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2022 Recommendations of the AFU Lithiasis Committee: Epidemiology, stone analysis and composition

Référence : Prog Urol, 2023, 14, 33, 737-765

The incidence of urinary lithiasis is rising steadily in industrialized countries, and its prevalence in the general population of France is estimated at 10%. Renal colic accounts for 1–2% of emergency department consultations. At a time when the new LASER stone fragmentation techniques available to urologists will lead to ever finer in situ pulverization of stones, the exact identification of the compounds that form the stone is essential for etiological diagnosis. Constitutional analysis by infrared spectrophotometry or X-ray diffraction is therefore recommended, to be complemented by morphological typing of the calculi.


These recommendations have been drawn up using two methods: the Recommendation for Clinical Practice (RPC) method and the ADAPTE method, depending on whether or not the issue was considered in the EAU recommendations (urolithiasis) [EAU 2022] and their adaptability to the French context.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.
2022 Recommendations of the AFU Lithiasis Committee: Epidemiology, stone analysis and composition
Recommandations 2022 de la Commission lithiase de l’AFU : épidémiologie, analyse et composition des calculs
English version

In recent years, the epidemiological features of urinary tract stones [1, 2]have been changing due to modifications in diet habits, health conditions, environmental factors, and prevalence of conditions that predispose to stone formation (obesity, diabetes, metabolic syndromes).

The incidence of urinary tract stones is constantly increasing in industrialized countries and their prevalence in France, in the general population, is estimated at 10%. Renal colic represents 1 to 2% of the reasons for consultation in emergency departments [2, 3] and concerns ∼170,000 visits to emergency departments per year.1, 2

Stone incidence is influenced by geographical, climatic, ethnic, diet, drug and genetic factors. Their incidence seems to have increased in the last 20years [4, 5, 6]; however, 50% of patients with urinary tract stones will have only one episode during their lifetime, and approximately 10% will present frequent recurrences. A link between urinary tract stones and chronic kidney disease is becoming increasingly evident [7].

Stone analysis and composition
Why to analyze a stone?

One of the main goals of stone analysis is to provide reliable data on its composition and structure that will guide the clinician towards the risk factors or the disease responsible for the lithiasis process. To this aim, the stone morphology and composition must be investigated using physical methods. For urinary tract stones, this investigation is as important as the anatomopathological study for cancers.

Why to analyze the stone morphology?

The first step in the physical analysis of a urinary tract stone is the visual study of its morphology [8, 9, 10].

The stone morphology (i.e. its appearance, texture, and color) is the first information obtained by the urologist when using endoscopic techniques to remove the stone(s) and by the pathologist when examining a stone under the microscope. The stone morphological examination allows highlighting specific pathological contexts and also detecting phenomena of crystalline conversion that are frequent in calcium oxalate stones in which weddellite, recognized as a calcium-dependent species [11], can transform in situ into whewellite that is thermodynamically more stable and is oxalate-dependent [12]. As a consequence, infrared or X-ray diffraction analysis may reveal a preponderance of whewellite, although it was not responsible for the stone formation. On the other hand, the morphological examination of the stone, or its fragments, can reveal whether it was induced by hypercalciuria. The other major interest of the morphological analysis is to immediately detect specific causes of lithiasis that may be genetic and that are not suggested by the simple crystalline composition.

Three examples can be given:

stones in which the main component is whewellite, which is the most frequent and often the most abundant crystalline species found in urinary stones, belong to the morphological type I. Type Ia, type Ic, and type Ie stones essentially suggest diet-related causes [13], genetic causes [14], and digestive inflammatory diseases or malabsorption following bariatric surgery [12, 15], respectively;
for stones rich in calcium phosphates, type IVa2 immediately suggests genetic or acquired diseases responsible for distal renal tubular acidosis [16];
for stones rich in purines, type IIId clearly indicates chronic diarrhea associated with dysnutrition, while type IIIb suggests a metabolic syndrome or diabetes [13].

Moreover, the stone morphological analysis allows determining whether it originated from a Randall's plaque [17]. These papillary calcifications composed mainly of calcium phosphate are increasingly observed in the kidneys of patients with urinary tract stones and also, to a lesser extent, without stones. These calcium plaques are often at the origin of the nucleation of calcium oxalate stones [18].

