Scopri Tutto sui Calcoli Renali: Analisi Dettagliata della Composizione e Diagnosi Precisa

I calcoli renali, o nefroliti, sono ammassi piccoli e duri che si formano all’interno dei reni. I reni fanno parte del tratto urinario, il quale comprende anche gli ureteri, la vescica e l’uretra. I reni filtrano le sostanze di scarto dal sangue e producono l’urina, la quale viene trasportata fino alla vescica tramite due condotti (uno destro ed uno sinistro) chiamati ureteri. L’urina viene quindi eliminata dalla vescica tramite l’uretra.

I calcoli, che si formano nei reni, possono creare problemi sia se crescono tanto da ostruire il normale deflusso dell’urina, sia se si rompono e si muovono lungo tutto l’apparato urinario. Possono infatti creare ostruzioni o stiramenti, irritazioni e possono danneggiare le pareti degli ureteri. Se crescono tanto da ostruire il normale deflusso dell’urina o si rompono e si muovono lungo tutto l’apparato urinario, possono determinare dolore molto forte continuo o intermittente.

Esame Calcolo Renale, è un test diagnostico fondamentale nell'ambito delle analisi di laboratorio, essenziale per valutare specifici aspetti della salute. Calcolo renale cos'è? I calcoli renali sono formazioni cristalline piccole e dure che si creano all’interno dei reni; determinarne la composizione serve a identificare la causa della loro formazione ed eventualmente a prevenirla.

Molti calcoli renali riescono a fuoriuscire spontaneamente con le urine, ma talvolta le dimensioni elevate o la forma irregolare ne determinano l’impossibilità di espulsione. Talvolta i calcoli, infatti, sono talmente grossi da non riuscire a passare dai reni agli ureteri, altre volte sono di minori dimensioni, passano negli ureteri ma non riescono a percorrerli; in queste situazioni sono necessarie idonee terapie. I calcoli possono essere rimossi chirurgicamente, di solito tramite dei dispositivi in grado di risalire attraverso l’uretra e la vescica lungo gli ureteri, fino a raggiungere la sede in cui sono presenti. Talvolta invece è possibile utilizzare una metodica meno invasiva che consiste in una sorta di bombardamento dei calcoli tramite ultrasuoni (litotripsia) che ne causa la frammentazione.

La formazione di calcoli nelle vie urinarie deriva dall'alterarsi di un delicato equilibrio tra necessit del rene di conservare acqua attraverso l'eliminazione di urine concentrate, l'eliminazione di questi sali nelle urine in quantit troppo elevate per restare disciolte senza la tendenza a formare cristalli (soluzione soprasatura), la presenza di condizioni o di sostanze che inibiscono la cristallizzazione dei sali di calcio o che legano il calcio in complessi solubili (es. il pH delle urine, il citrato, alcune glicoproteine).

Le cause della formazione dei calcoli renali possono essere molteplici, ma nella maggior parte dei casi si formano per la precipitazione e formazione di cristalli di specifiche sostanze chimiche presenti nelle urine in concentrazioni troppo elevate. Questo può essere dovuto all’eccessiva produzione ed escrezione di queste sostanze o alla scarsa idratazione, con formazione di urine eccessivamente concentrate. I calcoli, sulla base della loro composizione e localizzazione, possono essere rotondi, affilati e appuntiti o di forma irregolare (detti “a stampo”). Le dimensioni possono variare tra quelle di un granello di sabbia e di una palla da golf, e oltre. La composizione dipende dalla sostanza chimica in eccesso che ne ha causato la formazione.

Prevalenza e Sintomi della Calcolosi Renale

La calcolosi renale è una patologia piuttosto frequente. Secondo alcuni studi in Italia la prevalenza è intorno al 10%, con picchi di età intorno ai 55-60 anni e rischio di recidive piuttosto elevato (50%). Sintomi associabili alla calcolosi renale sono: forti dolori alla schiena che possono arrivare fino all’inguine, nausea e vomito, dolore addominale, sangue nelle urine o urine torbide, frequente necessità di urinare, febbre.

