一、痛风石的形成过程
痛风石是由细胞裂解后的释放的细胞膜于细胞器碎片、蛋白、DNA等组分会包裹尿酸盐晶体形成
痛风石主要存在于两个部位:① 两个关节间的滑囊腔;② 关节周围的肌肉内
关节间的滑囊腔中的痛风石会造成严重的关节损伤,除了疼痛、水肿外,一般没有其他显著症状
关节肌肉内的痛风石,会在皮肤表面形成“鼓包”
只要痛风发作过,关节间的滑囊腔中就存在痛风石,但是关节周围内的肌肉内未必有
只要皮肤表面形成了“鼓包”,则关节周围的肌肉内必有痛风石,滑囊腔中也必有痛风石
痛风患者的痛风石最先形成于滑囊腔中,沉积的痛风石会损伤关节和关节周围的肌肉,随后尿酸盐晶体会进入肌肉内,皮肤表面形成“鼓包”状的痛风石
不同患者出现肌肉内痛风石的时间是不同的,有些人时间段、有些人时间长
若高血尿酸、痛风未有效治疗,5 年后 12% 患者出现痛风石,20 年后痛风石的比例为 70%
痛风石的形成过程总共分为 3 步[1,2]:
第一步:析出尿酸盐晶体:是痛风石的起点,也是最关键的因素
血尿酸升高或者影响尿酸盐溶解的因子变化后,关节内会析出尿酸盐晶体
痛风是由尿酸钠(MSU)晶体沉积引起的最常见的炎性关节病,最初人们认为尿酸盐晶体沉积只发生在关节周围软组织,但最近的研究表明,尿酸盐晶体沉积也存在于四肢关节外部位[3~6],脊椎[7]、心血管内[3,8,9]、泌尿系统内[3,10,11]、心脏等其他组织器官内[3,12]。
新血管内尿酸盐晶体沉积
肾内尿酸盐晶体/尿酸类肾结石
脊椎内尿酸盐晶体
影响尿酸盐晶体形成因素主要有[13]:
- 血尿酸水平、形成尿酸盐晶体的组织器官内的尿酸浓度
- 血液与形成尿酸盐晶体的组织器官之间实现物质交换的难易程度
- 温度:如果关节受凉导致滑囊液温度降低,会使滑囊液中的尿酸溶解度降低,析出尿酸盐晶体,导致痛风发作
- pH 值:尿酸盐在 pH≤5.5(尿酸)或≥10(重尿酸盐) 溶解度高,pH 5.5~8(单质子尿酸盐)时溶解度最低(在此范围内,pH 越低,尿酸盐溶解度越低),若过度劳累、运动过度、关节受伤或其他关节疾病导致关节内滑囊液 pH 发生变化,也会导致东风发作
- 阳离子浓度:尿酸与K+、Mg2+、Cu2+等离子形成的尿酸盐溶解度高于与Ca2+、Na+形成的尿酸盐,尤其是 K+ 可以竞争性替换尿酸钠盐中的Na+。Na+、NH4+、Ca2+等离子促进尿酸盐结晶形成,K+、Mg2+、Cu2+等离子抑制尿酸盐形成。因此,若关节疾病、药物、生活习惯等导致Na+、NH4+、Ca2+等离子浓度升高,而K+、Mg2+、Cu2+等离子浓度降低,也会导致痛风发作
- 软骨蛋白多糖、硫酸软骨素、人血清白蛋白、低浓度透明质酸盐均可以提高尿酸盐溶解度,若疾病、药物、生活习惯等导致其降低,也诱使痛风发作
- 尿酸盐晶体可以粘附抗体蛋白,中85%为IgM、14%为IgG,均促进尿酸盐晶体成核、增长。若疾病、药物、生活习惯等导致关节内抗体蛋白含量增加,也诱使痛风发作
影响尿酸盐晶体形成和溶解的因素
第二步:尿酸盐晶体成核,形成痛风石的最小单位 NETs 结构
形成尿酸盐晶体后,关节处的炎性因子 IL-1β 表达、成熟、分泌量急剧升高
促炎因子招募大量的中性粒细胞,使关节炎症级联放大,促使关节内的中性粒细胞出现细胞焦亡、裂解,细胞残余组分(主要是细胞膜组分、细胞器组分、蛋白质、DNA等)会包裹析出的尿酸盐晶体,形成 NETs 结构
NETs 结构的形成过程
影响尿酸盐晶体成核速度的关键点是尿酸盐晶体的促炎活性
尿酸盐晶体表面亲水能力强,可以吸附调控蛋白和其他血液因子,引发不同的细胞反应
IgG、C5a、C1q、CD14 等吸附于尿酸盐晶体表面后,可以被巨噬细胞、肥大细胞等TLRs/IL-1R等受体结合,激活 NF-kB 通路,诱导 IL-1β 等细胞因子的表达,激活炎症反应
ApoB、ApoE、LDL 等吸附于尿酸盐晶体表面后,抑制被招募的中性粒细胞分泌炎性因子的能力,缓解炎症
另外,尿酸可以与K+、Mg2+、Cu2+、Ca2+、Na+、NH4+等离子形成尿酸盐,尿酸钾的溶解度最高、促炎活性最弱,尿酸钠的溶解度最低、促炎活性最强[14]。
