Análisis
y
estudio de los cálculos renales
F. GRASES FREIXEDAS*, A. CONTE VISÚS** yA. COSTA BAUZÁ**Departament de Química. Universitat de les Illes Balears. Palma de Mallorca.
**Servicio de Urología. Hospital Son Dureta. Im·alud. Palma de Mallorca.
RESUMEN:Objetivo: se comenta el
procedimien-to más apropiado
para el estudio y análisis de los
cálculos renales, su importancia
en la
determina-ción de la etiología de la enfermedad y las distintas
técnicas que se utilizan para ello.
Material
ymétodos: se realiza una breve revisión
histórica de la evolución de los métodos de análisis
de los urolitos y se comenta la importancia
de
di-cho análisis.
Resultados: se efectúa una breve descripción de
las técnicas más útiles para el estudio de los
cálcu-los renales, que incluyen la microscopia
estereoscó-pica, la espectroscopia
infrarroja,
la microscopia
electrónica de barrido, la difractometría
de rayos X
y la termogravimetría,
indicándose
el carácter
complementario
de dichas técnicas entre sí.
Conclusiones: se presenta un resumen del
proce-so a seguir en el análisis y estudio rutinario de
cálcu-los renales.
PALABRAS
CLAVE:Estudio de cálculos renales.
Proce-so analítico. Microscopia. Espectroscopia infrarroja.
Difractometría
de rayos X. Termogravimetría.
ANALYSIS
ANDSTUDYOFRENALCALCULI
ABSTRACT:Objective: the most appropriate
pro-cedure to study and analyze the renal calculi, their
importance
in determining
the etiology
of the
disease and the used techniques
in that study are
commented.
Material and methods: a short historical revision
of the evolution of the methods for the analysis of
uroliths
is performed
and the importance
of this
analysis is commented.
Results: a brief description
of the most useful
techniques for the study of renal calculi, including
stereoscopic
microscopy,
infrared
spectroscopy,
Correspondencia:
Dr. F. GRASES FREIXEDAS. Departament de Química. Universitat de les Illes Balears. Ora. de Valldemossa, km. 7,5. 07071 Palma de Mallorca (Balears).
scanning electron microscopy, X ray difractrometry
and thermogravimetry,
is carried out, indicating the
complementary
nature of these techniques
among
them.
Conclusions: a scheme of the process to follow
for the routine analysis and study of renal calculi is
presented.
KEY WORDS:Study of renal calculi. Analytical
pro-cess. Microscopy. Infrared
spectroscopy. X ray
di-fractometry.
Thermogravimetry.
Urollntegr lnvest 1997 ;2:4 77 -487.
Introducción
La conexión entre la química y la medicina y su avance paralelo ha sido un rasgo destacado desde épo-cas remotas. De hecho, cuando en el siglo XVI tiene lugar lo que se puede considerar el comienzo de la «revolución científica», y también durante bastante tiempo después, es común encontrarse con una gran mayoría de autores que combinaban la profesión de médico y químico. El inicio en el conocimiento de la composición de los cálculos renales hay que situarlo en ese contexto, alrededor del año 1800, gracias a los trabajos de Scheele (1742-1786) Y Bergman
(1734-1794), que identificaron por primera vez cálculos de ácido úrico. En esa época el análisis químico requería una cantidad apreciable de muestra y, de entre las di-ferentes muestras humanas disponibles, prácticamente sólo la orina y los cálculos renales satisfacían este re-querimiento. Por tanto, puede considerarse que el es-tudio de los cálculos renales determinó el inicio de la moderna química clínica!. Curiosamente, a pesar de este anticipado comienzo, con un avance importante en el conocimiento de la calculogénesis renal, que permitía presuponer que esta patología renal sería una de las primeras en resolverse, la realidad ha sido bien distinta, y en la actualidad sigue siendo una patología cuya etiología no está todavía claramente establecida. Esta extraña circunstancia hay que atribuirla a los fac-tores especiales que concurren en esta patología, que
478 F. Grases Freixedas et al
