柠檬酸钾与柠檬酸对磷酸钙结石形成的影响

Randomized Controlled Trial  J Urol . 2018 Dec;200(6):1278-1284.

doi: 10.1016/j.juro.2018.07.039. Epub 2018 Jul 20.

Impact of Potassium Citrate vs Citric Acid on Urinary Stone Risk in Calcium Phosphate Stone Formers

（仅供内部学习使用）

目的：据我们所知，尚无药物显示可有效预防复发性磷酸钙尿路结石。柠檬酸钾可以通过增加尿液柠檬酸盐排泄和降低尿钙来预防磷酸钙结石，但它会提高尿液 pH 值，从而增加磷酸钙饱和度并可能抵消有益作用。柠檬酸可能会提高尿液柠檬酸盐，但不会提高 pH 值，因此，它可能是对抗磷酸钙结石的有用对策。我们评估了这两种药物是否可以显着改变尿液成分并降低磷酸钙饱和度。

材料和方法：在一项交叉代谢研究中，13 名没有高钙尿症的复发性磷酸钙结石形成者在 3 个为期 1 周的研究阶段结束时进行了评估，在此期间他们消耗固定代谢饮食并接受指定的研究药物，包括两次 30 mEq 的柠檬酸每天两次柠檬酸钾 20 mEq 或匹配的安慰剂。我们收集了 24 小时尿液样本以进行尿液化学研究并计算磷酸钙饱和指数。结果：柠檬酸和安慰剂阶段的尿液参数没有显着差异。与柠檬酸和安慰剂相比，柠檬酸钾显着增加尿液 pH、钾和柠檬酸盐 (p <0.01)，并有降低尿钙的趋势 (p = 0.062)。当通过相对过饱和比而不是通过饱和指数计算时，柠檬酸钾增加了磷酸钙结石的饱和度。结论：每天 60 mEq 剂量的柠檬酸不会显着改变磷酸钙结石形成者的尿液成分。柠檬酸钾对磷酸钙结石复发的长期影响需要进一步研究。

前言

磷酸钙 (CaP) 结石约占所分析的所有结石的 15%，尽管其发病率近年来显着增加1-3 。CaP 和草酸钙 (CaOx) 结石形成者 (SF) 具有多种常见的代谢风险因素，包括高钙尿症（在 60-70% 的 CaP SF 中发现）和低柠檬酸尿症（30-50%）4-5  。然而，这两种结石类型之间的显着区别是在 CaP SF 中显着较高的尿液 pH (UpH)4-5 。由于二价磷酸根离子可与钙形成难溶性复合物，因此 UPH 高于 6.0 对 CaP 结晶至关重要6。CaP SFs 通常用液体、噻嗪类药物和饮食蛋白质和钠限制进行治疗，以通过降低钙尿和 CaP 过饱和度来减少结石复发7。然而，尽管遵守这些措施，许多 CaP SFs 仍会出现结石复发4 。柠檬酸钾 (K3Cit)显示可防止多种结石类型的复发，但尚未专门评估作为 CaP SFs 的治疗方法8-13 。K3Cit 提供的碱负荷降低了钙尿，从而减少了 CaP 过饱和14 。在物理化学上，K3Cit 提供的碱促进了钙化钙的形成。可溶性柠檬酸钙复合物，并进一步降低尿 CaP 过饱和度15。此外，柠檬酸盐对 CaP 晶体团聚发挥直接抑制作用16。然而，K3Cit 治疗的有益效果可能被 UPH 的伴随升高所抵消，这可能会增加 CaP 结石风险。同时，除了透钙磷石和羟基磷灰石之外，可溶性磷酸钙复合物可能会在尿道中形成。在较高的 UPH 下，可能会抵消较高的 UPH 对 CaP 过饱和的不利影响，并减轻对 CaP SF 中碱疗法的安全性担忧18-19。CaP 结石的另一种潜在药理学对策是柠檬酸 (H3Cit)，它有可能提高尿柠檬酸盐但不会提高 pH 值20,21。可以想象，摄入 H3Cit 等中性物质的肾脏生理反应是排泄尿液中的柠檬酸铵。就酸碱平衡而言，柑橘尿的程度可能适中，但足以防止结石。H3Cit 作为对抗 CaP 结石的潜在作用之前尚未评估过。在本研究中，我们检查了 H3Cit 和 K3Cit 是否可以降低 CaP SF 中的 CaP 饱和度和复发性肾结石的风险。

