Urins in den basischen Bereich zur Ausfällung von Phosphatsalzen führt, die die Urate umhüllen und deren Auflösung behindern.

Bei Oxalatsteinen ist es notwendig, die Aufnahme von Lebensmitteln mit hohem Gehalt an Oxalsäuresalzen (Karotten, grüne Bohnen, Spinat, Tomaten, Süßkartoffeln, Rhabarberwurzel, Erdbeeren, Grapefruit, Orangen, Kakao, Cranberrysaft, Himbeersaft, Tee) einzuschränken. Zusätzlich zu diätetischen Einschränkungen werden Magnesiumsalze verschrieben, die Oxalate im Darm binden und deren Aufnahme begrenzen.

Bei Phosphaturie und Phosphatsteinen reagiert der Urin basisch. Um die basische Reaktion des Urins in einen sauren Zustand zu ändern, werden Ammoniumchlorid, Ammoniumcitrat, Methionin usw. verschrieben (unter Kontrolle des pH-Werts des Urins).

Bei vielen Patienten kann die Entstehung von Zystinsteinen verhindert oder sogar aufgelöst werden. Um die Zystinkonzentration zu senken, sollte täglich 3–4 Liter Flüssigkeit getrunken werden. Zusätzlich sollte der Urin alkalisiert werden, da sich Zystin in alkalischem Urin besser auflöst. Sollten sich trotz reichlicher Flüssigkeitszufuhr und alkalisierender Therapie Zystinsteine bilden oder vergrößern, sollten Medikamente verschrieben werden, die Zystin binden und löslicheres Cystein bilden (Penicillamin etc.).

Um die Bildung und das Wachstum von Struvitsteinen zu verhindern, ist eine rationale Therapie von Harnwegsinfektionen notwendig. Es ist zu beachten, dass sich Bakterien auf der Oberfläche des Steins befinden und dort auch nach Abschluss der Antibiotikatherapie und dem Verschwinden des Erregers im Urin verbleiben können. Nach Beendigung der Therapie gelangen die Bakterien erneut in den Urin und verursachen einen Rückfall der Krankheit. Patienten mit hartnäckigen Infektionsprozessen im Harntrakt werden Ureasehemmer verschrieben, die das entsprechende bakterielle Enzym blockieren, was zur Ansäuerung des Urins und zur Auflösung der Steine führt.

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