Raccolta e Analisi dei Calcoli Renali

Il clinico o il laboratorio di solito forniscono al paziente con sintomi indicativi di calcolosi renale un contenitore sterile ed una garza a maglie fini con la quale filtrare le urine. Questa procedura è necessaria poiché non è possibile sapere quando i calcoli verranno eliminati. Il paziente deve quindi esaminare la garza alla ricerca di qualsiasi granello venga trattenuto, tenendo presente che i calcoli possono essere facilmente visibili, ma anche avere le dimensioni di un granello di sabbia. Nel caso in cui venga trovato un calcolo, questo deve essere messo in un contenitore sterile e asciutto e portato al laboratorio che effettuerà l’analisi.

L’analisi dei calcoli renali viene effettuata in seguito alla loro espulsione spontanea o rimozione dall’apparato urinario, per determinarne la composizione chimica. Il laboratorio ne analizza in primo luogo le caratteristiche fisiche: dimensioni, forma, peso, colore e struttura. Spesso viene anche archiviata una foto del calcolo per annotarne meglio forma e aspetto. Il calcolo può quindi essere frammentato in modo da osservarne le eventuali stratificazioni. Per determinare la composizione del calcolo vengono effettuati uno o più test.

I segni e sintomi associati con la calcolosi renale possono indurre il clinico a ricercare i calcoli sia nelle urine che all’interno dell’apparato urinario, tramite metodiche di diagnostica per immagini. Nel caso di calcolosi renale ricorrente, deve essere analizzato solo il primo calcolo.

Insieme all’analisi del calcolo renale possono essere richieste anche l’analisi del sangue e delle urine (compresa la raccolta delle 24 ore), in modo da verificare la presenza di eventuali sostanze in eccesso che possono aver determinato la formazione del calcolo, oltre che per valutare lo stato di salute complessivo del paziente. Le analisi del sangue e delle urine possono fornire informazioni molto utili riguardanti lo stato di salute del paziente, ma non sono in grado di fornire indicazioni riguardo la composizione del calcolo.

La tomografia computerizzata (CT) è l’esame di diagnostica per immagini più comunemente utilizzato per individuare i calcoli renali. La TC dell’addome e delle pelvi combina una serie di immagini a raggi X per fornire un’immagine 3D dell’apparato urinario. L’ecografia addominale è un’altra metodica di diagnostica per immagini utile per rilevare la presenza di calcoli nell’apparato urinario. L’ecografia offre il vantaggio di non richiedere l’utilizzo di radiazioni; tuttavia, risulta meno affidabile rispetto alla TC nel fornire immagini dei calcoli e determinarne la localizzazione.

Di solito i calcoli vengono analizzati tramite spettroscopia infrarossa e rifrattometria a raggi X.

L'Approccio del Laboratorio Specializzato nello Studio della Calcolosi Renale

La patogenesi della calcolosi renale è correlata alla presenza di anomalie chimico-fisiche nell’ambiente urinario. Tali anomalie possono essere evidenziate e studiate attraverso indagini biochimiche specifiche, spesso non ricomprese tra le usuali attività di un laboratorio analisi ospedaliero.

Le attività del laboratorio per lo studio della calcolosi comprendono la valutazione dello stato di saturazione delle urine rispetto ai sali litogeni (propensione alla calcolosi), l’individuazione e l’analisi dei precursori e degli inibitori della cristallizzazione, l’indagine biochimica per l’individuazione di patologie, anche genetiche, correlate alla calcolosi, il monitoraggio del turnover osseo, l’analisi del calcolo renale.

Nel corso degli anni, nell’approccio medico alla calcolosi renale, è aumentata sempre più l’esigenza di analisi approfondite e specialistiche che necessitano l’utilizzo di tecniche versatili, quali la cromatografia liquida (HPLC), la gas cromatografia o la cromatografia liquida accoppiate alla spettrometria di massa (GC-LC/MS)o la spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR), adattabili all’analisi di sostanze appartenenti alle classi più svariate e presenti in varie matrici biologiche.

Dinamica di Formazione e Dissoluzione dei Cristalli di Ossalato di Calcio

Allo scopo di razionalizzare la dinamica di formazione e di accrescimento dei calcoli renali è possibile usare come modello i meccanismi chimico-fisici che coinvolgono la calcolosi ossalo-calcica.

Per comprendere i meccanismi di formazione, accrescimento e dissoluzione del cristallo di ossalato di calcio, occorre premettere che qualsiasi sale presente come corpo di fondo in una soluzione acquosa satura mantiene una sua velocità di dissoluzione pressoché indipendente da fattori diversi dalla temperatura e dal grado di agitazione della soluzione. La diffusione delle particelle è un fenomeno centrale nella dinamica di accrescimento del cristallo ed è significativamente influenzata da temperatura e agitazione del mezzo.

