Джасия Панг

1 Отдел по сравнителна медицина, Масачузетски технологичен институт, Кеймбридж, Масачузетс, и

2 Център за биологични ресурси, Агенция за наука, технологии и изследвания, Сингапур

Тифани М Борхесон

1 Отдел по сравнителна медицина, Масачузетски технологичен институт, Кеймбридж, Масачузетс, и

Никола МА Пари

1 Отдел по сравнителна медицина, Масачузетски технологичен институт, Кеймбридж, Масачузетс, и

Джеймс Джи Фокс

1 Отдел по сравнителна медицина, Масачузетски технологичен институт, Кеймбридж, Масачузетс, и

Резюме

Струвит, известен също като троен фосфат, е кристално вещество, съставено от магнезиев амониев фосфат (MgNH4PO4 • 6 H20) 10, което е идентифицирано за първи път през 18 век. Този минерал се консолидира в камъни в урината или камъни, както при хората, така и при животните. Други често срещани видове пикочни камъни включват калциев оксалат, калциев фосфат, пикочна киселина и цистеин. 17 Въпреки че само 2% до 3% от камъните от хора са съставени от струвит, 43 струвит камъни са важни клинично, защото могат да доведат до сепсис и бъбречна недостатъчност. 43

Както при хората, така и при животните, камъните в пикочните пътища могат да възпрепятстват изтичането на урина с последваща силна болка, хидронефроза и (евентуално) разкъсване на пикочния мехур. В допълнение, нарушаването на бъбречната функция може да доведе до метаболитни дисбаланси, като уремия, гърчове, депресия, анорексия, дехидратация, дори кома и смърт. 1,8 Тук представяме казус, описващ спонтанното представяне на струвит уролитиаза в наскоро внесена кохорта плъхове и свързани значими клинични находки.

Казус

В рамките на 48 часа след пристигането в нашето съоръжение, един плъх (плъх 1) се представя като умиращ. Преди физически преглед, плъхът развива подобно на припадъци поведение и умира, след което е подложен на пълна аутопсия с хистопатология и култура на тъкани. Два дни по-късно, втори плъх (плъх 2) е намерен мъртъв и е извършена пълна аутопсия.

При аутопсия стените на пикочния мехур и на двата плъха бяха удебелени, хиперемирани и съдържаха кървава урина. В пикочните мехури и бъбречните легенчета на плъхове 1 и 2 присъстваха многобройни камъни с променлив размер (вариращи от песъчинки до камъни с диаметър 5 mm) (фигури от 1 до 3). 3). При плъх 1 бъбреците бяха леко петнисти и двустранно уголемени (вляво, 20 × 13 mm; вдясно, 21 × 11 mm). В допълнение, голям зъбен камък (диаметър, приблизително 8 mm) беше поставен в тригонната област на пикочния мехур и прилепнал към лигавицата на пикочния мехур. Плъх 2 имаше удебелен казеозен материал в десния бъбречен таз и уретерите бяха силно разширени.

плъхове

Груба аутопсия на плъх с разширен пикочен мехур и камъни (стрелка), видими през стената на пикочния мехур.

Бъбрек (вляво) с камъни в бъбречното легенче.

Пикочен мехур с множество камъни с променлив размер (вариращи от песъчинки до 5-мм камъни) в лумена.

Впоследствие бяха извършени физически прегледи на всички останали плъхове в колонията. Шестнадесет плъха са идентифицирани като „заподозрени“, което означава, че пикочният мехур е лесно осезаем, със съмнения за удебелени стени; 2 от тях (плъхове 3 и 4) са имали хематурия. Всички 16 плъхове, заподозрени в уролитиаза, са подложени на образна диагностика. Взети са странични рентгенографии за скрининг на рентгеноконтрастни калкули на пикочните пътища и ехография на пикочния мехур и бъбреците е направена за скрининг на радиолуцентни камъни. Рентгенографията разкрива множество, кръгли, с различен размер минерализирани непрозрачности в областта на пикочния мехур при плъхове 3 и 4 (Фигура 4), а ултрасонографията показва хиперехогенни огнища със засенчване в същата област (Фигура 5). Останалите 14 плъхове не са имали значителни аномалии на пикочните пътища, нито по начин на изобразяване.