incluye los fenómenos de cristalización como un as-pecto fundamental a considerar, y como consecuencia, sus bases y mecanismos se alejan bastante de los es-quemas de la bioquímica y biología molecular tradi-cional, que a pesar de haber impulsado el avance del conocimiento para muchas patologías cuyos mecanis-mos son hoy bien conocidos, desde su perspectiva no ha posibilitado el establecimiento de las bases molecu-lares suficientes para abordar el problema de la calcu-logénesis y sus soluciones. Este estancamiento en el conocimiento general de la enfermedad se ha ret1eja-do, como es natural, en todos aquellos aspectos que se relacionan con la misma, como es el propio análisis de los cálculos renales. ¿De qué sirve conocer la compo-sición precisa de un cálculo renal si no se conoce có-mo y por qué se ha formado y cómo hay que tratarlo? De hecho, hasta la década de los años sesenta no se reemprende el estudio en profundidad de la etiología de los cálculos renales, por lo que hasta estas fechas la única metodología comúnmente utilizada para deter-minar su composición era el análisis químico semi-cuantitativo por vía húmeda, método tedioso e impre-ciso que conduce a muchos errores de interpretación20s y que, a pesar de ello y de los avances producidos en las últimas décadas, sigue utilizándose en muchos laborato-rios clínicos~ El auténtico avance en el conocimiento de la composición de los cálculos renales hay que atribuirlo al uso de la espectroscopia infrarroja4,69 y de la micros-copia electrónica de barrido acoplada con microanálisis de rayos X (t1uorescencia de rayos X)IOoIS. Aunque con menor trascendencia y con fines mucho más espe-cíficos, en la actualidad también se utiliza para este fin la difracción de rayos X16 y la termogravimetría17022, tal y como se discutirá a continuación.
El análisis y estudio de los cálculos urinarios es un paso esencial para el examen y tratamiento inicial del paciente aquejado de litiasis renal, ya que la composi-ción del cálculo urinario es el punto de partida para cla-sificar a cada individuo en una determinada forma clí-nica, paso indispensable para iniciar su tratamiento (tabla 1). La composición y estructura del cálculo pro-porciona además información fundamental relativa a la patogénesis de la enfermedad, incluyendo anormali-dades metabólicas, presencia de infección, posibles ar-tefactos e incluso metabolitos de ciertas drogas.
El informe enviado al médico del análisis realizado por personal especializado en la materia debería in-cluir el peso, tamaño y forma de los cálculos, los constituyentes del cálculo y su orden de deposición, la presencia de un nido y su composición, la presencia de cuerpos extraños o artefactos y la presencia e iden-tificación de componentes poco frecuentes tales como
Urol. Integr. Invest.
Tabla I. Componentes más comunes de los cálculos renales,
- Oxalato cálcico monohidrato (whewellita). Oxalato cálcico dihidrato (weddellita).
- Fosfato amónico magnésico hexahidrato (estruvita), Fosfato cálcico, forma carbonatada (carbonato apatita) y forma hidroxilada (hidroxiapatita).
- Hidrogenofosfato cálcico dihidrato (brushita). Acido úrico anhidro.
- Acido úrico dihidrato. Urato sódico. Urato amónico. Cistina.
drogas o sus metabolitos y una breve descripción etio-lógica a la luz de los datos aportados.
La necesidad de un análisis específico de los cálcu-los aumenta a medida que se progresa en el tratamien-to de las distintas formas de urolitiasis y a medida que se evidencian las relaciones entre factores que predis-ponen a esta enfermedad.
El procedimiento utilizado para el análisis y estudio del cálculo requiere una combinación apropiada de observación mediante técnicas macroscópicas y mi-croscópicas convencionales con técnicas físicas tales como espectroscopia infrarroja (indispensable), mi-croscopia electrónica de barrido con microanálisis por rayos X (opcional, aunque muy importante), y difrac-ción de rayos X y termogravimetría (opcionales y sólo de interés para algunos casos particulares). En la tabla II se indica un esquema del procedimiento general utili-zado en el laboratorio para el estudio de cálculos uri-nanos.