In practice, urinary tract stones can be classified into six types that are subdivided into twenty-two subtypes [19]:

type I corresponds to whewellite and has five subtypes: Ia, Ib, Ic, Id, Ie;
type II corresponds to weddellite and includes three subtypes: IIa, IIb, IIc;
type III corresponds to trioxypurines (uric acid and urates) and includes four subtypes: two for uric acid (IIIa and IIIb) and two for urates (IIIc and IIId);
type IV includes all calcium and magnesium phosphates. It is subdivided into five subtypes: IVa1 and IVa2 for stones with high carbonated apatite content, IVb for mixtures of calcium orthophosphates, IVc for struvite, and IVd for brushite;
type V corresponds to cystine and has two subtypes: Va and Vb;
type VI corresponds to soft stones with high protein content. It is subdivided into three subtypes: VIa, VIb and VIc.

Approximately half of urinary tract stones can be classified into one of these types/subtypes. The other stones are often the combination of two types (20–30%), or more rarely of three (15–20%) or more types (≤5%) with a complex composition.

Figure 1, Figure 2, Figure 3 show some examples of pure and mixed stones.

Figure 1
Figure 1. 

Examples of pure and mixed urinary tract stones. A to H. Stones made of pure or almost pure (>95%) whewellite. A. Surface of type Ia with papillary umbilication containing a Randall's plaque of carbonated apatite. B. Section of type Ia. C. Surface of type Ic. D. Section of type Ic. E. Surface of type Id. F. Section of type Id at the periphery and mixed Ia+Id in the center. G. Surface of type Ie. H. Surface of type Ia with a grayish layer that corresponds to a very recent (few days) layer of whewellite and with a Randall's plaque of carbonated apatite (arrow). I to L. Stones made of whewellite and weddellite. I. Section showing a nucleus of whewellite (type Ia) surrounded by weddellite (type IIa). J. Mixed stone of type Ia+IIb with a Randall's plaque of carbonated apatite (arrow). K. Mixed surface of type Ia+IIb. L. Mixed surface of type Ia+IIb due to progressive crystalline conversion of weddellite (light areas) to whewellite (dark areas).

Figure 2
Figure 2. 

Examples of pure and mixed urinary stones. A to C. Stones made of weddellite. A. Surface of type IIa. B. Surface of type IIb. C. Section of type IIb. D to F. Stones made of weddellite and carbonated apatite. D. Surface of type IIb+IVa. E. Surface of type IVa+IIa (weddellite is in microcrystalline form and creates small brilliant dots mixed with budding areas of carbonated apatite). F. Section of type IIa+IVa concentric, alternated layers made of a mixture of weddellite (brown-yellow layers) and of carbonated apatite (whitish layers). G to J. Pure stones of uric acid. G. Surface of type IIIa. H. Section of type IIIa. I. Surface of type IIIb. J. Section of type IIIb. K and L. Mixed calcium oxalate and uric acid stones. K. Surface IIIb+Ia with a Randall's plaque (arrow). L. Stone section showing a nucleus of whewellite (type Ia) surrounded by uric acid (type IIIb).

Figure 3
Figure 3. 

Examples of pure and mixed urinary tract stones. A. Surface of mixed stone of uric acid and whewellite (type IIIb+Ie). B. Surface of type IIIc made of ammonium urate. C. Section of type IIId made of ammonium urate. D. Surface of type IVa1 made mainly of carbonated apatite, but it is important to identify the minor components by infrared spectrophotometry to guide the etiological diagnosis. E. Surface of type IVa2 made of carbonated apatite. F. Heterogeneous surface of type IVb that very often corresponds to a mixture of calcium phosphate with magnesium phosphate and/or calcium oxalate. The components identified by infrared spectrophotometry guide the etiological diagnosis. G. Section of type IVb corresponding to a mixture of calcium and magnesium phosphate, often of infectious origin. H. Surface of type IVc made of struvite. I. Surface of type IVd made of brushite. J. Section of type IVd (brushite). K. Cystine stone with surface of type Va. L. Cystine stone with section of type Va.

Which method (physical or chemical) to identify the stone composition?

The second step in the analysis of a urinary tract stone must be carried out using physical methods of molecular and crystalline characterization to identify not the ions/chemical molecules but the crystalline species, by taking into account the fact that most of a stone constituents exist in different crystalline forms due to different causes. From this point of view, chemical analysis techniques, still widely used in many countries, but less and less in industrialized countries, do not meet this objective because they do not provide any information on the crystalline species, they do not reliably identify the molecules present, and they do not offer clinically relevant information on the proportions of the different components in case of mixed stones [20].

The available physical techniques are essentially of two types:

techniques that provide information on the stone superficial and internal structural characteristics;
techniques that identify the stone chemical, molecular and crystalline composition with sufficient precision to allow its sequential analysis from the nucleus to the surface.

This will lead to the identification of the nucleation and growth factors, which may be the same or very different, as it is often the case in clinical practice.