材料与方法

研究参与者 该研究得到了德克萨斯大学西南大学 (UTSW) 医学中心机构审查委员会的批准，所有参与者都提供了知情同意。患者是从 UTSW 矿物代谢和泌尿科诊所招募的，并在入组前通过 24 小时尿液和空腹血液研究进行筛查。纳入标准：参与者不分性别、任何种族，年龄 ⩾ 21 岁。CaP 结石的诊断基于由 X 射线晶体学确定的最新可用结石成分，其中 CaP 占结石成分的 70% 以上。排除标准：尿钙排泄 ⩾ 300 毫克/天的男性和 ⩾ 250 毫克/天的女性（因为 CaP SF 与高钙尿症被招募到一项单独的研究中），结石分析中的鸟粪石和/或尿酸铵史，复发性尿路感染，怀孕, 改变酸碱平衡的情况，如慢性腹泻、肌酐清除率 < 60 mL/min/1.73m2、用血管紧张素 2 受体阻滞剂、血管紧张素转化酶抑制剂、利尿剂、抗酸剂、碱或碳酸酐酶抑制剂治疗。

研究方案

在这项双盲、安慰剂对照、交叉研究中，每个参与者在三个阶段进行评估，顺序是随机的。三相分别是安慰剂 (PBO)、柠檬酸 (H3Cit) 和柠檬酸钾 (K3Cit)。每个阶段的持续时间为一周，在此期间参与者服用研究药物，各阶段之间有一周的洗脱期（补充图 1）。在每个阶段的前四天，参与者被要求在家坚持低钠饮食，钙含量约为 800 毫克/天。在每个阶段的最后 3 天，参与者都吃由临床和转化研究中心的代谢厨房准备的冷冻代谢饮食，提供 55% 的卡路里来自碳水化合物，30% 来自脂肪，15% 来自蛋白质。饮食无机溶质组合物由每天 800 毫克（20 毫摩尔）钙、100 毫当量钠、800 毫克磷（26 毫摩尔）、50 毫当量钾和 2 升蒸馏水组成。在研究的最后两天（第 6-7 天），参与者收集了两份 24 小时尿液，一份在矿物油下测量尿液化学和酸碱参数（碳酸氢盐、可滴定酸度），第二份用于尿液化学和结晶研究。在第二次尿液收集结束时采集空腹血。研究药物：参与者在每个 1 周阶段的早餐和晚餐中服用三片：在 H3Cit 阶段每天两次服用三片 10 mEq H3Cit（60 mEq H3Cit/天），在 K3Cit 阶段每天服用两次 10 mEq K3Cit 药片和一片安慰剂药片（ 40 mEq K3Cit/天），以及在 PBO 阶段每天两次 3 片匹配的安慰剂。研究片剂由复合药房制备，所有片剂的外观和大小相似。研究终点 使用既定的和先前描述的方法评估尿液分析物。5 对每个阶段第 6 天和第 7 天评估的尿电解质值取平均值，并根据这些参数计算尿饱和度。透钙磷石 (SIBr) 的过饱和指数由联合专家形态系统 (JESS) 软件 6.5、22 版确定，而相对过饱和比 (RSRBr) 由 EQUIL2.23 计算。这两个程序不同地估计透钙磷石饱和度，因为 JESS 中包含EQUIL2 中未包含的其他可溶性 CaP 复合物。此外，在省略磷酸柠檬酸 (CaCitPO4)4- 和磷酸二氢钙 [Ca2H2(PO4)2] 复合物后，JESS 程序被修改为重新计算 SIBr，EQUIL2.19 无法识别两种可溶性 CaP 复合物 基于以前用于研究全尿中透钙磷石结晶的方法，我们评估了透钙磷石晶体生长（CGBr，代表在尿液中加入少量透钙磷石晶体时透钙石晶体的生长）24,25。在第二次 24 小时尿液收集结束时获得一份新鲜的全尿。将尿液离心，过滤上清液（0.22 μm 过滤器），并加入 0.25 mg/mL 透钙磷石。然后在恒定搅拌下将尿液在 37°C 下培养 3 小时，每小时检查一次 UPH 并在实验期间保持在排空 UPH 下恒定。3 小时后，过滤 2 mL 悬浮液，分析滤液中的钙和磷酸盐浓度。用透钙磷石晶种后[Ca]×[P]的减少表示晶体生长，而[Ca]×[P]的增加表示晶体溶解。我们还测量了尿促进剂和抑制剂对磷钙石结晶作为地层产物 (FP) 的总体活性。FP 代表透钙磷石亚稳定性的极限，它是自发沉淀的开始。FP 是通过在恒定 pH 值（相当于排空的 UPH）下向一系列尿液等分试样中添加增加量的氯化钙获得 2 小时，并通过引起可见透钙磷石沉淀的点来确定。在该点使用 [Ca] 和 [P] 计算的 SI 代表 FP 透钙磷石25。形成产物比率 (FPR) 计算为沉淀时的活性产物与尿液活性产物的比率。统计分析 所有数据均以平均值和标准偏差表示。为了评估 K3Cit 和 H3Cit 对结石风险参数的影响，我们使用重复测量方差分析比较了三个研究阶段之间的结果。当 ANOVA 测试显示各阶段之间存在显着差异时，进一步进行阶段之间的成对比较。所有测试均使用 SAS®（Windows 9.0 版）以 0.05 显着性水平进行 2 侧测试。