Tabla 11. Estudio de la composición de cálculos renales.
Composición. Componentes mayoritarios
- Se determina fundamentalmente con lupa binocular y
espectrometría infrarroja.
- La lupa binocular permite observar de forma clara la morfología externa (papilar/no papilar) y la interna (es-tructura radial/en capas/desorganizada).
- Los espectros infrarrojos permiten identificar, en una gran mayoría de ocasiones, el componente o componen-tes mayoritarios que forman el cálculo. Cuando existan dudas se puede recurrir a difracción de rayos X o termo-gravimetría.
Componentes minoritarios y estudio del posible
mecanismo de jÓrmación de un cálculo concreto
- Para ello se utiliza microscopia electrónica de barrido (SEM) con análisis por dispersión de rayos X (EDS).
Se puede determinar: • Nucleantes heterogéneos. • Etapas del desarrollo del cálculo. • Lugar de formación.
A continuación se efectuará una breve descripción de los aspectos más relevantes de las diferentes técnicas citadas, útiles para el estudio de los cálculos renales.
Estudio macroscópico
yobservación con la lupa
binocular (microscopio estereoscópico)
El paso inicial en el análisis es el estudio del cálcu-lo intacto antes de su fractura con el fin de observar cristales, material amorfo o cuerpos extraños que es-tén adheridos o incrustados en la superficie. El objeti-vo de la fractura del cálculo es hacer visible el nido, la estructura cristalina y el orden de deposición de los componentes. El verdadero nido es invisible ya que es el primer cristal o agregado de cristales que precipitan en la disolución y crece o se deposita donde eventual-mente se formará el cálculo. El corazón del cálculo es tanto una región desde la cual se observan estructuras cristalinas en forma radial o también un centro geomé-trico que está rodeado por capas concéntricas. El cora-zón puede encontrarse aproximadamente en el centro del cálculo o estar situado más cerca de un polo, tal como ocurre en los cálculos papilares. En cálculos de 100 mg o más, el corazón puede ser visible sin utilizar instrumentos que aumenten la imagen, pero para cálcu-los más pequeños se necesita un microscopio. Des-pués de la fractura del cálculo se determina el orden de deposición de los componentes, incluyendo la iden-tificación del corazón o corazones si hubiera más de uno, y la identificación de otras estructuras tanto ho-mogéneas como caracterizadas por una estructura de deposición de capas concéntricas o radiales.El corazón se forma a partir de la precipitación de cristales en la orina sobresaturada, de restos microscó-picos de la orina, de artefactos o cuerpos extraños, de drogas o metabolitos de las mismas, o de sustancias adheridas a la papila renal. El hallazgo de cualquiera de esos componentes puede dar indicios sobre la pato-génesis del cálculo; sin embargo, en una gran mayoría de casos el estudio con lupa binocular no permite identificar dichos componentes, por lo que debe recu-rrirse a la microscopia electrónica de barrido.
En el estudio de cálculos mixtos (que contienen dis-tintas fases) se debe separar cada fase para su análisis. Algunos componentes tienen una apariencia lo sufi-cientemente característica como para evitar el corres-pondiente análisis, aunque las incongruencias en la consistencia, densidad o pigmentación pueden indicar la presencia de componentes intersticiales, que van a requerir una elucidación posterior mediante otros mé-todos, tal como ya se ha señalado.
Espectroscopia infrarroja
La espectroscopia infrarroja es específica, rápida y versátil y se puede utilizar con especímenes de distintos tamaños. Utiliza un espectrómetro que expone las mo-léculas de la muestra a radiación infrarroja. En la región infrarroja del espectro electromagnético se absorbe ra-diación cuando se produce un estiramiento o balanceo de enlaces covalentes como respuesta a una excitación a determinados números de onda. La mayoría de sóli-dos orgánicos e inorgánicos tienen patrones de absor-ción que incluyen varios máximos de absorción a nú-meros de onda característicos de los grupos funcionales que constituyen la molécula. La correlación de los má-ximos de absorción específicos observados para la sus-tancia desconocida con los de los espectos de referencia permite la identificación de la muestra.