Calcolo della Saturazione Urinaria

Sono state sviluppate diverse procedure in grado di stimare le concentrazioni libere di Ox e Ca urinari al fine di poter rapportare il loro prodotto ionico al prodotto di solubilità del COM (KspCaOx) misurandone così il grado di saturazione.

Tutti gli elettroliti urinari in grado di diminuire le concentrazioni di Ca e Ox liberi contribuiscono ad abbassare la saturazione rispetto a COM. I complessanti del calcio quali citrato, tartrato, il fosfato o altri polianioni ne diminuiscono la frazione libera. Allo stesso modo, ad esempio, l’ossalato libero diminuisce al diminuire del pH e all’aumentare del Mg, con cui forma un complesso solubile.

I vari sistemi di calcolo utilizzati indicano che normalmente l’urina è soprasatura rispetto al COM (ßCaOx= 1-15). Ciò equivale a dire che le urine riescono a mantenere in soluzione più calcio e più ossalato di quanto consentito termodinamicamente. Inoltre, a livello sperimentale si osserva che, maggiore è il valore della soprasaturazione, maggiore è la propensione alla cristallizzazione e alla formazione di calcoli di ossalato di calcio.

Il sistema di calcolo da noi messo a punto (Lithorisk®), finalizzato alla stima di [Ca]free e [Ox]free necessarie per il calcolo della ßCaOx, prevede l’analisi di 11 parametri biochimici (calcio, magnesio, sodio, potassio, ammonio, pH, cloruro, citrato, ossalato, fosfato, solfato). Il valore di saturazione calcolato rappresenta una grandezza indicativa, malgrado ciò trova una sua utilità clinica. L’imprecisione della stima di ßCaOx è determinata dalla combinazione dell’imprecisione tipicamente accettabile per i metodi analitici utilizzati.

Fattori di Inibizione della Cinetica di Precipitazione

Normalmente le urine sono soprasature rispetto a COM e ciò non appare compatibile con la solubilità del COM. Il grado di saturazione è calcolato sulla base di una trattazione termodinamica per sistemi all’equilibrio, ma in realtà l’ambiente urinario non è un sistema all’equilibrio.

Nell’ambiente urinario il microcristallo in formazione è affine (superficie e spigoli carichi) ad una serie di sostanze (inibitori) che, adsorbite sulla sua superficie, lo “isolano” dall’ambiente circostante, lo “avvelenano” e ne rallentano l’aggregazione e l’accrescimento per un tempo sufficiente a consentirne l’eliminazione.

Molte sostanze presenti nelle urine, sia endogene che esogene, sono considerate inibitori cinetici della cristallizzazione, tra queste: gli acidi policarbossilici e derivati fosforilati, alcune glicoproteine, flavonoidi e polifenoli. In vivo, l’importanza degli inibitori della cristallizzazione si osserva, ad esempio, nell’ipocitraturia che è causa di un’aumentato rischio di calcolosi ossalocalcica e fosfocalcica. Non è errato, pertanto, affermare che la formazione di calcoli di ossalato di calcio è causata da anomalie chimico-fisiche dell’ambiente urinario. In definitiva, in condizioni normali, il “sistema urine” dei mammiferi è in grado di eliminare molto più ossalato e calcio di quanto sarebbe possibile in semplice acqua.

Gestione del Campione Urinario nel Laboratorio della Calcolosi Renale

In sede di prima valutazione nefrologica viene richiesta una serie di esami di screening sull’urina delle 24 ore ed eventualmente su quella delle 2h (seconde urine del mattino). Viene inoltre richiesta l’analisi del calcolo renale se questo è già stato espulso o estratto.

L’analisi del calcolo è fondamentale nell’indirizzo di ulteriori indagini. Se la richiesta comprende gli esami necessari il referto includerà il calcolo della saturazione rispetto alle principali specie litogene. Il nefrologo valuta l’esito dello screening e procede ad eventuali ulteriori approfondimenti o alla indicazione terapeutica. Per esempio in caso di calcolo di cistina e positività al test di Brand, si procederà con la determinazione quantitativa della cistina. Se invece dallo screening emerge una condizione di iperossaluria sarà necessario valutare se si tratta di una iperossaluria primitiva (PH) o secondaria, eseguendo lo screening per i marcatori biochimici dell’iperossaluria primitiva (acidi glicolico per la PH1, L-glicerico per la PH2, 4-idrossi-2-ossoglutarico e 4-idrossiglutammico per la PH3).

