Citraturie et cristallurie de weddellite

03 décembre 2005

Mots clés : Cristallurie, oxalate de calcium, weddellite, citraturie, produit molaire oxalocalcique, urines, lithiasiques calciques.
Auteurs : AMRANI HASSANI M., HENNEQUIN C., LACOUR B., DAUDON M
Référence : Prog Urol, 2005, 15, 650-655
Introduction :L'oxalate de calcium est la première cause de lithiase rénale et résulte principalement d'une hypercalciurie, d'une hyperoxalurie et/ou d'une hypocitraturie. Le citrate est considéré comme un inhibiteur efficace de la cristallisation oxalocalcique. A ce titre, il est de plus en plus prescrit en traitement de fond de la lithiase calcique, mais aucune étude n'a exploré l'effet de la citraturie sur la cristallurie spontanée de l'oxalate de calcium dans les urines humaines. Dans ce travail, nous avons examiné les relations entre le produit molaire oxalocalcique, la concentration du citrate et la cristallurie de la weddellite (oxalate de calcium dihydraté), qui est la forme cristalline la plus courante de l'oxalate de calcium dans les urines humaines.
Matériel et méthodes : Sur 10222 urines du réveil de 4809 sujets lithiasiques et 453 urines du réveil de 317 sujets témoins ont été réalisés une étude de la cristallurie et le dosage de calcium, oxalate et citrate. La fréquence de la cristallurie de weddellite et les caractéristiques de celle-ci ont été déterminées en fonction du produit molaire oxalocalcique (pCaOx) et de la citraturie.
Résultats : 1940 urines (18,2%) présentaient une cristallurie de weddellite. Celle-ci était pure dans 1378 urines chez les lithiasiques (13,5%) et 43 urines (9,5%) chez les témoins (p<0,05). Chez le lithiasique, la proportion de cristallurie passait de 4% pour un pCaOx < 1 (mmol/l)2 à 81,3% pour un pCaOx 3 (mmol/l)2 (p< 0,0001). Sur le même intervalle de pCaOx, la cristallurie de weddellite passait de 1,5% à 72,2% chez les témoins. L'augmentation de la citraturie de 0,5 à 5 mmol/l réduisait significativement la fréquence de cristallurie de 32,4 à 10,1% pour un pCaOx entre 1 et 2 (mmol/l)2 (p< 0,0001) et de 63 à 27,9% pour un pCaOx entre 2 et 3 (mmol/l)2 (p< 0,001). Pour des valeurs de pCaOx 3 (mmol/l)2, la citraturie n'influençait plus significativement la fréquence de cristallurie. Le nombre de cristaux et d'agrégats ainsi que la taille maximale de ces derniers n'étaient influencés par la concentration de citrate que lorsque le produit pCaOx était < 2 (mmol/l)2.
Conclusion : Le principal déterminant de la fréquence et des caractéristiques de la cristallurie de weddellite est le produit molaire pCaOx. L'influence bénéfique de la citraturie s'exprime sur la fréquence de cristallurie pour des valeurs de pCaOx < 3 (mmol/l)2 mais seulement pour des valeurs de pCaOx < 2 mmol (H/l)2 lorsque l'on considère les caractéristiques de la cristallurie comme le nombre et la taille des cristaux et agrégats. Cela signifie que les mesures thérapeutiques visant à augmenter la citraturie ne peuvent être efficaces que si le pCaOx a été préalablement réduit par une augmentation de la diurèse ou une réduction spécifique de la calciurie et/ ou de l'oxalurie.



La lithiase urinaire affecte environ 10% de la population dans les pays occidentaux et récidive dans près de la moitié des cas. Environ 10% des patients lithiasiques ont des formes multirécidivantes de lithiase responsables d'une morbidité importante et pouvant aboutir, dans les formes les plus graves, à une altération de la fonction rénale [9]. La lithiase oxalocalcique est devenue aujourd'hui la forme la plus fréquente de lithiase urinaire. Présent dans plus de 80% des calculs sous forme mono- (whewellite) et/ou dihydratée (weddellite), l'oxalate de calcium est le constituant majoritaire d'environ 50% des calculs chez la femme et de 75% chez l'homme. Sa cristallisation dans l'urine est la conséquence d'un déséquilibre entre les promoteurs de cristallisation que sont le calcium et l'oxalate et les inhibiteurs de cristallisation comme le citrate, le magnésium ou les macromolécules urinaires [3].