La espectroscopia infrarroja es útil para la identifi-cación tanto de sólidos cristalino como de materiales no cristalinos, incluyendo sustancias amorfas y grasas. Ello es una ventaja frente a la difracción de rayos X, que es útil principalmente para el análisis de compues-tos cristalinos. Compuestos tales como la carbona-toapatita y la hidroxiapatita pueden generar lineas dé-biles y difusas en un patrón de absorción de difracción de rayos X, pero pueden identificarse y medirse me-diante espectroscopia infrarroja.
Una aplicación particular de este método es la iden-tificación de drogas y sus metabolitos en cálculos uri-narios, que normalmente dan máximos de absorción bien resueltos. Como las drogas generalmente están parcialmente metabolizadas, para la identificación se-rán útiles los estudios analíticos, la historia de los me-dicamentos administrados al paciente y otra informa-ción farmacocinética.
La espectroscopia infrarroja también es útil para la identificación de muchos artefactos que aparecen en los cálculos. El análisis infrarrojo revelará la verdade-ra natuverdade-raleza de estos artefactos. Artefactos comunes, fácilmente identificables por espectroscopia infrarroja son el cuarzo y el caolín, que tienen ambos espectros altamente característicos.
La espectroscopia infrarroja permite distinguir per-fectamente entre un cálculo de oxalato cálcico mo-nohidrato (COM) y un cálculo de oxalato cálcico di hidrato (COD). Así, las bandas de las zonas com-prendidas alrededor de 3.500 y 750
cm-I
son clara-mente diferentes para ambos compuestos (Fig. 1). Debe tenerse en cuenta que si bien la distinción entre estos tipos de cálculos puede efectuarse con facilidad por observación visual cuando los cálculos están intactos, esta diferenciación puede entrañar másdifi-480 F. Grases Freixedas et al Urol. Integr. Invest. A B
e
""
I I~
u.J
\
1Espectro IR de un cálculo de brushita
de no detectar uno de esos componentes, aun cuando esté presente y en consecuencia se produzca una clasi-ficación errónea del mismo si sólo se consideran los espectros infrarroj os. Por tanto, en estos casos la in-formación suministrada por la espectroscopia infrarro-ja debe complementarse con datos clínicos (por ejem-plo, existencia de infección urinaria) o por la observa-ción del cálculo mediante microscopia electrónica de barrido.
Aunque en muchas ocasiones los cálculos de ácido úrico se identifican por su morfología y color rojizo característicos, es probablemente uno de los casos en los que pueden encontrarse cálculos con formas y co-lores más diversos, de tal manera que pueden originar-se importantes confusiones si la identificación se efec-túa exclusivamente de forma visual. El espectro
in-Espectro IR de un cálculo de fosfato amónico magnésico
Figura 2. Espectros infrarrojos de cálculos fosfáticos. A: Cálculo constituido por hidroxiapatita o fosfocarbonato cálcico. B: Cálcu-lo de brushita. C: CálcuCálcu-lo de fosfato amónico magnésico.
o
<fOCCI 3eCO XOJ 25X) 2000
--~.
17'10Ison 1Z!3CI JOOO 7'10Espectro IR de un cálculo de hidroxiapatita/fosfocarbonato cálcico
-fOCO 35DO 3000 2500 200CI 1750 1500 1250 1000 750
lJ.•wenul'l'lb.r ClI-s.
Espectro IR de un cálculo de oxalato cálcico dihidrato
cultad cuando están fragmentados o si se trata de are-nillas.