Рентгенография. В пикочния мехур присъстват множество, кръгли, с променлив размер рентгеноконтрастни маси (стрелка).

Ултрасонография. Този пикочен мехур (очертан в синьо) от засегнат плъх показва хиперехогенни огнища със засенчване (стрелка) поради наличието на луминални калкули.

След рентгенологична диагностика на уролитиаза, пълни некропсии, хистопатология, CBC, анализ на клинична химия и анализ на урината чрез цистоцентеза с култура на урина, бъбреци и тъкани на пикочния мехур бяха извършени на плъхове 3 и 4. При аутопсията пикочните мехури на тези плъхове бяха удебелени стени с хиперемични повърхности на лигавицата и осветителното тяло съдържа множество множества с различен размер камъни (вариращи от песъчинки до камъни с диаметър 2 mm). И при двете животни бъбреците бяха двустранно уголемени, с бледокафяви, петнисти, изпъкнали външни кортикални повърхности и камъни в бъбречните легенчета. В допълнение, двустранен хидроуретер присъства при плъх 4.

И при двата плъха анализът на урината показва алкално рН от 8,5, изобилие от червени кръвни клетки, левкоцити и много пръчковидни и няколко кокоидни бактерии. В допълнение, и двамата плъхове са имали трикратно фосфатни (струвит) кристали при утаяване на урината и уринарната култура разкрива силен растеж на Proteus mirabilis; същият този организъм е култивиран от камъка, бъбреците и урината на плъх 1.

CBC анализите на всички клинично засегнати плъхове (плъхове от 1 до 4) не показват значителни аномалии, с изключение на левкопения при плъхове 1. Клиничните химикали показват постоянни повишения на нивата на BUN, хиперкалиемия и изразена хиперфосфатемия. Уролити на горните и долните пикочни пътища от плъхове от 1 до 4 бяха изпратени в Центъра за уролити в Минесота (St Paul, MN); количественият анализ на състава разкрива, че всички уролити са съставени от струвит.

Хистопатологията е извършена от сертифициран от борда ветеринарен патолог. При плъх 1 стената на пикочния мехур беше инфилтрирана от лимфоплазмацитен и неутрофилен цистит с кръвоизлив, хипертрофия на гладката мускулатура на стените и епителна хиперплазия (Фигура 6). В епитела присъстваха разпръснати апоптотични и некротични клетки. Бъбречните находки се състоят от хроничен некросупуративен и улцерозен пиелит и подчертан хроничен интерстициален нефрит (Фигури 7 и и 8). 8). Наблюдавани са както свити, така и разширени тубули, някои от които съдържат неутрофили, некротични тубуларни епителни клетки или белтъчни отливки, както и интерстициално лимфоплазмацитно възпаление и фиброза. Други значими находки включват гноен простатит и разпръснати макрофаги в лумината на семенните везикули.

Хистопатология. Лигавицата (стрелка) на пикочния мехур е хиперпластична и регионално улцерирана (X), с обширни подлежащи възпалителни клетъчни инфилтрати (правоъгълник). Лента, 100 μm.

Хистопатология. Бъбречната кора има интерстициална фиброза (стрелка) и лимфоплазмацитни възпалителни клетъчни инфилтрати (правоъгълник). Тубулите варират от свити и често неясни (стрелка) до разширени и съдържащи множество луминални неутрофили (X). Лента, 50 μm.

Хистопатология. Преходният епител на бъбречното легенче е улцериран и нападнат от неутрофили (стрелка). Луменът съдържа неутрофили и некротични клетъчни остатъци (X). Лента, 50 μm.