Le citrate est considéré comme l'un des principaux inhibiteurs de faible poids moléculaire actifs contre la cristallisation de l'oxalate de calcium. Il possède trois acidités et complexe efficacement le calcium urinaire, ce qui a pour conséquence d'abaisser la sursaturation en oxalates et en phosphates calciques de l'urine et donc d'augmenter le produit de formation de ces espèces cristallines. De plus, le citrate possède une activité inhibitrice vis-à-vis de la croissance et de l'agrégation des cristaux d'oxalate de calcium et de la croissance des cristaux de phosphates de calcium [3, 6]. Ces propriétés biologiques font du citrate un inhibiteur potentiellement efficace contre la formation des calculs [10, 14, 15]. Or plusieurs travaux ont montré que de nombreux lithiasiques avaient une excrétion urinaire diminuée de citrate comparativement à des sujets normaux [12, 19]. Bien que la fréquence de l'hypocitraturie rapportée dans la lithiase calcique soit variable selon les critères retenus pour la définir, l'analyse de la littérature montre qu'environ un tiers des patients présente une excrétion urinaire de citrate inférieure à 1,5 mmol/24h, cette valeur étant considérée comme la limite inférieure de la citraturie normale [2, 13, 20]. Les propriétés anticristallisantes du citrate et la fréquence de l'hypocitraturie justifient l'utilisation thérapeutique de plus en plus répandue du citrate chez les patients lithiasiques, notamment sous forme de citrate tripotassique, pour prévenir les récidives lithiasiques [8, 18]. Malgré cela, très peu de travaux ont démontré son efficacité au long cours [1, 8, 16], d'autant plus que la tolérance digestive des préparations à base de citrate est souvent médiocre, limitant ainsi leur administration prolongée.

D'autre part, si de nombreux travaux in vitro ont confirmé le pouvoir inhibiteur du citrate vis-à-vis de la cristallisation de l'oxalate de calcium et l'influence bénéfique d'une concentration élevée de citrate sur la sursaturation oxalocalcique [7, 11], aucune étude ne s'est intéressée aux relations entre citraturie, calciurie, oxalurie et cristallisation oxalocalcique spontanée dans les urines des sujets lithiasiques. Dans le travail présenté ici, nous avons étudié l'influence de différents niveaux de citraturie sur le risque de cristallurie spontanée de l'oxalate de calcium dihydraté (weddellite) chez des sujets lithiasiques calciques idiopathiques en fonction du produit molaire oxalocalcique. La weddellite a été choisie parce qu'elle est une forme calcium-dépendante de l'oxalate de calcium, donc une forme qui devrait être plus sensible au citrate urinaire que la whewellite qui, elle, est essentiellement oxalo-dépendante [3, 4]. De plus, la weddellite est la forme cristalline la plus fréquente dans les urines humaines, en particulier chez les lithiasiques calciques. En effet, la weddellite est présente dans près des 2/3 des cristalluries observées dans les urines des lithiasiques calciques idiopathiques récidivants avec hypercalciurie qui représentent le principal groupe de lithiasiques dans les pays industrialisés.

Matériel et méthodes

L'étude a porté sur 10 222 premières urines du réveil de 4809 sujets lithiasiques calciques suivis à l'hôpital Necker-Enfants Malades au cours des 15 dernières années. Sur chaque prélèvement ont été dosés le calcium, l'oxalate et le citrate. L'oxalate et le citrate ont été mesurés par chromatographie ionique et le calcium par la technique à l'ortho-crésolphtaléine sur un automate Hitachi 917 (Roche Diagnostics®). Une étude de la cristallurie a été réalisée en microscopie optique sur chaque urine, comportant la détermination du nombre de cristaux, de leurs tailles moyenne et maximale et du nombre d'agrégats, ces derniers étant constitués par accrétion d'au moins trois cristaux. Ont été déterminés également le taux d'agrégation (pourcentage du nombre d'agrégats/nombre de cristaux) et les tailles moyenne et maximale des agrégats.