Todos los cálculos que contienen fosfatos (fosfatos cálcicos, magnésicos o amónico magnésicos) presen-tan una banda muy intensa alrededor de 1.000
cm-I
que permite su fácil identificación, incluso en mezclas con oxa1ato cálcico mono o dihidrato. Los cálculos puros de brushita, muy poco frecuentes, presentan también un espectro infrarrojo muy característico que permite distinguirlos claramente de los de hidroxiapa-tita o fosfato amónico magnésico (Fig. 2). Los cálcu-los fosfáticos más frecuentes son los de origen infec-cioso, constituidos generalmente por mezclas de fos-fato amónico magnésico e hidroxiapatita. Los cálculos constituidos exclusivamente por hidroxiapatita son menos frecuentes, aunque también pueden formarse, y por su apariencia pueden confundirse con los de oxa-lato cálcico monohidrato o incluso con cálculos de ácido úrico. Los cálculos de origen infeccioso (fosfato amónico magnésico +hidroxiapatita) suelen ser de ta-maño considerable, por 10 que para la determinación de su composición se deben obtener los espectros in-frarrojos de distintas zonas, ya que los cristales de hi-droxiapatita y fosfato amónico magnésico están distri-buidos irregularmente. Con todo cabe la posibilidad
Figura 1. Espectros infrarrojos de (A) un cálculo cuya compo-sición corresponde a oxalato cálcico monohidrato y (B) un cálcu-lo cuya composición corresponde a oxalato cálcico dihidrato.
-f000 350C 3000 2500 20ca 1750 :5::::0 1250 1000 ;'50
Wavenu:nber crn"-l
Espectro IR de un cálculo de oX31ato cálcico Illonohidrato
T
!cmEspectro IR de un cálculo de ácido úrico
!B! !cm '"
"'000 3500 3000 2500 2000 1750 1500 1250 1000 750 iDO
lJ.Jv.nUlllb.~cm-1
Espectro IR de un cálculo de urato amón ice
A
B
Espectro IR de un cálculo de cislina
Microscopio electrónico de barrido
Espectro IR de un cálculo decarbol1L1to cálcico
35XJ :uD 2500 2aXI 1(5) 15)) 1250 lcm 750 'iOO
~a'
Espectro IR de un cálculo de urato cálcico
"t000 3500 3000 2500 2000 1750 1500 1250 1000 750 100
Uavenumbef'" CIII-i
Figura 5. Espectros infralTojos de (A) un cálculo de carbonato cálcico y(B) un cálculo de urato cálcico.
Figura 4. Espectro infrarrojo de un cálculo de cistina.
10
~
r< 12 8sL
es
¡, !¡!~
¡q lO!,
'11mTiene un amplio rango de aumentos, que van desde 10 ó 20 aumentos (dentro del rango de la lupa binocu-lar) hasta llegar a 20.000 aumentos o más.
Las imágenes obtenidas poseen relieve, lo que da una idea muy clara de la morfología de los cristales.
Además, el instrumento permite el acoplamiento de técnicas auxiliares, siendo una de las más importantes el análisis por dispersión de rayos X [EDS (energy dispersive spectrometry)].
Figura 3. Espectros infrarrojos de cálculos úricos. A: Cálculo de ácido úrico (mediante el espectro infralTojo no se puede dis-tinguir claramente entre ácido úrico anhidro yácido úrico dihi-drato). B: Cálculo de urato amónico (los distintos uratos se pue-den distinguir a partir de sus espectros infrarrojos).
frarrojo de estos cálculos es, sin embargo, muy carac-terístico y por ello permite su identificación sin ningu-na dificultad y además es posible diferenciarlo clara-mente del espectro infrarrojo correspondiente a los cálculos de urato amónico, ya que la zona de bandas comprendidas entre ] .300 y 500 cm-I es distinta para ambos compuestos (Fig. 3).
Los cálculos de cistina, que generalmente se distin-guen con cierta facilidad por su aspecto céreo, presen-tan además un espectro infrarrojo característico que permite identificarlos con toda claridad (Fig. 4).
Una de las grandes ventajas del uso de la espectros-copia infrarroja en la identificación de la composición de los cálculos es precisamente la rapidez, facilidad y seguridad con que se efectúa la identificación de cálcu-los de composición muy poco frecuente, como en el caso de los cálculos de sílice, carbonato cálcico, urato cálcico, triamterene (y otros de origen medicamento-so), materia orgánica, etc. Esta fácil identificación hay que atribuirla a la especificidad del espectro infrarrojo de un producto puro. De hecho, el espectro infrarrojo de una sustancia pura suele calificarse como su «hue-lla dactilar» (Figs. 5 y 6).