Хистопатологичните находки в пикочния мехур и бъбреците на плъх 2 са подобни на тези при плъх 1. Освен това е имало ерозия на пикочния епител с луминални неутрофили, некротични отломки и каменисти отломки; хроничен, активен, лимфоплазмацитичен и гноен простатит; и каменен материал, отломки и неутрофили в уретрата на пениса. Епителът на уретрата също е ерозиран. За плъх 3 констатациите от пикочния мехур, бъбреците, уретера и простатната жлеза са подобни на тези при плъхове 1 и 2, с добавянето на видни гломерулни лезии, излъчващи се в кората, която е с мултифокално вдлъбнатина, характерна за хроничните инфаркти. Лезиите в пикочния мехур, бъбреците и простатната жлеза на плъх 4 са подобни на тези в плъх 3; плъх 4 също е имал лимфоплазмацитен семенен везикулит с луминални неутрофили.

Всички останали плъхове остават клинично нормални за още 8 седмици след пристигането. 14-те плъхове със съмнение за уролитиаза са били подложени на некропсия и са били подложени на анализ на урината, посявка на урина и анализ на CBC и клинична химия. Отново, най-честите и видни характеристики на клиничната химия са наличието на хиперфосфатемия, хиперкалиемия и повишено BUN. Анализът на урината разкрива, че 7 от 14 плъхове имат рН на урината от 7,5 до 8,5. WBC и RBC също присъстват при същия брой плъхове (7 от 14) в ниски до умерени количества, 5 от които имат рН на урината над 7,5. При 6 от 7-те засегнати плъхове са открити умерени до големи количества аморфни фосфатни и тройно фосфатни (струвитни) кристали. Бактериите са наблюдавани при утаяване на урина при 2 от 14 плъхове и културата на урина разкрива P. mirabilis като преобладаващ организъм при 3 от 7 субклинични плъхове. Този организъм също е култивиран от тъканите на пикочния мехур на няколко плъха, а в 2 други случая, Streptococcus spp. също беше изолиран (общо 4 от 7-те субклинични плъхове).

Тези констатации бяха предадени на търговския търговец, който незабавно извърши преглед на тяхната колония. Некропсиите на 100 плъхове от същата колония, от която произхождат нашите плъхове, дават 2 с увеличен пикочен мехур и уринарни камъни. Културите на тези пикочни мехури са отгледали P. mirabilis.

Дискусия

Струвитните камъни често са следствие от постоянни продуциращи уреаза бактериални инфекции на пикочните пътища. При физиологични условия амонякът в урината се увеличава в отговор на индуцирана киселинност. 40 При хората урината е физиологично алкална, поради което нивата на амоняк обикновено са ниски. 17 Струвитни кристали се образуват само когато има комбинация от алкални условия и увеличаване на амоняка. 6,21 Тази ситуация се случва, когато разграждащите урея бактерии в урината имат увеличени количества протеин, за да се разградят, 6,21 като например, когато има инфекции. Proteus spp. често се култивират от урина, 43 но други замесени с уреаза бактерии включват Escherichia coli, Klebsiella spp., Pseudomonas spp., Ureaplasma spp. и Staphylococcus spp. 17,23,37 В допълнение, уреазата допринася за вирулентността на Proteus spp., 14,26 като по този начин засилва тежестта на инфекциите.

Много изследвания показват, че стерилната урина съдържа незначителни количества струвит. 11,12,20,21,42 Бактериите повишават рН на урината, което води до утаяване на нормално разтворими поливалентни йони и увреждане на защитния гликозаминогликанов слой, като по този начин индуцира развитието на камъни. 2,18,23 Струвитните камъни често растат бързо и са склонни да се повтарят често 23 поради цикличния характер на инфекцията, който продължава растежа на камъка; присъствието на камъка от своя страна улеснява хроничната инфекция и притъпява ефикасността на медицинската терапия. 17