Ont été exclues les urines des sujets atteints d'hyperoxalurie primaire et les prélèvements contenant des cristaux de whewellite. La fréquence de la cristallurie de weddellite a été déterminée en fonction du produit molaire oxalocalcique (pCaOx) et de la citraturie. Elle a été comparée à celle observée dans 453 urines du réveil de 317 sujets témoins sans antécédents lithiasiques.

La comparaison statistique entre les groupes a été réalisée par le test de Chi2.

Résultats

Fréquence de la cristallurie de weddellite en fonction du produit molaire oxalocalcique

Sur 10 675 urines, 1940, soit 18,2%, contenaient des cristaux de weddellite, celle-ci étant la seule forme cristalline présente dans 1378 urines d'origine lithiasique (13,5%) et 43 urines de sujets normaux (9,5%, p < 0,05). La fréquence de la cristallurie de weddellite augmentait graduellement avec le produit pCaOx aussi bien chez les lithiasiques que chez les témoins (Figure 1). Dans les urines lithiasiques, elle passait de 4% pour un pCaOx < 1 (mmol/l)2 à 81,3% pour un pCaOx > 3 (mmol/l)2 (p<0,0001) et chez les sujets normaux de 1,5% à 72,2% sur le même intervalle de pCaOx (p<0,0001). La proportion de cristallurie positive était significativement plus élevée pour chaque niveau de pCaOx chez les lithiasiques que chez les témoins. Cependant, comme le montre la Figure 1, la différence entre normaux et lithiasiques s'atténuait pour les valeurs élevées du pCaOx. En effet, la fréquence de la cristallurie de weddellite était 2,7 fois plus élevée chez les lithiasiques comparativement aux normaux pour des produits pCaOx < 1 (mmol/l)2 et n'était plus que 1,13 fois supérieure pour les valeurs de pCaOx 3 (mmol/l)2. En fait, lorsque le produit pCaOx dépassait 4,5 (mmol/l)2, toutes les urines, aussi bien chez les sujets témoins que chez les sujets lithiasiques, contenaient des cristaux d'oxalate de calcium.

Figure 1 : Fréquence de la cristallurie de weddellite en fonction du produit molaire oxalocalcique (pCaOx) déterminé sur les premières urines du réveil de sujets lithiasiques calciques (N=10222) et de sujets normaux (N=453). La ligne discontinue indique la fréquence de cristallurie (50%) au-dessus de laquelle existe un risque majeur de récidive lithiasique [5].

Influence de la citraturie sur la fréquence de cristallurie de weddellite

Le nombre de cristalluries de weddellite observées chez les témoins étant insuffisant, seules les urines lithiasiques ont été considérées pour analyser l'influence de la citraturie sur les caractéristiques de la weddellite formée.

Comme le montre la Figure 2, le risque de former des cristaux de weddellite chez le sujet lithiasique était fortement influencé par le niveau de la citraturie: pour chaque valeur de produit molaire pCaOx, l'élévation de la concentration urinaire de citrate se traduisait par une réduction de la fréquence de cristallisation. Cependant, l'amplitude de l'effet observé était influencée par le niveau du produit pCaOx. Lorsque celui-ci était compris entre 1 et 3 (mmol/l)2, l'augmentation de la citraturie de moins de 1 mmol/l à plus de 5 mmol/l réduisait significativement la fréquence de cristallurie:

- de 32,4% à 10% pour un pCaOx compris entre 1 et 2 (mmol/l)2 (p<0,0001)

- de 63% à 28% pour un pCaOx compris entre 2 et 3 (mmol/l)2 (p<0,001)

- de 86,5% à 61% pour un pCaOx > 3 (mmol/l)2 (p<0,001)

Figure 2 : Influence de différents niveaux de citraturie sur la fréquence de cristallurie de weddellite chez les lithiasiques calciques en fonction du produit molaire pCaOx. La ligne discontinue indique la fréquence de cristallurie au-dessus de laquelle existe un risque majeur de récidive lithiasique. Pour un produit pCaOx compris entre 2 et 3 (mmol/l)2, l'augmentation de la concentration du citrate urinaire permet de ramener les urines au-dessous de la zone de risque de récidive lithiasique. Lorsque le produit pCaOx atteint ou dépasse 3 (mmol/l)2, aucun niveau de citraturie ne semble capable de ramener les urines au-dessous du seuil de risque lithogène.