B g
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'"
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Compuesto
482 F. Grases Freixedas el al
A::~.I~
4000 )000 lOOO 1600 1200 800 400 cm·tUrol. Integr. Invest.
Tabla III. Elementos detectables mediante análisis por energía dispersiva de rayos X en los distintos componentes de cálculos renales.
Elementos
detectables Relación molar por EDS
rés ya que en ellas se localizan los responsables de su origen. El estudio de estas zonas, una vez localizadas e identificadas, permitirá:
- En el caso de los cálculos de COM (Fig. 7): • Conocer su origen (sedimentario o papilar)
(Fig. 7 D).
• Localizar nucleantes heterogéneos: fosfatos (Fig. 7 A), materia orgánica (Fig. 7 B) y ácido úrico.
- En los cálculos fosfáticos no infecciosos (Fig. 8): • Conocer si el corazón está constituido por
brushi-ta o hidroxiapatibrushi-ta.
• Tipo de cavidad en la que se ha formado. - En los cálculos de ácido úrico (Fig. 9):
• Determinar si su origen es papilar o sedimentario (tipo de cavidad).
• La presencia de ácido úrico dihidrato (Fig. 9 C) es indicio de hiperuricosuria y pH urinario muy bajo.
• La presencia de ácido úrico anhidro (Fig. 9 A Y B)
implica una formación en condiciones de
normouricosuria y pH urinario moderadamente ácido.
Desgraciadamente cada vez es más frecuente dispo-ner de cálculos fragmentados que, por tanto, no permi-ten efectuar un estudio sistemático y detallado de los mismos. Sin embargo, con una experiencia previa su-ficientemente amplia de la estructura de los cálculos renales es posible, utilizando un microscopio estereos-cópico, seleccionar una serie de fragmentos represen-tativos, tales que permitan averiguar, utilizando mi-croscopia electrónica de barrido con microanálisis por Espectro IR de un cálculo de sílice (Si02 )
B.::~
, ,4000 3000 2000 1600 1200 800 400
cm·¡
Espectro IR de un cálculo de triamtereno
C~~1
4000 3000 2000 1600 1200 800 400cm·'
Espectro IR de un cálculo de materia orgánica
Figura 6. Espectros infrarrojos de cálculos renales de A: Sílice. B: Triamtereno. C: Materia orgánica.
Este tipo de accesorio proporciona datos de la com-posición elemental del punto o zona que se analiza, pudiéndose así determinar la composición del material observado. Hay que indicar que no es posible detectar los 8 primeros elementos, es decir, del H al O; por tan-to, habrá componentes de cálculos urinarios que no contendrán ningún elemento detectable, como es el caso del ácido úrico (sólo contiene H, C, N, O) o el urato amónico. Estos compuestos se podrán identificar por exclusión y considerando su morfología cristalina (tabla ITI).
El estudio de cálculos mediante SEM y sin disponer de EDS puede conducir a confusiones, ya que hay dis-tintos compuestos que presentan formas cristalinas pare-cidas (esferulitos de fosfato cálcico o urato amónico; cristales de COM o ácido úrico anhidro ...). En los casos problemáticos, la difracción de rayos X o la espectrome-tría infrarroja podrán indicar cuál es su composición.