При животните спонтанните уринарни калкули са често срещани при кучета 30,38 котки, 31 и порове 36, но рядко се срещат при зайци, морски свинчета, 24 и плъхове. 8,22,28,29 Едно огнище на струвит уролитиаза е диагностицирано веднъж в колония от търговски отглеждани бременни порове. 36 Честота от 5% до 10% е регистрирана, след като колонията е била поставена на диета, която съдържа смляна жълта царевица като основен източник на протеин. Метаболизмът на органичните киселини в растителния протеин насърчава кристализацията на струвит, тъй като той произвежда алкална урина. Смесването на няколко висококачествени храни, съдържащи животински протеини, с оригиналната диета помогна за овладяване на заболяването. 36 Дали плъховете в настоящото изследване са хранени с диета, която ги предразполага към струвитни калкули, е неизвестно, но в този доклад трябва да се разгледа в етиопатогенезата на струвитни камъни.

Плъховете, подобно на хората, могат да развият струвит уролити в пикочния мехур, бъбречното легенче и уретера. 37 Съответно пиелонефрит, хидронефроза и цистит са склонни да се развиват в присъствието на камъни. 37 Уролитиаза може да се получи експериментално при много видове, включително кучета 30 и плъхове. 35,37,39,41,44 Утвърдените техники включват имплантиране на чужди тела и въвеждане на бактерии едновременно или последователно. 35,44 Мишките също бяха податливи на струвитни калкули след въвеждането на P. mirabilis в пикочния мехур чрез катетеризация. 25 В допълнение, отлагането на автоложни или хомоложни сперматозоиди в шийката на пикочния мехур на мъжки плъхове също е в състояние успешно да предизвика уролитиаза. 39 Тези изследвания потвърждават критичната роля на уреазата и нидуса в развитието на инфекция и образуването на уролити.

Други фактори за образуването на струвит уролити включват диетата и генетиката на гостоприемника. Например, за щамовете DA и ACI на плъхове е известно, че развиват спонтанна уролитиаза. 8 Анатомичните аномалии на урогениталния тракт могат да нарушат способността за изпразване на урина. 23 Плъхове с различен генетичен произход имат различна чувствителност към Ureaplasma spp. инфекция, която влияе на възпалителния отговор на бактериите в пикочния мехур и образуването на струвит. 41 Някои линии на плъхове имат висока честота на струвит уролитиаза, свързана с неоплазия 4,32 или експериментално приложение на меламин. 33

При хората и плъховете уролитите могат да бъдат свързани с наличието на ниски нива на бъбречен витамин А. Плъховете при диети с дефицит на витамин А имат намалени концентрации на гликозаминогликани в урината и цинк, които предотвратяват ензимното разграждане на инхибиторите на образуването на камъни. 16 Дефицитът на витамин А може да доведе до цистит, пиелонефрит и накрая уролитиаза при женски плъхове Sprague – Dawley. 34 В тази обстановка дефицитът причинява сквамозна метаплазия на пикочните пътища и бактериални инфекции на пикочния мехур и бъбреците 7 и в крайна сметка може да доведе до образуване на тумор. Освен това е доказано, че хранителните нива на калций, магнезий и фосфор влияят върху образуването на струвитни камъни при плъхове. 45

Уролитиазата също е свързана с травма. Борбата между мъжки мишки може да доведе до локални инфекции и запушване на уретрата, което от своя страна насърчава застояването на урина, раздуването на пикочния мехур и образуването на камъни. 46 Въпреки това обструктивна пикочно-полова болест може да се появи и при единично настанени мъжки мишки без никакви признаци на травма на пениса. 13 Често се наблюдава хиперплазия на преходния епител в отговор на механично дразнене при гризачи. 47 Увреждането на уроепитела на пикочния мехур засилва задържането на частици или кристали, като улавя мъртвите клетки и клетъчните отломки във фибриларна мрежа, съставена частично от фибрин. Задържането на кристали след това може да доведе до зародиш. 27