结果

人口统计 对 286 名 CaP 结石患者的记录进行了审查，以确定纳入/排除标准。其中，41 人符合纳入标准，并已联系报名。共有 13 名受试者同意参与并入组。他们是2男11女，平均年龄41±15岁，BMI 26.7±6.4 kg/m2。参与者的基线特征列于表 1。

Table 1.

Baseline demographic characteristics.

Number of participants	13
Sex, men/women	2 / 11
Race, white/black	11 / 2
Ethnicity, Non-Hispanic/Hispanic	8 / 5
Age, years (Mean ± SD)	41 ± 15
Body mass index, kg/m2 (Mean ± SD)	26.7 ± 6.4
Stone Analysis*, % Hydroxypatite / % Brushite / % Calcium Oxalate	69% / 21% / 9%
24-hr urine calcium, mg/day	175 ± 72
24-hr urine citrate, mg/day	248 ± 155
24-hr urine pH	6.2 ± 0.4

*1 patient presented with pure brushite stones, 2 with pure hydroxyapatite stones, 6 with mixed hydroxyapatite / calcium oxalate stones, and 4 with mixed hydroxyapatite / brushite stones.

24 小时尿液参数和饱和度指数与安慰剂和 H3Cit 相比，K3Cit 导致尿钾、柠檬酸盐和 pH 值升高（图 1A-1C，表 2），以及尿铵降低（表 2）（所有 p<0.01）。在 K3Cit 阶段有降低尿钙的趋势（K3Cit 为 162 ± 99 毫克/天，安慰剂为 197 ± 85 毫克/天，H3Cit 为 184 ± 93 毫克/天，p = 0.062，图 1D）。与安慰剂相比，H3Cit 没有显着改变柠檬酸尿、钙尿、pH 或铵（图 1B、1C 和表 2）。三个阶段之间的尿量、钠、硫酸盐或任何剩余的测量尿参数没有显着差异（表 2）。

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Figure 1.

Changes in urinary parameters according to study phase

P: Placebo; K3Cit: Potassium Citrate; H3Cit: Citric Acid

P-value above graph refers to analysis of variance across phases.

* indicates p < 0.005 for pairwise comparison for K3Cit vs. Placebo phase and K3Cit vs. H3Cit phase

† indicates p < 0.05 for pairwise comparison for K3Cit vs. Placebo phase

Table 2.

24-hour urine biochemistry.

