Epidemiologie und Pathogenese der Urolithiasis

Kalziumhaltige Steine (Weddellit, Whewellit, Apatite und Brushit) sind die häufigsten Steine (70–90 % aller Steine). Das Verhältnis Männer : Frauen beträgt etwa 1,2–2:1. Für Weddellit, Whewellit und Apatit wird die durchschnittliche Rezidivrate mit 30–4 % angegeben. Darüber hinaus sind innerhalb der Whewellit- und Apatitsteine abhängig vom morphologischen Typ unterschiedliche Rezidivraten bekannt.

Die Steinfrequenz beträgt ohne Metaphylaxe 0,10–0,15 Steine/Patient/Jahr. Für Brushit ist mit einer Rezidivrate von rund 65 % zu rechnen.

Andere Risikofaktoren für das Rezidiv sind männliches Geschlecht, multiple Steine, untere Kelchsteine, frühe Erststeinepisode, familiäre Belastung und Komplikationen bei der Steinentfernung. Die metabolische Abklärung ist kein guter Prädiktor für das Rezidivrisiko nach einer ersten Steinepisode bei Kalziumsteinbildnern. In Anbetracht dieser Zusammenhänge ist es sinnvoll, spezielle Metaphylaxemaßnahmen auf rezidivierende Kalziumsteinbildner zu beschränken (Ausnahme Brushitsteine). Hier senken metaphylaktische Maßnahmen (Diät, Medikamente) die Rezidivrate definitiv auf 5–10 %.

Rund 5–15 % aller Steine sind Harnsäuresteine, in manchen Regionen wie beispielsweise in Oberfranken aber auch bis zu 25(–75) %. In der geriatrischen ist die Inzidenz höher als in der allgemeinen Population, insbesondere bei Frauen steigt die Inzidenz nach der Menopause. Bei Männern haben Harnsäuresteine eine wesentlich höhere Prävalenz als bei Frauen (bis 11:1). Es liegen nur wenige Daten zum natürlichen Verlauf der Harnsäuresteinerkrankung vor. In der Literatur werden Rezidivraten zwischen 20 % in der allgemeinen bis zu 100 % in hoch selektionierten Populationen berichtet. Eine spezielle Metaphylaxe kann die Rezidivraten auf praktisch 0 % senken.

Die Struvitsteinbildung wird durch Harnwegsinfektionen mit ureasebildenden Bakterien hervorgerufen. Struvitsteine kommen bei Frauen häufiger als bei Männern vor, ebenso bei Kindern und älteren Menschen. Struvit als Hauptbestandteil findet man bei 5–15 % aller Steine. Struvit kann rasch innerhalb einiger Wochen wachsen. Im Falle von Restfragmenten nach Steintherapie und/oder persistierenden Harnwegsinfektionen ist die Rezidivrate mit bis zu 70 % außerordentlich hoch. Struvitsteinpatienten haben ein hohes Risiko für eine Verschlechterung der Nierenfunktion. Die adäquate Metaphylaxe (d. h. komplette Steinsanierung mit Entfernung sämtlicher Fragmente, konsequente antibiotische Therapie) kann die Rezidivrate auf rund 10 % senken.

Nur maximal 1–2 % aller Harnsteine bestehen aus Zystin. Zystinsteine bilden sich bei Patienten mit Zystinurie, einem autosomal-rezessiv vererbten Defekt des Aminosäurentransports im Nierentubulus. Zystinsteine trifft man häufiger bei Frauen als bei Männern an. Die Rezidivrate ist außerordentlich hoch (bis zu 90–100 %). Da die Metaphylaxemaßnahmen nur schwer zu befolgen sind (z. B. extrem hohe Trinkmenge >3,5 l/Tag, nächtliches Trinken erforderlich, hohe Dosis Alkalizitrat) und daher nicht ausreichend akzeptiert werden, die Compliance damit gering ist, sind die Ergebnisse der Metaphylaxe beim Zystinsteinleiden deutlich schlechter als bei anderen Steinarten. Selbst bei Patienten, die sich im Wesentlichen an die Vorgaben halten, beträgt die Steinfrequenz rund 0,2/Patient/Jahr. Daher haben Zystinsteinpatienten ein deutlich höheres Risiko für eine Niereninsuffizienz als Kalziumoxalatsteinbildner.