Schorn C 等研究人员发现尿酸钾晶体诱发氧化应激、促炎能力都显著弱于尿酸钠晶体[15]。
尿酸钠晶体与尿酸钾晶体促炎能力的差异
第三步:痛风石增大
NETs结构相互聚集沉淀形成 aggNETs,aggNETs 结构较大、溶解度很低,会相互聚集沉淀致使痛风石增大
二、痛风石偏好于在肢体末端关节处形成的原因
临床上,痛风石常见于足背、踝、足跟、膝、腕、指、肘、耳廓等多个肢体末端关节
原因有以下 3 点:
1. 关节腔与血液之间难以实现物质交换:
关节腔与血液之间的物质交换,除了需要跨过血管壁外,还要跨过滑囊膜及软骨
致使关节内的尿酸与血尿酸之间难以实现交换,即便进行降尿酸治疗,血尿酸显著降低,关节内的尿酸也很难被快速转运至血液中,因此尿酸盐易在此部位结晶沉积。
左图为关节血管、中图为关节结构示意图、右图为痛风石
2. 肢体末端温度低
人体温度场分布是不均匀的,不同部位的温度有所不同。
一般来说,人体的核心部位温度较高,而四肢和头部温度较低。
人体的核心部位包括头部、胸部和腹部,这些部位的温度通觉在 36.5°C~37.5°之间。
而四肢的温度通常在 32°C到 35°C之间。这是因为四肢的血管较为丰富,血液循环较快,散热较快,所以温度较低。
另外,关节处由于脂肪含量比较低,相较于其他部位,肢体末端的体表温度与深部温度差更大
在环境温度为 23℃时测定,额部的皮肤温为33~34℃,躯干为32℃,手为30℃,足为27℃。在寒冷的环境中,随着气温下降,四肢末梢(手和足)的皮肤温度显著降 低,而头部皮肤温的变动相对比较少
尿酸盐溶解度跟温度息息相关,在37℃的生理盐水中,尿酸盐溶解度可达到416 μmol/L。当体温是25℃时,尿酸盐溶解度会大幅度下降。
然而肢体末端,尤其是大脚趾的温度约25℃,难以溶解尿酸钠,使得尿酸盐结晶体在第一跖趾关节沉积。
3. 关节频繁活动且易受到损伤
肢体末端的关节损伤后
软骨蛋白多糖、硫酸软骨素、人血清白蛋白浓度会降低,导致尿酸盐溶解度降低,促进尿酸盐晶体形成[13]。
抗体蛋白会升高,尿酸盐晶体会粘附抗体蛋白,增强促炎活性,促进尿酸盐晶体成核、增长[13]。
尤其第一跖趾关节是小关节,在肢体末端,承受的压力较大,易受到损伤。
关节受到损伤后,会使得细小尿酸盐结晶脱落,进而诱发痛风。
痛风每发作一次,痛风石就会长大一分!!!
三、很多人在处于无症状高尿酸血症阶段时,就出现了痛风石
随着新的更敏感、更特异的影像学检查方法的广泛应用,无症状高尿酸血症与痛风的界限渐趋模糊。
Dalbeth N 等研究人员用双能 CT 检测了血清尿酸值≥540 μ mol/L的无症状高尿酸血症患者(共 25 人)和痛风患者(共 33 人)的足部,发现[16]:
6/25 (24%) 的无症状高尿酸血症患者、11/14 (79%) 的早期痛风患者(疾病持续时间≤3 年)和 16/19 (84%) 的晚期痛风患者中发现了尿酸盐晶体的沉积(p<0.001)。
无症状高尿酸血症组在关节和肌腱均观察到尿酸盐晶体,但明显少于于痛风组(p≤0.001的关节和肌腱部位)。
与痛风早期和晚期组相比,无症状高尿酸血症组的尿酸沉积体积也显著降低(p<0.01)。
早期和晚期痛风组沉积的尿酸盐晶体总体积相近且无明显差异。
因此,高尿酸血症与痛风是一个连续、慢性的病理生理过程,其临床表型具有显著的异质性。部分无症状高尿酸血症患者关节内也存在尿酸盐晶体,甚至出现周围组织的损伤,如骨侵蚀。
这一结果也被 Wang P 等研究人员证实:在 130 名年龄 ≥40 岁的代谢综合征患者中,筛查血清尿酸(sUA)水平≥390 μmol/L,其中 46 人进行了足部/踝关节DECT扫描[17]。
46 例患者中有 7 例(15%)通过双能 CT 检测到尿酸盐晶体沉积积,平均体积为 0.13±0.14 cm3。在单变量分析中,血尿酸水平与尿酸盐晶体沉积的总体积呈适度的线性关系(β=0.11, P=0.09)。
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