Quando la raccolta urinaria viene consegnata, Il campione viene accettato sul sistema informatico, aliquotato nelle provette per le relative analisi ed inviato ai settori di competenza (Biochimica Clinica e Calcolosi renale). Una volta completate le analisi gli esiti convogliano su un unico referto, diviso in opportune sezioni.

La corretta raccolta del campione è una fase fondamentale per l’esecuzione di analisi accurate. Il nostro centro adotta un protocollo d’indagine consolidato in grado di determinare i parametri necessari a stimare la saturazione urinaria. La raccolta delle 24 ore è sempre preferibile. Nei casi in cui non sia possibile effettuare la raccolta o per i pazienti pediatrici si possono utlizzare le seconde urine del mattino. Il paziente, al momento della prenotazione, riceve istruzioni dettagliate sulla raccolta dell’urina e sull’uso dei conservanti (Clorexidina Gluconato 20% o Hibitane, 2 mL; HCI 37%, 10 mL).

I conservanti sono necessari al fine di inibire la proliferazione batterica e di evitare la degradazione degli analiti.

L’acidificazione dell’urina consente: l’inibizione della precipitazione dell’ossalato e del fosfato di calcio in urine a pH>7; la stabilizzazione dell’acido ascorbico che, a pH>7, si converte spontaneamente in ossalato, causandone una sovrastima.

La conoscenza della stabilità degli analiti è un fattore particolarmente importante, specie quando sia necessario posticipare l’esecuzione dell’analisi. Il campione è stabile se mantenuto in condizioni ambientali predeterminate e in presenza dei conservanti più appropriati.

Tecniche di Analisi dei Calcoli Urinari

Esistono diversi metodi per l’analisi dei calcoli:

analisi chimica: utile per identificare i tipi più comuni di calcoli ma meno accurata della spettroscopia a infrarossi;
diffrazione ai raggi X: presenta delle limitazioni dovute all’utilizzo di raggi X;
spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FT-IR): permette di identificare i legami molecolari quindi ed è di un metodo estremamente accurato.

Nelle “Guidelines on urolithiasis” dell’European Association of Urology viene suggerito l’utilizzo della spettroscopia a infrarosso o la diffrazione a raggi X per l’analisi della composizione dei calcoli.

La principale difficoltà nella diffusione nei laboratori per entrambe queste metodiche è legata alla necessità di uno strumento dedicato e alla complessità dell’interpretazione dei risultati, per la quale è richiesta la presenza di personale qualificato con adeguate competenze. La diffrazione a raggi X è la metodica di elezione per l’analisi delle fasi cristalline, ma la spettroscopia FT-IR presenta degli indubbi vantaggi quali una fase preanalitica più semplice e veloce e la possibilità di determinare non solo le componenti cristalline ma anche le componenti amorfe.

Spettroscopia Infrarossa in Trasformata di Fourier (FT-IR)

Gli spettri di assorbimento in infrarosso sono di vibrazione e rotazione perché le radiazioni infrarosse convogliano quantità di energia capaci di provocare nelle molecole moti di vibrazione degli atomi o moti di rotazione di un atomo o di un gruppo di atomi intorno all’asse che lo lega ad un altro atomo.

I vari gruppi funzionali della molecola in esame assorbono a frequenze ben precise e la rilevazione di un segnale all’interno dello spettro di un composto indicherà la presenza di un particolare gruppo funzionale. Per questo motivo le frequenze vibrazionali sono una impronta digitale dei composti. Vengono caratterizzati composti organici e inorganici presenti nei calcoli urinari e l’intensità della banda è proporzionale alla concentrazione del composto presente.

La libreria è composta di circa 1 668 spettri e permette di analizzare i campioni con una elevata accuratezza che può variare a seconda della miscela di componenti.

Poiché l’analisi FT-IR viene solitamente eseguita su un campione polverizzato dell’intero calcolo, non viene fornita alcuna indicazione sulla rispettiva collocazione nella struttura del materiale sottoposto ad analisi (nucleo o strati periferici). Qualora si debbano processare calcoli di dimensioni medio-grandi, molto rari, si procede ad un doppio lettura per poter verificare la composizione minerale presente nel nucleo e nelle zone periferiche.