Caractéristiques de la cristallurie en fonction du produit molaire oxalocalcique

Lorsque des cristaux de weddellite étaient présents dans l'urine, l'influence de la citraturie sur leur nombre, leurs dimensions et leur agrégation a été examinée. L'analyse a été réalisée pour quatre niveaux de pCaOx: moins de 1, entre 1 et 2, entre 2 et 3 et plus de 3 (mmol/l)2. Le Tableau I résume les principales caractéristiques de la cristallurie de weddellite en fonction du produit molaire oxalocalcique. Pour éviter les interactions possibles avec d'autres espèces cristallines, seules ont été considérées les urines où la cristallurie de weddellite était pure (n=1378). Les résultats montrent que le nombre de cristaux augmentait significativement avec le produit molaire pCaOx, de même que le nombre d'agrégats ainsi que les dimensions moyennes et maximales de ceux-ci. En revanche, la taille moyenne des cristaux apparaissait plus grande pour les pCaOx faibles ou élevés et la taille maximale des cristaux n'était significativement augmentée que pour les produits molaires supérieurs à 3 (mmol/l)2.

Influence de la citraturieSur le nombre de cristaux

L'influence de la citraturie sur les caractéristiques de la cristallurie ne s'exerçait que lorsque le produit pCaOx se situait dans des valeurs moyennes ou basses, en pratique inférieures à 2 (mmol/l)2. Pour des valeurs supérieures du pCaOx, qui traduisent soit un effet cristallogène majeur des promoteurs, soit un déséquilibre important entre les promoteurs eux-mêmes, l'influence du niveau de la citraturie apparaissait très modérée, voire inexistante. Quelques aspects de la relation entre les caractéristiques de la cristallurie de weddellite et la concentration des urines en citrate sont illustrés par les Figures 3 à 5.

Comme le montre la Figure 3, pour un produit pCaOx compris entre 1 et 2 (mmol/l)2, le nombre de cristaux de weddellite diminuait significativement lorsque la citraturie augmentait. Il en était de même pour des produits pCaOx inférieurs à 1 (mmol/l)_ (non montré). En revanche, lorsque le pCaOx dépassait 3 (mmol/l)2, le niveau de la citraturie n'avait plus d'influence significative sur le nombre de cristaux de weddellite présents dans l'urine.

Figure 3 : Effet de la concentration urinaire de citrate sur le nombre de cristaux de weddellite pour différents niveaux de produit pCaOx. Lorsque le produit pCaOx est inférieur à 2 (mmol/l)2, le nombre de cristaux dépend de la citraturie et diminue significativement lorsque celle-ci augmente. En revanche, lorsque le produit pCaOx est 3 mmol/l, le niveau de la citraturie n'influence plus significativement le nombre de cristaux. * p < 0,05 ** p < 0,01 vs citrate < mmol/l

Sur la dimension des cristaux de weddellite

Les dimensions moyenne et maximale des cristaux de weddellite étaient de 7 ± 0,1 microns et de 13,8 ± 0,3 microns respectivement. Aucune influence du niveau de citraturie n'a été notée sur ces paramètres de la cristallurie, quel qu'ait été par ailleurs le niveau du produit pCaOx. Sur les agrégats de weddellite

La citraturie réduisait significativement le nombre d'agrégats de weddellite sur une plage relativement étroite de valeurs du pCaOx comprise entre 1 et 2 (mmol/l)2 (Figure 4). Pour des citraturies inférieures à 1 mmol/l, le nombre moyen d'agrégats par mm3 d'urine était de 5,5 ± 1,1 et chutait à 0,7 ± 0,2 pour des citraturies > 3 mmol/l (p < 0,01). Le niveau de citraturie n'avait pas d'influence sur la taille moyenne de ces agrégats. En revanche, lorsque la citraturie était > 3 mmol/l, la dimension maximale des agrégats (Figure 5) était plus faible qu'en cas de citraturie < 1 mmol/l, la différence étant légèrement significative (p < 0,05). Pour des produits pCaOx > 3 (mmol/l)2, le niveau de la citraturie n'influençait plus ni le nombre (Figure 4) ni la taille maximale (Figure 5) des agrégats de weddellite présents dans les urines.