Urin ist eine Lösung, die steinbildende Substanzen wie Kalzium, Oxalsäure, Phosphat, Harnsäure und Zystin enthält. Diese Substanzen werden auch als Promotoren bezeichnet. Für die Kristallisation muss die Lösung übersättigt sein und eine Löslichkeitsgrenze überschritten werden. Beim Überschreiten des Löslichkeitsproduktes kommt es aber nicht zwangsläufig zur Kristallisation. Erst wenn auch das Ionenaktivitätsprodukt überschritten wird, fallen Kristalle aus (homogene Nukleation). Im Bereich zwischen Löslichkeits- und Ionenaktivitätsprodukt (metastabiler Bereich) entstehen Kristalle nur bei Anwesenheit „fremder“ Substanzen (z. B. pathologisch veränderte Zellen, Makromoleküle, Proteine, Fremdkörper) (heterogene Nukleation). Letzteres ist bei der humanen Harnsteinbildung am häufigsten anzutreffen. Nur so erklärt sich, warum übersättigter Urin und Harnkristalle auch bei Gesunden nachzuweisen sind, ohne dass es je zur Harnsteinbildung kommt.

Damit aus Kristallen Harnsteine entstehen, bedarf es des Kristallwachstums und der Anlagerung weiterer Kristalle (Aggregation). Nach der sogenannten Free-particle-Theorie (Vermeulen und Lyon 1968) soll das im Nephron geschehen. Aus physikalisch-chemischen Gründen ist diese Theorie jedoch problematisch: Die Transitgeschwindigkeit eines Kristalls durch das Nephron liegt unter der Wachstumsrate der meisten Kristalle. Daher geht man heute davon aus, dass in den meisten Fällen Kristalle fixiert sein müssen (z. B. an Gewebestrukturen), damit ein Harnstein entstehen kann (Fixed-particle-Theorie nach Finlayson; Finlayson et al. 1984; Finlayson und Reid 1978).

Nach Coe et al. kennt man heute 3 Wege der Steinbildung, die für die meisten Steinarten gelten (Coe et al. 2010):

1. Überwachsen interstitieller Plaques: In der Basalmembran der Henle’schen Schleife kommt es zur Bildung apatithaltiger Plaques. Sie wandern suburothelial zur Papille. Solche Plaques wurden erstmals von Randall in den 30er-Jahren des 20. Jahrhunderts beschrieben. Als Ursache dieser Plaquebildung sind in erster Linie degenerative Prozesse anzusehen, z. B. durch oxidativen Stress. Bei Übersättigung des Urins können hier Kalziumoxalatkristalle ausfallen, sich auf die Plaques auflagern und zu Steinen heranwachsen (Abb. 1). Dieser Mechanismus ist am häufigsten bei idiopathischen Kalziumoxalatsteinleiden anzutreffen. Diese Prozesse wurden aber auch bei Patienten mit Brushitsteinen, Hyperparathyreoidismus und Dünndarmresektionen nachgewiesen.

2. Kristallablagerungen in den Tubuli: Bei starker Übersättigung des Urins mit Kalziumphosphat und pH-Verschiebungen können Apatitkristalle den Tubulus blockieren und dilatieren. Durch Schädigung der Epithelzellen und interstitieller Fibrose kommt es zu weiterer Kristallablagerung, Wachstum und Steinbildung. Dieser Weg wurde vor allem bei Patienten mit Brushitsteinen, distaler renaler tubulärer Azidose und Hyperparathyreoidismus gefunden.

3. Freie Kristallisation: Bei starker Übersättigung des Urins, wie sie bei der Zystinurie vorkommt, kann die massive Kristallbildung zur Verstopfung der Endabschnitte der Tubuli und zur direkten Steinbildung führen.

Für die Harnsäuresteinbildung liegen bislang keine klaren Erkenntnisse vor. Papillenverkalkungen spielen offenbar eine deutlich geringere Rolle als beim Kalziumoxalatsteinleiden (Strohmaier et al. 2015) häufig sind sie normal oder nur minimal kalzifiziert (Abb. 2).

Sowohl eine vermehrte Ausscheidung der Promotoren als auch eine verminderte Exkretion der Inhibitoren können die Harnsteinbildung begünstigen. Auch eine geringe Diurese und pH-Verschiebungen spielen eine Rolle:

Häufig ist die veränderte Ausscheidung der Promotoren und Inhibitoren primär, d. h. sie lässt sich nicht auf eine umschriebene Erkrankung zurückführen. Seltener kann sie jedoch sekundär durch eine Grunderkrankung verursacht sein. Meist handelt es sich dabei um Hochrisikopatienten für eine häufig rezidivierende Steinerkrankung.

Anatomische Veränderungen der Nieren und des Harntraktes gehen häufig mit einer Beeinträchtigung der Harnabflussverhältnisse einher. Sie können angeboren oder erworben sein. Für die Steinbildung prädisponierende Veränderungen sind vor allem die Markschwammniere, Kelchdivertikel, Harnleiterabgangsstenosen, Harnleiterstenosen (erworben und angeboren), Hufeisennieren, Ureterozelen und der vesikoureterale Reflux. Aber neurogene Blasenfunktionsstörungen und subvesikale Obstruktionen (z. B. Prostataobstruktion) können zur Steinbildung, vor allem im unteren Harntrakt, führen.