At a time when the new laser fragmentation techniques available to urologists will lead to increasingly fine stone dusting in situ , in 2021 a consensus conference that brought together nephrologists, urologists and clinical biologists emphasized the essential role of precise stone analysis in the diagnosis and management of urinary tract stones [21]. It confirmed the interest of the stone composition analysis by infrared spectrophotometry or X-ray diffraction that should be completed by morphological typing.

The exact identification of the stone components is essential for the etiological diagnosis. Indeed, more than 100 different components have been identified in urinary tract stones. A dozen can be considered common (frequency>1%), but among the others, some can reveal very specific diseases or causes of urinary stone disease. For example, dihydroxyadenine is a sign of adenine phosphoribosyltransferase (APRTase) deficiency (a rare genetic disease) that causes stone formation and also end-stage kidney disease. Dihydroxyadenine has radiological characteristics comparable to those of uric acid, but does not respond to alkalinizing treatment. Another example is calcium tartrate tetrahydrate stones: 27 cases were reported in the United States following excessive consumption of L-carnitine tartrate [22]. In these patients, stone formation was stopped only by stopping its intake. Other examples include xanthine stones caused by genetic xanthine dehydrogenase deficiency, and stones made of poorly soluble therapeutic molecules with high urinary excretion, such as atazanavir, N-acetylsulfadiazine or ceftriaxone [23].

Infrared spectrophotometry allows also assessing the carbonation rate of some carbonated calcium orthophosphates, such as carbonated apatite and amorphous carbonated calcium phosphate. Indeed, it has been shown that there is a strong link between the carbonate content of these phosphates and the metabolic or infectious cause of stone formation [24].

These physical analyses can help clinicians to identify the cause of urinary stone disease. However, the laboratories in charge of stone analysis with physical methods must have the necessary skills to interpret X-ray diffraction patterns and infrared spectra. This requires specialized training. In France, most medical laboratories that perform these analyses have received specific training in the interpretation of infrared spectra of stones.

It is essential to keep in mind that one patient can concomitantly have several stone types. Patients may also present different stone types during their life [25, 26], the causes of which may differ depending on when they were formed.

It is useful to retrieve a whole stone or fragments for a complete morphological and infrared analysis during each treatment or renal colic event.

Composition of urinary tract stones in function of the epidemiological data

According to Daudon et al. [27], “if all studies on the nature of stones conclude that calcium oxalate has become the main component of most stones, the nature of the crystalline phases (whewellite or weddellite) and their distribution in function of the patients’ sex and age reveal very important differences that are clinically relevant. Indeed, it is acknowledged that whewellite is mainly an oxalate-dependent crystalline species [8, 28], whereas weddellite is calcium-dependent [8, 11, 28, 29]”. According to the authors, “examining the distribution of these two crystalline species according to population groups highlights different causes or risk factors of urinary stone disease” [27].

According to Daudon et al. [30], in Europe during the 20th century, the improved diet and medical progress (introduction of antibiotics) has led to a gradual decrease in phosphate or uric acid bladder stones in children and to an increase of upper urinary tract stones (mostly made of calcium oxalate) essentially in 30- to 60-year-old adults. The main reason proposed to explain these changes in stone composition and epidemiology was the important modification of the general population's diet habits, particularly in the middle classes: increased consumption of animal proteins, salt, lipids and refined sugars, decreased intake of vegetables and fibers.

In a French multicenter study [31] on 51,747 stones analyzed by several large French public- and private-sector laboratories between January 2001 and December 2004, calcium oxalate was clearly the most frequent main component (71.8% of all stones analyzed) (Table 1, Table 2). In 2018, calcium oxalate was still the main component [30].

Daudon et al. also reported that the stone composition is very different in function of the sex (Table 2, Table 3, Figure 4) [30, 31].

Figure 4
Figure 4. 

Male/female ratio in patients with urinary stone disease in function of the main component of their first stone [30]. ACCP: amorphous carbonated calcium phosphate; CA: carbapatite; Pres_MAP: presence of struvite; CaPh: calcium phosphates; WK: whitlockite; MPS: mucopolysaccharides; MAP: struvite; OCPP: octacalcium phosphate pentahydrate; CYS: cystine; AmUr: Ammonium urate; Prot: proteins; Whew: whewellite; Br: brushite; CaOx: calcium oxalates; UA0: uric acid anhydrous; ATZ: atazanavir; UrAc: uric acids; Wed: weddellite; UA2: uric acid dihydrate.

This table lists the stone components, thus the total is>100% because a stone may include different components (mixed stones), unlike Table 3 that lists only the main component (->100%).

Figure 5, Figure 6 show the distribution of stone components in function of the patients’ age: infection stones predominate in young children, calcium-dependent stones are more common in young adults, oxalate-dependent stones are most common in 30- to 70-year-old patients, and uric acid stones are most common in>50-year-old patients [30, 32].