El estudio de la microestructura del cálculo median-te microscopia electrónica de barrido con microanáli-sis por energía dispersiva de rayos X puede aportar una importante información sobre la etiología del mis-mo. Así, mediante este estudio es posible identificar el punto o puntos de inicio de su formación (o la zona o zonas). La localización de estas zonas es de gran
inte-Oxalato cálcico monohidrato Oxalato cálcico di hidrato Brushita
Hidroxiapatita Carbonato apatita Estruvita
Ácido úrico (anhidro o di hidrato) Urato sódico Urato potásico Urato amónico Urato cálcico Cistina Ca Ca Ca, P Ca, P Ca, P Mg,P Na K Ca S Ca/P = 1 413< CalP <5/3 5/3 < CalP <8/3 Mg/P = 1
A
C
B
D
Figura 7. Imágenes obtenidas mediante microscopia electrónica de barrido de cálculos de oxalato cálcico monohidrato. A: Corazón
de un cálculo de oxalato cálcico monohidrato papilar en donde se detecta la presencia de multitud de esferulitos de hidroxiapatita, que probablemente actuaron como nucleantes heterogéneos de los cristales de oxalato cálcico monohidrato, siendo, por tanto, los auténticos responsables de la génesis de este cálculo. B: Corazón de un cálculo de oxalato cálcico monohidrato papilar donde se obser-va una gran cantidad de materia orgánica sobre la que crece un agregado primario de oxalato cálcico mono hidrato; en este caso la materia orgánica depositada sobre la papila ha sido probablemente la inductora de la formación de este cálculo. C: Corazón de un cálculo de oxalato cálcico monohidrato papilar en el que se detectó un ácaro como posible responsable de la formación del cálculo. D: Grandes cristales de oxalato cálcico monohidrato que indican el posible origen sedimentario junto con esferulitos de hidroxiapati-ta, que probablemente actuaron como nucleantes heterogéneos de este cálculo.
energía dispersiva de rayos X, todos aquellos aspectos que son fundamentales para permitir un conocimiento suficiente acerca de su etiología.
DifractometrÍa de rayos X
La difractometría de rayos X identifica los constitu-yentes de un cálculo a partir de su patrón de difracción o «huella dactilar» producida por un bombardeo sobre el material cristalino con un haz monocromático de ra-yos X. Cuando los rayos X penetran distancias intra-moleculares en sólidos cristalinos sufren difracciones o reflexiones siguiendo patrones característicos rela-cionados con la estructura del cristal. Los rayos X
re-t1ejados se pueden utilizar para producir un difracto-grama compuesto por los picos o máximos que se ge-neran a medida que la muestra gira a través de una su-cesión de ángulos. Esto permite la identificación defi-nitiva de una sustancias cristalina desconocida.
La principal ventaja de la difracción de rayos X es su casi absoluta identificación de materiales cristalinos y de mezclas de materiales cristalinos. Cuando hay una mez-cla de sustancias amorfas y cristalinas hay casos en que otros métodos pueden confundir ambos tipos de sustan-cia (tal como ocurre en el caso de cálculos fosfáticos); la difracción de rayos X identifica selectivamente los com-ponentes cristalinos. Los comcom-ponentes cristalinos comu-nes de los cálculos urinarios son todos ellos fácil y
po-484 F. Grases Freixedas et al
Urol. Integr. Invest.
A C E B D F
Figura 8. Imágenes obtenidas mediante microscopia electrÓnica de barrido de cálculos fosfáticos. A: Imagen de un cálculo puro de
hidroxiapatita, en la que puede observarse eferulitos (zona central) junto con zonas aspidínicas (capas externas). B: Detalle de los es-ferulitos. C: Cálculo infeccioso con grandes cristales de fosfato amÓnico magnésico junto a esferulitos de hidroxiapatita. D: Detalle de la superficie de un cristal de fosfato amónico magnésico en el que se aprecia la típica estructura en "y». E: Imagen de la zona central de un cálculo de brushita en la que se observan grandes cristales de esta sustancia. F: Zona de crecimiento en empalizada de cristales de brushita en un cálculo de esta naturaleza.
tencialmente medibles mediante este método. Se pueden identificar las apatitas cristalinas, pero generalmente dan lugar a patrones de difracción pobres debido a que se
encuentran en un estado microcristalino y dan bandas de difracción anchas y débiles. De hecho, esta técnica es idónea en la litiasis fosfática para distinguir entre la
A A B <9.CXXJ ESTRUVITA <9.())) HlDROXIAPAmA ~ I SO.CXIJ > B
e
Termogravimetría
BRUSHITAFigura 10. Difractogramas de los distintos componentes de cálcu-los fosfáticos. A: Estruvita. B: Hidroxiapatita. C: Brushita.
