Diversité chimique des calculs prostatiques : une investigation par MEB et spectroscopie infrarouge

25 décembre 2011

Auteurs : A. Dessombz, P. Méria, D. Bazin, E. Foy, S. Rouzière, R. Weil, M. Daudon
Référence : Prog Urol, 2011, 13, 21, 940-945




 




Introduction


Les calculs prostatiques sont considérés comme très communs chez les hommes de plus de 50ans mais peu fréquents chez les patients de moins de 40ans et rares chez les enfants [1, 2]. Leur existence a été soulignée à la périphérie des tumeurs [1].


D’un point de vue chimique, les calculs prostatiques sont composés habituellement de phosphates de calcium [3] et formés soit par simple précipitation des sécrétions prostatiques, soit par calcification secondaire des corpora amylacea [4]. Ils ont pu croître spontanément ou être le résultat d’une inflammation, d’une infection ou d’une obstruction [5]. Dans une étude récente, Lin et al. [6] ont analysé la composition de 31 calculs prostatiques par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IR-TF). Ils ont constaté que les calculs prostatiques étaient une combinaison de phosphates de calcium et d’oxalates de calcium chez 16 patients (51,6 %), des phosphates de calcium purs chez dix (32,3 %), d’oxalates de calcium purs chez deux (6,4 %), d’urate de sodium pour un (3,2 %), de brushite pour un (3,2 %) et d’acide urique pour un (3,2 %).


En raison du grand nombre de calculs adressés au laboratoire de biochimie A de l’hôpital Necker dont certains étaient d’origine prostatique, nous avons entrepris une étude basée sur la IR-TF et la microscopie électronique à balayage à émission de champ (MEB-EC). Comparé au MEB classique, ce nouveau type de microscope a permis d’observer la topologie des calculs prostatiques à l’échelle mésoscopique sans passer par le dépôt de carbone habituellement requis.


Notre étude a montré que dans les travaux précédents, plusieurs phases chimiques ont été jusqu’à présent ignorées. En effet, la diversité physico-chimique des phases mises en évidence dans les calculs prostatiques s’est avérée plus importante que la bibliographie ne le laissait supposer.


Matériel et méthodes


Un ensemble de 32 échantillons venant du laboratoire de biochimie A de l’hôpital Necker-Enfants–Malades a été étudié (Tableau 1). Ces calculs avaient été obtenus par résection endoscopique de la prostate chez des patients ayant une hypertrophie bénigne de la prostate symptomatique (n =30) ou un adénocarcinome prostatique (n =2). Les calculs développés dans la loge prostatique après prostatectomie ou résection endoscopique de la prostate ont été exclus. Chaque échantillon a été analysé par spectroscopie IRTF (spectromètre Bruker Vector22) entre 4000 et 400/cm avec une résolution de 4/cm, en mode d’absorbance. De plus, pour chaque calcul prostatique, nous avons établi la composition du noyau et de la surface.


Ensuite, chaque échantillon a été observé par MEB-EC (Zeiss SUPRA55-VP doté d’un détecteur d’électrons secondaires Everhart-Thornley). Afin de maintenir l’intégrité physico-chimique des échantillons, nous avons effectué ces mesures à faible voltage (2KeV). Les images de ces échantillons ont été réalisées à des grossissements similaires, afin de pouvoir comparer les tailles des cristallites observés.


Résultats


La composition des calculs est résumée dans le Tableau 1. Elle était dominée par les phosphates calciques qui étaient majoritaires dans 90,7 % des cas. Cependant, l’analyse infrarouge a révélé la cœxistence de plusieurs phases cristallines non rapportées antérieurement dans ce type de prélèvement : parmi elles, le phosphate amorphe de calcium carbonaté (PACC), le phosphate octocalcique pentahydraté, la brushite, et le citrate de calcium tétrahydraté.


L’analyse plus fine des résultats a dévoilé que la plupart des calculs prostatiques (96,9 %) comportaient au moins deux phases cristallines. Le seul calcul (3,1 %) qui était chimiquement pur était celui composé de citrate de calcium tétrahydraté. Trois calculs (9,4 %) ne contenaient que des phosphates calciques alors que les mélanges oxalophosphocalciques représentaient 78,1 % des cas. Dans trois calculs (9,4 %), l’existence de struvite, toujours très minoritaire, a été décelée.