	Placebo	Potassium Citrate	Citric Acid	p value (by ANOVA)
Total volume, liters/day	1.02 ± 0.44	1.03 ± 0.49	1.04 ± 0.45	0.96
Creatinine, mg/day	1037 ± 231	1013 ± 514	1031 ± 259	0.96
pH	6.05 ± 0.50	6.66 ± 0.59*,‡	6.07 ± 0.44	0.0001
Calcium, mg/day	197 ± 85	162 ± 99*	184 ± 93	0.062
Citrate, mg/day	383 ± 293	589 ± 403*,‡	399 ± 285	0.0009
Potassium, mEq/day	33 ± 14	59 ± 28*,‡	33 ± 14	0.0003
Phosphorus, mg/day	525 ± 175	484 ± 270	495 ± 186	0.73
Oxalate, mg/day	15.7 ± 7.8	15.8 ± 8.0	14.3 ± 6.1	0.72
Sodium, mEq/day	75 ± 46	64 ± 33	67 ± 30	0.47
Magnesium, mg/day	77 ± 26	71 ± 33	77 ± 28	0.55
Titrable Acidity, mEq/day	26.2 ± 22.1	23.9 ± 21.6	23.8 ± 14.8	0.90
Ammonium, mEq/day	27.6 ± 8.6	16.2 ± 9.0*,‡	26.4 ± 9.1	< 0.0001
Sulfate, mmol/day	14.5 ± 4.8	15.5 ± 7.4	14.9 ± 5.6	0.81

*Statistical significance by pairwise comparison for Potassium Citrate vs. Placebo phase (p < 0.05)

‡Statistical significance by pairwise comparison for Potassium Citrate vs. Citric Acid phase (p < 0.05)

EQUIL2 作为 RSRBr 计算的透钙石饱和度与 K3Cit 相比显着更高。H3Cit (p <0.05)，H3Cit 和安慰剂之间的 RSRBr 没有差异（图 2A）。另一方面，当由 JESS 计算为 SIBr 时，K3Cit 有降低透钙磷石饱和度的趋势。当 JESS 中省略了两种磷酸钙复合物磷酸柠檬酸钙和磷酸二氢钙时，饱和模式变得与 RSRBr 相似（图 2A 和 2B）。

图 2。根据研究阶段的尿饱和度参数变化。P：安慰剂；K3Cit：柠檬酸钾；H3Cit：柠檬酸图上的 P 值是指跨阶段的方差分析。‡ 表示 K3Cit 与 Cit 的成对比较的 p <0.05。H3Cit相结晶研究在安慰剂、K3Cit 和 H3Cit 相之间添加 0.25 mg/mL 透钙磷石种子后 3 小时，CGBr 没有显着差异（图 3A）。在测试透钙磷石形成产物的实验中，与安慰剂和 H3Cit 相比，K3Cit 在沉淀点的钙浓度显着降低，p = 0.035（图 3B）。FPRBr 在三相之间没有显着差异（图 3C）。

Figure 3.

根据研究阶段尿结晶参数的变化。P：安慰剂；K3Cit：柠檬酸钾；H3Cit：柠檬酸图上的 P 值是指跨阶段的方差分析。† 表示 P <0.05 用于 K3Cit 与 Cit 的成对比较。安慰剂和 H3Cit 阶段

