尿石形成的发生机制涉及微生物的因素,细菌可通过多种方式影响成石过程而表现出促进或抑制作用。人体内影响泌尿系结石形成的细菌有3类:①第一类为诱发尿石形成,主要是通过分解尿素使尿液pH升高、加重尿路感染、降低尿石抑制因子的浓度、破坏尿路粘膜酸性粘多糖保护层从而促进晶体滞留。临床上许多细菌均能分解尿素,其中,变形杆菌和葡萄球菌为最常见,其次为克雷白杆菌属和假单胞菌属。尿路中产尿素酶细菌的存在是感染石形成的先决条件。形成的结石成分主要为磷酸铵镁(MgNH4PO4·6H2O)和碳酸磷灰石;②第二类是促进尿石形成的细菌,为非产尿素酶细菌(如大肠埃希菌、大肠杆菌、粪链球菌及白色念珠菌等),它们可能是作为外延结晶的晶核,并使尿液中晶体和胶体的正常平衡失调,造成尿晶体的大量析出。细菌在成石过程中可充当始动因子,具有促成核作用,细菌的代谢产物如聚多糖及粘蛋白可形成菌膜,对尿石起凝聚和支架作用,并可成为尿石核心,主要以大肠杆菌引起的尿路感染为主,尿路感染可引起尿液中微环境的变化,促使尿液中的过饱和物的沉淀,同时尿路感染引起的组织损伤,损伤面成为结晶粘附的“晶巢”,助于结晶的生长和聚集,促成的结石主要为草酸钙结石。③第三类为抑制尿石形成的细菌,这些细菌(主要为食草酸杆菌、乳酸杆菌和粪肠球菌等草酸分解菌)参与外源性草酸代谢,降低尿草酸浓度。
细菌在成石过程中可充当始动因子, 具有促成核作用。细菌的代谢产物如聚多糖及粘蛋白可形成菌膜,对尿石起凝聚和支架作用,并可成为尿石核心。临床上许多细菌均能分解尿素,其中,变形杆菌和葡萄球菌是最常见,其次为克雷白杆菌属和假单胞菌属。尿路中产尿素酶细菌的存在是感染石形成的先决条件,但非产尿素酶细菌(如大肠埃希菌、大肠杆菌、粪链球菌及白色念珠菌等)可能作为外延结晶的晶核,并使尿液中晶体和胶体的正常平衡失调,造成尿石晶体大量析出。此外,非产尿素酶细菌在感染石中的寄生,导致肾盏、肾盂粘膜上的炎症病变,增加成石物质的附着点;导致尿流动力学改变,造成尿道梗阻,加重尿路感染,如此形成恶性循环加快尿石形成。增大感染石形成的几率产尿素酶细菌通过增加尿素的水解能显著增加尿pH;一些非产尿素酶细菌亦能碱化尿液。在37℃将大肠杆菌植入尿液中发现:在细菌数目少的5个样品中,植入该菌48 h后尿pH基本保持稳定;但在细菌数目多的12个样品中,尿pH升高。可溶性磷酸盐是一种主要的尿缓冲剂,但细菌使尿液碱化后,尿磷酸铵镁和碳酸磷灰石处于相对过饱和状态,前者当尿pH>7.1,后者当尿pH>6.6,就容易析出不溶性磷酸盐结晶,从而增加感染石的危险。产尿素酶细菌分解尿素后产生的高浓度尿氨与保护尿路上皮的聚阴离子硫酸粘多糖(GAGs)具有较强的亲和力,氨离子吸附到GAGs上,使GAGs的亲水性发生改变,削弱尿路粘膜抗附着能力,使细菌易于附着,随之促进磷酸铵镁微晶粘附和滞留。依赖这种成石晶体的粘附机制和相关离子的过饱和状态,尿石得以迅速形成和生长,并逐渐向肾盏延伸,形成特征性的鹿角形结石。
殖居在肠道一定区域的微生物种群共同构成了肠道微生物菌群。其作为一个整体,影响着机体的生化、生理和免疫反应。影响肠道生态系统的主要因素包括宿主、外环境和正常微生物群。对于健康动物来说,三者之间保持着一种平衡关系。这种平衡关系对宿主和寄居微生物都有利。它既能辅助宿主进行某些生理过程,又能保持一定的寄居微生物群落组合,维持其生长与繁殖。一般情况下,动物个体能够维持肠道共生菌群比例和数量的相对平衡,以使其维持机体相关功能的正常发挥。但是在一定条件下(比如环境变化、营养贫乏或者发生疾病等),这种平衡就会遭到破坏。一旦这种平衡遭到破坏,一些病原菌就会大量增殖,并释放有害的毒性物质,使机体肠道正常菌群发生变化,影响正常功能的发挥,讲而导机体产生不良反应并导致诱发宿主疾病。益生菌(probiotics),一词源于希腊语,意思是“辅助生命”,与Antibiotics相对立。肠道中常驻的能分解草酸的细菌包括:产甲酸草酸杆菌(Oxalobacter formigenes )、乳酸杆菌(Lactobacterium )、粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、迟缓真杆菌(Eubacterium lentum)、乳双歧杆菌(dobacteriumlactis),雷氏普罗威登斯菌(Providencia rettgeri)等。由于这些细菌能利用草酸作为能源,使肠道可吸收性草酸含量减低,所以有利于预防草酸钙结石的形成。目前研究表明,除产甲酸草酸杆菌是将草酸作为唯一的碳源外,其它几种细菌只是把降解草酸的能力作为其它碳源缺乏时继续生存的一种手段。美国、印度、日本、韩国的科学家己对能够降解草酸的细菌进行了较深入的研究,我国的部分学者也进行了对该类菌的研究,但还处于初期阶段。