Лечението на струвит уролитиаза често включва хирургично отстраняване на камъните, тъй като бактериите в каменната матрица са устойчиви на антибиотична терапия 37 поради обширното производство на гликокаликс от залепващи микроколонии. 9,35 Този процес образува биофилми, които са структурна матрица на струвитни калкули. 8 Дори и при хирургично отстраняване на камъни, медицинското управление е от решаващо значение 43 и включва модификация на диетата, за да подпомогне разтварянето на уролити, премахването или контрола на инфекциите на пикочните пътища и прилагането на инхибитори на уреазата. 17,38 Въпреки че диетичните литолитични и подкисляващи урината диети за домашни животни са се доказали като много ефективни, 31,38 не съществува такъв продукт за дребни бозайници, включително морски свинчета и зайци. 24 Избягвайте лакомствата, витаминно-минералните добавки и насърчавайте консумацията на вода (за увеличаване на отделянето на урина). 38

Антимикробната терапия, предоставяна в подходящи дози, трябва да бъде избрана въз основа на чувствителността към антибиотици. Важен фактор е, че диурезата намалява концентрацията на антимикробния агент в урината и трябва да се има предвид при формулирането на дозировките. 38 Инхибиторите на уреазата, като ацетохидроксамова киселина, инхибират образуването на уролит при кучета и хора, като намаляват патогенността на бактериите, но са по-малко ефективни при разтварянето на камъните. 5,17,19 Освен това, ацетохидроксамовата киселина може да причини обратима хемолитична анемия и аномалии в метаболизма на билирубина. 17,38 Инхибиторите на уреазата до голяма степен са изпаднали в немилост поради ефикасността само на специални диети и антимикробна терапия. Тези инхибитори се използват най-ефективно за повтарящи се произвеждащи уреаза инфекции, свързани с персистиращи струвитни уролити. 38

Беше изненадващо да се диагностицира явна уролитиаза при млади плъхове (на възраст 8 седмици в настоящия доклад за случая), тъй като това състояние често отнема известно време, за да се развие. Като се има предвид кратката продължителност на пребиваването им в Масачузетския технологичен институт и острото представяне на болестта, процесът на образуване на зъбни камъни вероятно е започнал в обекта на доставчика. Описан е подобен случай, при който млад мъжки плъх Long-Evans умира в рамките на една седмица след пристигането. 29 Друг случай включва женски плъх Long-Evans, който е развил амониево-уратни калкули. 8 Колективно тези доклади предполагат предразположение на запасите от Long-Evans към развитие на уролити.

Въпреки че са безплодни, фактът, че всички засегнати плъхове произхождат от една и съща размножителна колония, предполага генетично или екологично задействащо събитие в развитието на струвитни калкули в урината. Тази хипотеза се подкрепя допълнително от идентифицирането на допълнителните 2 плъха с уринарни камъни, настанени в обекта на продавача. Тези плъхове са получили търговска диета и въпреки че само няколко плъхове са развили уролитиаза, приносът на тази диета към представянето не може да бъде изключен. Интересен въпрос е дали храненето с различна диета на плъхове Long-Evans от същия продавач би довело до промяна в PH на урината, като по този начин ще ги направи по-малко податливи на струвитни уролити. Най-важното е, че Proteus spp., Класифициран като опортюнистичен агент, не са изключени от бариерната колония на плъхове, както е при много продавачи. Нашите открития показват, че засегнатите плъхове са имали метаболитни нарушения, съчетани с бактериална инфекция, което ги е предразположило да развият струвитни калкули. По време на огнища на струвитни уринарни калкули при плъхове са необходими уринарни култури и подходяща хирургическа интервенция и антибиотична терапия. Трябва да се обърне внимание и на други фактори, като диетата и допълнителни модификации, предприети при необходимост.

Благодарности

Специални благодарности на Morgan Jamiel за нейното съдействие при диагностицирането, грижите и управлението на тази колония и на лабораторията за диагностика и хистопатология на DCM за помощта при разработването на тази серия от случаи. И накрая, но не на последно място, благодарение на Alyssa Terestre Pappa и Elaine Robbins за подготовката на този ръкопис. Изследванията, отчетени в тази публикация, са подкрепени от Службата на директора на Националните здравни институти под номера на награди T32 RR007036, R01 OD011141, P01 CA028842 и P30 ES02109 (всички за JGF).