DISCUSSION

讨论 这是第一项代谢研究，以确定 H3Cit 或 K3Cit 是否可以降低 CaP 饱和度，并可能降低 CaP 结石复发的风险。使用交叉设计，我们比较了 H3Cit 和 K3Cit 与安慰剂对消耗受控代谢饮食的钙尿量正常的 CaP SF 中尿石危险因素的影响。我们发现，与安慰剂相比，H3Cit 没有显着改变尿柠檬酸盐、其他尿参数或透钙磷石饱和度和结晶。另一方面，K3Cit 显着增加柠檬酸尿和 UpH，并略微降低钙尿。当用 RSRBr（根据 EQUIL2）估计时，K3Cit 与 H3Cit 相比，关于透钙磷石的尿饱和度更高，而当用 SIBr（根据 JESS）估计时，它往往较低。这种差异在很大程度上是由于 JESS 中包含两种未包含在 EQUIL2 中的可溶性磷酸钙复合物。在对代谢研究期间收集的尿液进行的结晶实验中，未发现 CGBr 或 FPRBr 的差异。在之前的体外研究中，尿柠檬酸盐与尿钙形成可溶性复合物，防止 CaP 沉淀，可能导致结石形成减少。24 一项随机安慰剂对照试验报告称，K3citrate 减少了 CaOx 和混合 CaOx/ CaP 结石形成可能通过增加柠檬酸尿和减少钙尿的双重机制。11 此外，在前瞻性观察研究中，K3Cit 显着减少了不完全远端肾小管酸中毒 (dRTA) 和髓质海绵肾患者的结石复发，这两种情况经常出现 CaP 9,26 尽管有这些观察，柠檬酸盐在预防 CaP 结石复发中的作用尚未得到专门研究。在我们目前的研究中，K3Cit 显着增加了 UPH 和柠檬酸尿，并降低了碱负荷所预期的尿铵（图 1）。然而，它略微降低了尿钙，这与给予碱的不完全 dRTA 患者的尿钙显着降低形成对比。9 用 K3Cit 估计的透钙石饱和度在以 RSR 评估时更高，但在评估为 SI 时趋于更低，因为 JESS 中包含额外的可溶性 CaP 复合物（图 2）。根据之前的一项体外研究，其中 SIBr 被发现比 RSRBr 更接近于经验测量的透钙磷石饱和度，19 有理由认为 K3Cit 可以降低透钙磷石饱和度。在我们在空隙 UPH 进行的结晶研究中，K3Cit 对 CGBr 没有显着影响，尽管亚稳定性研究表明，与 H3Cit 和安慰剂相比，K3Cit 具有较低钙浓度下的沉淀和较低 FPR 透钙磷石的趋势（图 3）。在最近的一份报告中，K3Cit 增加了遗传性高钙尿性结石形成大鼠的柠檬酸尿和 UPH 并降低了钙尿，27 与我们的研究结果相似。此外，与对照相比，K3Cit 通过 EQUIL2 (RSR) 测量的 CaP 过饱和度更高。K3Cit 治疗的动物和对照动物都具有相似数量的完全 CaP 结石，表明在预防 CaP 结石形成方面没有有益作用。K3Cit 对临床 CaP 结石事件和进展的长期影响仍有待在人类中确定。与提供碱负荷并提高 UPH 的 K3Cit 不同，H3Cit 不会改变酸碱平衡，也不应该改变 UPH。先前发现单剂量 H3Cit 会适度和短暂地增加健康非结石形成志愿者的柠檬酸尿。20 然而，目前的研究发现 H3Cit 与安慰剂对 24 小时尿液参数和结晶研究没有显着影响。当前结果与先前报道的 H3Cit 柠檬酸作用之间的差异可能与研究的患者群体（CaP SFs 与非结石形成者）、随访时间和/或使用剂量（60 mEq/24小时对比 40 mEq/4 小时）。摄入 H3Cit 后没有柠檬酸尿可能是由于口服摄入的 H3Cit 在到达体循环之前在肝脏中代谢，对柠檬酸尿没有显着影响。与我们的结果相关的临床相关性是橙汁与柠檬汁/柠檬水对尿液柠檬酸盐和 pH 值的不同影响：之前的一项研究发现，尽管柠檬酸盐含量相同，但通过给予橙汁而非柠檬水来提供碱负荷。28 这些先前的结果归因于橙汁与柠檬水中柠檬酸盐伴随的阳离子（钾与氢，相当于提供 K3Cit 与 H3Cit）28，我们的研究结果强调了这一发现。

我们的研究有一些局限性。纳入的患者数量相对较少，部分原因是限制性纳入标准。我们没有研究可能受益于噻嗪类预防结石的高钙尿症 CaP SF。参与者保持代谢饮食，这可能无法反映他们形成 CaP 结石的环境。然而，这种饮食控制饮食变化可能会影响阶段之间的比较。此外，我们测量了饱和度和结晶指数作为结石形成的替代指标。然而，已经表明计算出的尿饱和度指数与结石形成有关，饱和度降低与结石形成率降低有关。29 最后，在排尿的膀胱尿液中进行了结晶研究，这可能不能代表泌尿环境在发生 CG 和聚集的肾单位位点。去：结论 总体而言，我们的研究结果表明，在 CaP SF 中，柠檬酸和安慰剂在与 CaP 结石预防相关的尿液化学和物理化学方面没有显着差异。鉴于 K3Cit 对尿饱和度的可变影响以及在结晶参数方面缺乏明确的益处，需要进一步研究 K3Cit 对 CaP SF 结石复发的总体影响。