Figure 4 : Effet de la concentration urinaire de citrate sur le nombre d'agrégats de weddellite pour différents niveaux de produit pCaOx. Lorsque le produit pCaOx est inférieur à 2 (mmol/l)2, le nombre d'agrégats varie significativement en sens inverse de la citraturie. En revanche, lorsque le produit pCaOx est > 3 mmol/l, le niveau de la citraturie n'influence plus significativement le nombre d'agrégats. * p < 0,05 ** p < 0,01 vs citrate < mmol/l
Figure 5 : Effet de la concentration urinaire de citrate sur la dimension maximale des agrégats de weddellite pour différents niveaux de produit pCaOx. Lorsque le produit pCaOx est inférieur à 2 (mmol/l)2, la taille maximale des agrégats diminue légèrement lorsque la concentration urinaire du citrate augmente. En revanche, lorsque le produit pCaOx est > 3 mmol/l, le niveau de la citraturie n'influence plus la taille des agrégats. * p < 0,05 vs citrate < 1 mmol/l

Discussion

Notre étude confirme que le principal moteur de la cristallurie de weddellite est le produit molaire pCaOx dans toutes les urines étudiées, qu'elles proviennent de sujets témoins ou lithiasiques. Plus celui-ci est élevé, plus la fréquence d'une cristallurie spontanée de weddellite est élevée. Il apparaît toutefois que le risque cristallogène est plus important chez le lithiasique calcique que chez le sujet normal pour chaque niveau de pCaOx (Figure 1). Les sujets lithiasiques sont donc plus sensibles que les témoins au risque de cristallurie induite par le produit pCaOx, ce qui suggère que les lithiasiques ou du moins une partie d'entre eux, présentent un déséquilibre entre les facteurs promoteurs et les facteurs inhibiteurs de la cristallisation. Les lithiasiques calciques pourraient donc avoir un défaut d'inhibition les prédisposant à un risque accru de cristallisation. L'intérêt de la cristallurie par rapport aux examens biochimiques de l'urine est qu'elle reflète le déséquilibre urinaire qui peut exister entre le pH, la force ionique et la concentration des multiples solutés urinaires promoteurs ou inhibiteurs, dosés ou indosés, connus ou encore inconnus qui sont impliqués dans les processus de cristallisation. Cependant, comme le montre la Figure 1, lorsque le produit molaire pCaOx devient élevé, les courbes de fréquence de cristallurie des sujets lithiasiques et normaux convergent, ce qui prouve que le poids des promoteurs devient, pour toutes les urines, trop important par rapport aux potentialités inhibitrices urinaires.