Dans le Tableau 2, figurent les composants majoritaires des calculs. Il en ressort que la carbapatite était de loin le composant prépondérant (75 %), suivie de la whitlockite (9,4 %) et du PACC (6,3 %). La carbapatite a été décelée dans 96,9 % des cas, suivie de la whewellite (71,9 %), de la weddellite (53,1 %), de la whitlockite (50 %) et du PACC (43,8 %). Les protéines étaient présentes dans tous les calculs, majoritaires dans un seul cas (3,1 %).


L’une des caractéristiques des calculs prostatiques était leur richesse en protéines. Comme le montre le Tableau 1, 25 des 32 calculs (78,1 %) contenaient plus de 5 % de protéines.


L’examen de la composition séquentielle des calculs, du noyau à la surface, a montré que la carbapatite était le composant principal dans toute la structure pour 43,7 % des prélèvements examinés (Tableau 1). Cependant, on observait un changement de phase cristalline entre noyau et surface dans la moitié des calculs. La whitlockite était présente en abondance dans le noyau de 11 calculs (34,4 %) et en surface de six calculs seulement (18,7 %). Un seul calcul (3,1 %) avait un noyau de whewellite. Quant à la weddellite, abondante en surface de quatre calculs, elle a été identifiée comme un composant majeur du noyau d’un seul calcul, où elle était associée à la carbapatite. Bien que la struvite ait été décelée dans trois calculs, elle n’était présente que dans un seul noyau (3,1 %). Enfin, on peut remarquer que le noyau du calcul contenant du citrate de calcium était presque exclusivement composé de cette espèce cristalline alors que la périphérie et la surface étaient essentiellement faites de protéines.


Les calculs prostatiques avaient, pour la plupart (65,6 %), une morphologie assez particulière, s’apparentant au type IVa2 de notre classification des calculs urinaires (Tableau 1). La Figure 1 illustre l’aspect morphologique de six calculs prostatiques examinés en MEB.


Figure 1
Figure 1. 

Images microscopie électronique à balayage de calculs prostatiques, à une échelle de 10μm : a : calcul prostatique composé de carbapatite et whewellite (zone riche en whewellite) ; b : calcul prostatique composé de carbapatite, de weddellite et de whewellite (l’image montre une zone essentiellement composée de cristaux de weddellite dont la structure semble fortement altérée, rugueuse et fissurée, suggérant une conversion en whewellite comme cela s’observe fréquemment dans les calculs de l’appareil urinaire) ; c : calcul prostatique majoritairement composé de carbapatite (noter l’aspect de la carbapatite en petites sphérules confluentes) ; d : calcul prostatique composé de carbapatite, de phosphate amorphe de calcium carbonaté (noter l’aspect stratifié et lisse des couches de ce calcul riche en phosphate amorphe de calcium carbonaté) ; e : calcul prostatique composé majoritairement de whitlockite (les couches de whitlockite apparaissent compactes, à surface irrégulièrement bosselée et rugueuse) ; f : calcul prostatique composé de carbapatite et de weddellite observé dans une zone du calcul riche en weddellite (noter le caractère lisse des faces cristallines ainsi que les angles et les arêtes vives, ces critères n’évoquant pas de conversion cristalline de weddellite en whewellite contrairement à ce qui est observé sur la Figure 1b).





Discussion


Peu de travaux ont été consacrés à l’étude de la nature physico-chimique des calculs prostatiques. L’avantage de la spectrophotométrie IRTF est de caractériser en même temps les phases minérales, qu’elles soient cristallisées ou amorphes, et la matrice organique des calculs. Pour cette dernière, notons que les calculs urinaires, dans leur immense majorité ont une trame protéique inférieure à 4 % alors que la proportion de cette phase dans les calculs prostatiques est plus importante.


L’analyse infrarouge a confirmé la prépondérance des phosphates calciques, ce qui est connu de longue date [7], mais elle a permis de mettre en évidence la diversité des phases cristallines. Parmi celles observées dans les calculs prostatiques, certaines, comme le phosphate octocalcique, la brushite, le PACC ou le citrate de calcium n’avaient pas été répertoriées à notre connaissance. À noter que la brushite a été décrite à deux reprises dans des calculs de la loge prostatique, mais pas dans des calculs primitifs de la prostate [3, 8]. L’intérêt de distinguer les phases cristallines a été largement souligné dans le cas des calculs de l’arbre urinaire [9, 10]. Bien que la littérature ait mis en avant les liens entre calcifications prostatiques, calculs et infection [4, 11], la diversité des phases identifiées et la nature de certains composants suggèrent l’intervention de facteurs métaboliques. De fait, l’hypercalciurie a été rapportée comme fréquente chez les patients présentant des calculs prostatiques [12]. De même, un déséquilibre entre les concentrations de calcium et de citrate a été évoqué comme une cause de lithogenèse prostatique [5], le citrate étant particulièrement abondant dans les sécrétions prostatiques [13].