La principal desventaja de la difracción de rayos X es su baja capacidad para identificar algunos metabo-litos o materiales amorfos y constituyentes presentes en cantidades minoritarias o en trazas.
1
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<9.()('X)
El análisis termogravimétrico consiste en la medi-da de la pérdimedi-da de peso de una muestra seca en fun-ción de la temperatura a medida que ésta aumenta durante un proceso continuo de calefacción. La pér-dida de masa de la muestra puede ser debida a la descomposición térmica de la misma o a la pérdida
Figura 9. Imágenes obtenidas mediante microscopia electróni-ca de barrido de cálculos úricos. A: Grandes cristales de ácido úrico anhidro localizados en el corazón de un cálculo de ácido úrico. B: Zona columnar de un cálculo de ácido úrico anhidro muy compacto. C: Apariencia típica de los grandes cristales de ácido úrico dihidrato, donde se aprecian las grietas originadas por la pérdida de agua de cristalización.
estruvita y la brushita o para confirmar su ausencia (Fig. 10), Y en la litiasis úrica para diferenciar el ácido úrico anhidro del ácido úrico dihidrato (Fig. 11).
486 F. Grases Freixedas et al
Urol. Integr. Invest.
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Acido úrico anhidro
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Acido úrico anhidro
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Acido úrico dihidrato
Figura 11. Difractogramas de las 2 fases en las que puede en-contrarse el ácido úrico en los cálculos renales. A: Ácido úrico anhidro. B: Ácido úrico dihidrato.
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B de aguas de cristalización de sus redes cristalinas.
Precisamente por este motivo resulta especialmente útil para distinguir los diferentes hidratos de una misma sustancia, y en el caso de los cálculos renales puede ser de interés para distinguir entre los oxala-tos cálcicos monohidrato y di hidrato o mezclas de
"'lO
TEMPERA TURE <c>
Acido úrico dihidrato
Figura 13. Termograma de las 2 fases en las que puede encon-trarse el ácido úrico en los cálculos renales. A: Ácido úrico an-hidro. B: Ácido úrico dihidrato.
o UJ ID o.. 100 85 ...•...• ..•••..• ..•.••
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...•• ..••.,
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\
\
\
\
,
'
....•.----ambos, fundamentalmente cuando existan dudas so-bre la composición de una muestra (Fig. 12). Por el mismo motivo también es una técnica de utilidad para la distinción entre el ácido úrico anhidro y el dihidrato, y sus mezclas, distinción que es práctica-mente imposible mediante espectroscopia infrarroja (Fig. 13).
Conclusión
Figura 12. Termograma de las 2 fases de oxalato cálcico que forman parte de los cálculos renales. A: Oxalato cálcico mo-nohidrato. B: Oxalato cálcico dihidrato.
70 80 120 Temperatura 160 (CC) 200
El estudio del cálculo se inicia mediante la observa-ción directa con lupa binocular y posterior fractura del mismo para determinar su estructura macroscópica in-terna. Este paso indicará, en la mayoría de casos, cuál es el proceso posterior más adecuado a aplicar. Éste puede implicar:
a) Un simple análisis por espectroscopia infrarroja de cualquier zona del cálculo o de varias zonas del mismo.
b) En el caso de que los espectros infrarrojos no sean concluyentes se debe recurrir a otras técnicas, entre ellas la difracción de rayos X y la termogravi-metría.
c) Por último, el estudio en profundidad de la mi-croestructura del cálculo y la detección e identificación
de compuestos en cantidades muy minoritarias requie-re el uso de la microscopia electrónica de barrido con microanálisis por energía dispersiva de rayos X. Este estudio aportará además datos fundamentales sobre el mecanismo de formación del cálculo.
Por otra parte, la experiencia del personal especiali-zado en este tipo de análisis es fundamental para obte-ner el número mayor posible de datos etiológicos a partir del estudio del cálculo.
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