在三个月到三年的时间内，钙、尿酸和有机物碎屑等化合物会凝聚成我们所知的结晶结构的肾结石。
事实证明，这种形成过程与一些珊瑚礁、温泉甚至古罗马水道中的地质过程惊人地相似。形成后，它们似乎会溶解、断裂和结晶。当研究人员探究肾结石的矿物层时，他们发现它看起来非常像大峡谷多层地质结构的一个纳米级版本。
在过去的几年里，一个由地质学、泌尿学和肾脏病学专家组成的团队分析了来自世界各地的 90,000 颗肾结石。在昨天发表于《自然-泌尿学评论》杂志的一项研究中，该团队报告了这种形成过程，并提出了一个新的、基于地质学的肾结石分类方法。
他们的发现颠覆了之前普遍接受的观念，即一旦肾结石形成，它们很可能无法在肾脏内的条件下溶解。相反，似乎至少有一半的结石体积会经历溶解和重结晶的过程。这一发现可能会在未来多年内改变科学家们研究肾结石的方式，从治疗方法到分类方式，甚至是我们对肾脏微生物群落的理解。
“这种生命、水、矿物质相互作用的想法对一切都至关重要，”伊利诺伊大学地质生物学家兼 Roy J. Carver 生物技术中心主任Bruce Fouke说。“人体是一个生命-水-矿物质相互作用的机器。”
阅读“大自然的记录簿”
肾结石是最古老、最普遍的疾病之一。已知最古老的肾结石是在公元前 4400 年的一块埃及裹尸布中发现的。古代巴比伦楔形文字泥板表明，结石的形成可能与啤酒和水的摄入有关。如今，全球 12% 的人口，即近十亿人，估计在任何给定时间都有肾结石。
当肾脏中钙、草酸盐或尿酸过量时，这些结石通常会形成。这些物质在肾脏中的液体未稀释的情况下会结晶。一些经历过分娩的女性表示，排出肾结石的过程可能与分娩一样痛苦，据称。
Fouke 说，在肾结石通过自然排出或手术取出后，临床医生通常会将其视为仅是结晶块而忽略。这篇论文颠覆了这种假设。
Fouke 说：“肾结石可能是肾脏长期病史中最高保真度、最高分辨率和最敏感的指示剂。”
为了解读这个自然记录，研究人员可以使用高效的切片和成像工具来探究矿化层。利用一系列成熟和新颖的工具，科学家可以将结石切成薄如纸的截面。然后，他们以 10 纳米的分辨率用紫外线照射它，这使得该截面中的有机材料发光。他们可以创建图像显示每一层的成分，从而使他们能够精确地了解化合物在肾脏中的积累和溶解过程。
在温泉和珊瑚礁中，微生物会促进快速的矿化。另一方面，Fouke 称，人体已经进化出了一个“军火库”的生物化合物，通过减缓肾结石的生长来保护身体。然而，肾结石似乎形成的层数远超在可比的自然环境中观察到的数量。
Fouke 说，这个过程被称为通用生物矿化，在地质学中已被广泛研究，但很少应用于医学。通过从地质学的角度审视肾结石，研究人员创建了一个新的模式来根据肾结石在肾脏中的形成位置进行分类。
肾结石通常根据其在肾脏内的形成位置进行表征。传统的分类模式认为它们可以在肾脏的两个地方形成——即所谓的 Randall 斑和 Randall 栓。但当团队探究结石的化学成分时，他们意识到结石的成分可能来自肾脏的各个部位。
Fouke 说：“在我对珊瑚礁、温泉、陨石撞击以及地球上所有其他令人惊叹的自然环境的研究中，我看到了巨大的相似之处，而这些都与 Randall 斑或 Randall 栓无关。”
该团队提出了一个新的、更细致的分类方案，该方案根据形成肾结石的化学、物理和生物过程来表征结石。
这对未来研究意味着什么
Fouke 表示，在不久的将来，人们在排出肾结石或进行结石清除后，可能会更好地了解自己的肾脏功能。在 15 分钟内，临床医生就可以使用小型台式实验室对结石进行切割和抛光，用紫外线照射，从而获得肾脏功能的灵敏记录。
随着研究人员对结石形成的原因和方式有了更深入的了解，他们可能会引入一些治疗方法，例如可以中断结晶过程或促进溶解的药物。
“我们现在说具体有什么治疗方法还为时过早，但我认为一旦你开始理解发生了什么，那么你就可以想象可能会开发出以积极方式中断它的方法，”梅奥诊所罕见肾结石联盟主任、该项工作联合负责人、肾脏病学家John Lieske说。
Lieske 表示，这可能是泌尿科医生和肾脏病学家看待肾结石化学方式的“游戏规则改变者”。
在即将进行的研究中，该团队计划构建人工环境，在那里他们可以复制肾结石，以了解不同化合物的作用。
肾结石是人体矿物质堆积的一个典型例子。但对生物矿化的研究可能对于解决气候变化、环境可持续性、人类医学甚至太空探索等问题至关重要。
Fouke 说：“生物矿化是如此基础，没有它生命就不可能开始。而现在我们看到，人体内有成千上万种应用，而我们才刚刚触及冰山一角。”