La composition ionique des sécrétions prostatiques a été étudiée par Kavanagh, qui a montré que leur concentration molaire moyenne (±SEM) en citrate (94,1±2,6mmol/L), en calcium (20±1,3mmol/L) et en magnésium (16,7±0,8mmol/L) était très élevée, le pH variant de 6,2 à 8 [14], ce qui est propice à la cristallisation des phosphates calciques. Malheureusement, nous ne disposons pas de données clinico-biologiques individuelles permettant pour l’instant de corréler les phases observées à des contextes pathologiques particuliers.


Les données de l’analyse constitutionnelle ont été complétées par une observation de la topologie des cristallites constituant les calculs prostatiques. Nous avons déjà montré l’intérêt, dans la lithiase urinaire, d’une description à l’échelle mésoscopique des cristallites composant le calcul. En effet, une même phase chimique peut être associée à différents contextes pathologiques, la morphologie des cristallites permettant de les distinguer [15, 16, 17]. Ainsi, dans le cas d’un calcul prostatique formé de phosphate ou d’oxalate de calcium, la morphologie des cristallites et l’organisation structurale du calcul sont des données auxquelles il convient de prêter attention [15, 16]. Sous cet angle, l’observation de signes structuraux de conversion cristalline pour la weddellite identifiée dans les calculs prostatiques (Figure 1b), ce qui n’a jamais été rapporté antérieurement à notre connaissance, attire l’attention sur l’existence probable de variations dans l’environnement cristallogène au sein du tissu prostatique.


Conclusion


Nous avons collecté des informations structurales et physicochimiques d’un nombre significatif de calculs prostatiques soulignant la diversité physico-chimique des calculs, qui était plus importante que celle suggérée par la littérature. Des études complémentaires seraient nécessaires pour établir des corrélations entre les différentes phases cristallines identifiées, leur organisation structurale au sein des calculs et le contexte pathologique ayant conduit à leur formation.


Déclaration d’intérêts


Les auteurs déclarent ne pas avoir de conflits d’intérêts en relation avec cet article.



Remerciements


Cette étude a été supportée par le contrat ANR-09-BLAN-0120-02.



 Niveau de preuve : 5.





Tableau 1 - Composition et type morphologique des calculs prostatiques.
No  Âge  Composition  Type  Noyau  Surface 
1.  68  CA 45 % ; PACC 40 ; PAM 5 %C1 5 % ; Prot 5 %  App.IVa2  CA  CA+PACC 
 
2.  78  CA 75 % ; C2 14 % ; C1 9 % ; PAM 1 % ; Prot 1 %  App.IVa2  CA  CA+C2 
 
3.  78  CA 84 % ; C2 10 % ; Prot 5 % ; C1 1 %  App.IVa2  CA  CA 
 
4.  79  CA 50 % ; WK 35 % ; Prot 15 %  App.IVa2  CA+WK  CA+WK 
 
5.  81  CA 50 % ; C2 42 % ; C1 5 % ; Prot 3 %  App.IVa2  CA  C2 
 
6.  53  CA 80 % ; C2 15 % ; Prot 4 % ; C1 1 %  App.IVa2  CA  CA>C2 
 
7.  63  CA 84 % ; Prot 12 % ; C1 4 %  App.IVa2  CA  CA 
 
8.  CA 44 % ; WK 30 % ; PACC 15 ; Prot 5 % ; C2 4 % ; C1 2 %  IVa  CA+C2  CA+WK 
 
9.  71  CA 50 % ; WK 25 % ; Prot 20 % ; C1 5 %  VIb  CA+WK  PROT 
 
10.  42  CA 40 % ; Br 23 % ; WK 15 % ; C2 10 % ; Prot 7 % ; C1 5 %  App.IVa2  CA  CA 
 