Relation entre cristallurie et récidive lithiasique

L'utilisation thérapeutique du citrate a essentiellement pour objet d'augmenter la citraturie et, par ce moyen, de réduire le risque clinique de récidive lithiasique en améliorant les propriétés inhibitrices de l'urine, en complexant le calcium et en élevant le produit de formation de l'oxalate de calcium. Or, comme le montrent nos résultats, les effets anticristallisants du citrate semblent très dépendants de la valeur intrinsèque du pCaOx et donc le bénéfice d'une augmentation de la citraturie ne peut s'évaluer sur la simple concentration du citrate urinaire. Si l'on admet que la présence de cristaux est une étape indispensable dans la lithogenèse, on peut penser qu'à l'inverse, la disparition de la cristallurie est un facteur de protection contre le risque de récidive. Depuis longtemps, les cliniciens ont cherché à identifier des marqueurs biologiques permettant de prédire la récidive lithiasique. A cette fin, plusieurs index de risque ont été établis à partir de la concentration des solutés mesurée dans l'urine, notamment celle du citrate [17, 21, 22]. Ces index ont permis de montrer la différence de composition existant entre les urines de sujets lithiasiques et de sujets normaux. En revanche, aucun n'a fait la preuve de son intérêt clinique pour prédire efficacement, à l'échelon individuel, le risque de formation de nouveaux calculs. Dans une étude récente, nous avons comparé la fréquence et les caractéristiques de la cristallurie chez deux groupes de patients lithiasiques calciques appariés pour le sexe et l'âge et suivis pendant au moins 5 ans [5]. Dans le groupe de patients ayant récidivé leur lithiase, nous avons noté que la fréquence de la cristallurie oxalocalcique était significativement plus élevée que celle observée dans le groupe de patients exempts de récidive (68% versus 23%, p < 0,0001). Le critère le plus intéressant au niveau individuel pour le suivi clinique était la présence de cristaux dans plus de 50% des prélèvements examinés. En effet, 87,5% des sujets qui ont récidivé leur lithiase avaient une cristallurie dans plus de la moitié de leurs urines du réveil. Une telle fréquence de cristallurie n'était observée que chez 15,6% des patients exempts de récidive pendant la période d'étude [5].

Si l'on considère que la seule présence de cristaux dans au moins la moitié des urines examinées est un critère majeur de risque clinique de récidive, on peut en déduire que tout contexte biochimique exposant à une fréquence de cristallurie supérieure à 50% des prélèvements examinés représente une situation à haut risque de récidive lithiasique. Il peut alors être intéressant de regarder l'influence de certains facteurs, par exemple la concentration urinaire en citrate, sur la fréquence de cristallurie et donc intrinsèquement sur le risque de récidive de calculs.

Si l'on considère sur la Figure 1 le seuil de fréquence de cristallurie de 50%, on peut en déduire que le risque de récidive lithiasique devient très élevé pour des valeurs de pCaOx comprises entre 2 et 3 (mmol/l)2, le seuil étant franchi pour un produit pCaOx de 2,6 (mmol/l)2. Au-dessus de cette valeur, la plupart des patients sont exposés à récidiver leur lithiase.

La Figure 2, sur laquelle a été marqué le seuil de fréquence de cristallurie égal à 50%, montre que, pour un produit pCaOx inférieur à 2 (mmol/l)2, le risque de récidive lithiasique est faible, indépendamment de la citraturie. En revanche, lorsque le produit pCaOx est compris entre 2 et 3 (mmol/l)2, le risque de récidive est significativement diminué si la citraturie est > 3 mmol/l. Enfin, pour des produits pCaOx > 3 (mmol/l)2, même si la citraturie influence la fréquence de cristallurie, aucun niveau de citrate urinaire ne semble capable de protéger contre le risque de récidive lithiasique. En effet, la fréquence de cristallurie dépasse toujours 50% et même pour les citraturies les plus élevées (> 5 mmol/l), cette fréquence reste supérieure à 60% des urines examinées.

Conclusion

Le principal déterminant de la fréquence de la cristallurie de weddellite est le produit molaire pCaOx mais, comme le montre notre étude, son rôle doit être pondéré en fonction de la citraturie, en considérant toutefois que l'influence bénéfique de la citraturie sur la cristallurie ne s'exprime que pour des valeurs de pCaOx < 3 (mmol/l)2. Ainsi, il semble que les mesures thérapeutiques visant à augmenter la citraturie ne peuvent être efficaces que si le pCaOx a été préalablement réduit par l'augmentation de la diurèse et/ou la réduction spécifique de la calciurie et/ou de l'oxalurie. La citraturie est donc capable de modifier le risque de cristallisation de l'oxalate de calcium in vivo, mais dans certaines limites seulement. Lorsque la concentration des promoteurs devient excessive, le citrate, quelle que soit sa concentration, n'est plus en mesure d'influencer significativement la fréquence de cristallisation, ni les caractéristiques de la cristallurie de weddellite. En revanche, associée à une cure de diurèse correctement suivie, l'administration de citrate devrait permettre d'obtenir un niveau de citraturie susceptible de réduire significativement le risque cristallogène urinaire. L'efficacité des supplémentations de citrate sur l'évolution de ce risque sont encore à évaluer.

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