Modalità Operative del Laboratorio

Al Laboratorio giungono campioni provenienti da pazienti ricoverati e ambulatoriali afferenti agli ospedali del bacino cittadino e da ospedali e laboratori di una vasta area. I campioni inviati possono essere costituiti da frammenti o da calcoli formati. Il personale tecnico provvede alla registrazione di parametri fisici quali aspetto, colore, superficie, forma e all’esecuzione dell’analisi in FT-IR.

Risultati e Morfologia dei Calcoli

La morfologia dei calcoli è determinata da una serie di fattori, come la dimensione e la forma dei cristalli costitutivi, la cinetica della crescita e la posizione delle prime fasi della formazione all’interno del tratto urinario. Ad esempio, l’acido urico e la struvite (fosfato idrato di ammonio e magnesio), che formano grandi cristalli e aggregati nelle urine, portano alla formazione di calcoli a crescita rapida e con scarsa organizzazione. Al contrario, i calcoli di ossalato di calcio monoidrato (COM), costituiti da cristalli molto piccoli, presentano una struttura densa e organizzata.

Esperienza del Laboratorio

Nel Laboratorio vengono analizzati mediamente 1500 calcoli/anno, per un totale di 9265 nel periodo compreso tra il 2016 e il 2021.

I calcoli di ossalato di calcio (CaOx) possono essere di due tipi, a seconda della loro forma cristallina predominante: COM o ossalato di calcio diidrato (COD). Nella nostra esperienza, i calcoli COM puri, ossia costituiti esclusivamente da ossalato di calcio monoidrato, rappresentano circa il 46% del totale, mentre i calcoli COD rappresentano circa il 9%. Il fattore patogeno comune dei calcoli di questo tipo è un’elevata concentrazione di ioni ossalato nelle urine senza un concomitante aumento del calcio urinario.

Composizione	Percentuale (%)
Ossalato di calcio	61,7
Acido urico	14,5
Calcolo misto: 50% ossalato di calcio e 50% acido urico	1,1
Carbonato apatite fosfato (Dahlite)	10,3
Uratod’ammonio	0,15
Brushite	0,58
Struvite	0,76
Cistina	1,1
Calcoli infiammatori misti (Dahlite o Struvite>30%)	8,5
Altre composizioni	1,3

I calcoli COM comuni “idiopatici” sono tipicamente sferici, con superficie liscia di colore bruno scuro. Tre sono le condizioni che possono essere coinvolte nella concentrazione intermittente e moderatamente eccessiva di ossalato: la causa più comune è un basso apporto di acqua con conseguente bassa diuresi; un elevato consumo di cibi ricchi di ossalato come il cioccolato fondente, barbabietole, spinaci, rabarbaro, acetosella, carambola oppure consumo eccessivo di cibi ricchi di idrossiprolina, che inducono una sintesi metabolica di ossalato da parte del fegato; un basso apporto di calcio, con conseguente aumento dell’assorbimento degli ioni ossalato da parte dell’intestino.

Lo studio della composizione dei calcoli riveste un ruolo di rilievo nella diagnosi precoce di alterazioni metaboliche quali l’iperossaluria primitiva (PH). L’iperossaluria primitiva è una malattia genetica rara caratterizzata da un’elevata produzione endogena ed eccessiva escrezione urinaria di ossalato, con conseguente sviluppo di nefrolitiasi (calcoli renali) ossalo-calcica, nefrocalcinosi (deposito di calcio nei reni) e, nei casi più gravi, insufficienza renale cronica e ossalosi sistemica.

Calcoli aventi il calcio fosfato (CaP) come componente principale (contenenti almeno il 50% di CaP), rappresentano nella nostra esperienza il 10,3% dell’intera popolazione analizzata. I calcoli di CaP sono un gruppo molto eterogeneo a causa della loro molteplicità di forme cristalline. Sono fattori litogenici comuni, un pH >6 e l’ipercalciuria: combinazioni diverse dei due parametri danno origine a variegate composizioni chimiche, caratterizzate inoltre da fasi cristalline e morfologie molto diverse.

Le fasi cristalline più comuni trovate nel CaP sono carbapatite (apatite carbonata, spesso impropriamente chiamata apatite, dahlite), brushite (fosfato bicalcico diidrato) e struvite (magnesio ammonio fosfato), presenti rispettivamente come componenti principali nel 88%, 5% e 7% di calcoli.