11.  58  CICA 80 % ; Prot 20 %  INH  CICA  PROT 
 
12.  70  PACC 58 % ; CA 28 % ;Prot 10 % ; C1 4 %  IVa  CA+PACC  PACC 
 
13.  58  C1 45 % ; C2 38 % ; CA 10 ; Prot 7 %  IIb  C1  C2 
 
14.  78  WK 60 % ; CA 20 % ; Prot 10 % ; PACC 10 %  App.IVa2  WK  WK 
 
15.  81  CA 28 % ; POC 25 % ; WK 20 % ; PACC 16 % ; Prot 10 % ; TRG 1 %  App.IVa2  WK  CA+OCP 
 
16.  75  CA 36 % ; Prot 19 % ; WK 18 % ; POC 10 % ; PACC 8 % ; C2 6 %  INH  CA+WK  PROT 
 
17.  59  Prot 80 % ; TRG 10 % ; CA 7 % ; PAM 3 %  VIa  PROT  PROT 
 
18.  75  WK 65 % ; PACC 15 % ; CA 10 % ; Prot 5 % ; C2 5 %  App.IVa2  WK  PACC+WK 
 
19.  35  CA 45 % ; C1 25 % ; Prot 15 % ; C2 11 % ; POC 4 %  App.IVa2  OCP  CA>C2 
 
20.  36  CA 40 % ; WK 25 % ; C1 17 % ; PACC 10 % ; Prot 8 %  IVa  WK  CA 
           
21.  63  CA 60 % ; C1 12 % ; Prot 11 % ; C2 9 % ; PAM 6 % ; UrAm 2 %  IVb  CA>PAM  CA 
 
22.  77  CA 67 % ; WK 15 % ; Prot 9 % ; PACC 6 % ; C1 3 %a  App.IVa2  WK>PACC  CA 
 
23.  68  CA 40 % ; Br 28 % ; C2 10 % ; Urée 10 ; Prot 7 % ; C1 5 %  IVa  CA>Br  CA>Br 
 
24.  72  CA 50 % ; WK 40 % ; Prot 6 % ; C1 4 % ;  App.IVa2  WK  CA+WK 
 
25.  87  CA 72 % ; Prot 12 % ; PACC 10 % ; C2 4 % ; C1 2 %  App.IVa2  CA  CA 
 
26.  72  CA 45 % ; PACC 23 % ; WK 18 % ; Prot 8 % ; C1 6 %  IVb  PACC  CA 
 
27.  74  CA 34 % ; C1 25 % ; WK 15 % ; C2 12 % ; Prot 8 % ; PACC 6 %  App.IVa2  WK  C1 
 
28.  64  PACC 43 % ; WK 20 % ; CA 20 % ; Prot 10 % ; C2 4 % ; C1 3 %  App.IVa2  PACC  CA 
 
29.  80  WK 45 % ; CA 40 % ; Prot 9 % ; C1 6 %a  App.IVa2  WK  WK 
 
30.  46  CA 61 % ; PACC 28 % ; Prot 8 % ; C1 3 %  App.IVa2  CA>PACC  CA>PACC 
 
31.  70  CA 39 % ; PACC 28 % ; Prot 18 % ; C2 11 % ; C1 4 %  App.IVa2  CA>PACC  CA+PACC 
 
32.  94  CA 74 % ; Prot 9 % ; WK 7 % ; PACC 5 % C1 3 % ; C2 2 %  App.IVa2  CA  CA 



Légende :
Br : brushite ; C1 : whewellite ; C2 : weddellite ; CA : carbapatite ; CICA : citrate de calcium tétrahydraté ; POC : phosphate octocalcique ; PACC : phosphate amorphe de calcium carbonaté ; PAM : struvite ; Prot : protéines ; TRG : triglycérides ; UrAm : urate d’ammonium ; WK : whitlockite.

[a] 
Les calculs no 22 et 29 étaient associés à un adénocarcinome.


Tableau 2 - Nature et fréquence des constituants identifiés dans les calculs.
Phases cristallines  Composants majoritaires (%)  Composants identifiés dans les calculs (%) 
Apatite carbonatée (CA)  24 (75)  31 (96,9) 
 
Whitlockite (WK)  3 (9,4)  16 (50) 
 
Phosphate amorphe de calcium carbonaté (PACC)  2 (6,3)  14 (43,8) 
 
Oxalate de calcium monohydraté (C1)  1 (3,1)  23 (71,9) 
 
Oxalate de calcium dihydraté (C2)  17 (53,1) 
 
Protéines (PROT)  1 (3,1)  32 (100) 
 
Brushite (Br)  2 (6,3) 
 
Struvite (PAM)  4 (12,5) 
 
Phosphate octocalcique (POC)  3 (9,4) 
 
Triglycéride (TRG)  2 (6,3) 
 
Citrate de calcium (CICA)  1 (3,1)  1 (3,1) 
 
Urate d’ammonium (UrAm)  1 (3,1) 




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