Figure 5
Figure 5. 

Distribution of the main stone components in men in function of their age [32]. Wh: whewellite; Wd: weddellite; CaP: carbapatite; MAP: struvite; UrAc: uric acid (anhydrous or dihydrate); AmUr: ammonium urate; Cys: cystine; Others: other components.

Figure 6
Figure 6. 

Distribution of the main stone components in women in function of age [32]. Wh: whewellite; Wd: weddellite; CaP: carbapatite; MAP: struvite; UrAc: uric acid (anhydrous or dihydrate); AmUr: ammonium urate; Cys: cystine; Others: other components.

In adult men, weddellite predominates (40.6% of stones) between the ages of 20 and 30years and then decreases steadily to represent only 4.9% of stones after the age of 80years (Figure 5).

In adult women, the distribution of constituents is similar, with some significant quantitative differences among age groups (Figure 6). For example, weddellite, the main stone constituent in the 15–20 years group, represents only 18.8% of stones in the 20–30years group, and then decreases steadily until the age of 60.

Several epidemiological studies carried out in the last decades showed a positive correlation between body mass index (BMI) and risk of urinary stone disease. Moreover, for the same BMI, the risk is higher in women than in men [33, 34]. Powell et al. demonstrated that the urinary excretion of factors implicated in stone formation (calcium, uric acid, phosphate or oxalate) was significantly higher in patients with obesity [35]. Similarly, stone recurrence rate is influenced by the BMI. It is significantly higher in individuals with BMI<20 or26, and is highest in patients with obesity (Figure 7). BMI also strongly influences the stone composition [36].

Figure 7
Figure 7. 

Stone recurrence rate in function of the BMI [36]. The BMI interval noted as 24–25 corresponds to the normal BMI values between 24 and 25.99kg/m2. This is applicable to all BMI classes shown in the figure. In individuals with a BMI28kg/m2, recurrence rates are two times higher than in individuals with normal BMI values.

Comparison of the relative frequency of the major stone components in patients with low (<19kg/m2), normal (23–25kg/m2), and high (>30kg/m2) BMI showed that calcium phosphate was more frequent in the low BMI group and then decreased in the normal and high BMI groups. Conversely, uric acid was almost four times more frequent in the high BMI group compared with the other BMI groups (Figure 8).

Figure 8
Figure 8. 

Frequency of the main stone types in function of the BMI [36]. Wh: whewellite; Wd: weddellite; CA: carbapatite; UA: uric acid.

Recent epidemiological studies have shown that the prevalence of urinary stone disease is higher in patients with diabetes, independently of other risk factors [37, 38]. Moreover, a specific distribution of stone components has been observed in patients with diabetes, without any equivalent in other pathological contexts [39] (Figure 9).

Figure 9
Figure 9. 

Frequency of the main stone types in function of the sex and presence/absence of diabetes [39]. Wh: whewellite; Wd: weddellite; CA: carbapatite; UA: uric acid; MAP: struvite.

The influence of the geographical regions on stone composition within a country was evaluated in a study in the United States, where significant differences in the distribution of stone components were observed, independently of the differences in urinary stone disease prevalence [40]. A French multicenter study, carried out between 2001 and 2004, analyzed the stone composition in the different French regions and departments. It reported very significant variations, particularly in the proportion of whewellite. Specifically, whewellite was the main component in 60.2% and 61.5% of stones in the Midi-Pyrénées region and in Corsica, but only in 44.4% and 44.8% of stones in the Île-de-France and Nord-Pas de Calais regions, respectively (Table 4) [30, 31]. Table 5 shows the composition of stones in different countries [30].

Infection stones, classically made of struvite, represents only 1.3% of all struvite stones [41]. As shown in Figure 10, the proportion of infection stones is highest in the 2–5years group.

Figure 10
Figure 10. 

Percentage of infection stones containing struvite in function of the patients’ sex and age.

Mixed stones represent 93% of all stones; they are made of at least two components [30]. Table 6 lists the nine most common crystal mixtures.

A Randall's plaque (i.e. interstitial and intratubular calcifications) is now considered the starting point of most calcium oxalate stones in many industrialized countries [30]. Table 7 shows the distribution of whole calcium oxalate stones in function of their major component and the frequency of Randall's plaques observed for each component.

Version française

Les caractéristiques épidémiologiques de la lithiase urinaire [1,2] n’ont cessé d’évoluer ces dernières années faisant suite aux modifications des habitudes nutritionnelles, des conditions sanitaires, des facteurs environnementaux et de la prévalence des affections qui prédisposent au risque de lithiase (obésité, diabète, syndrome métabolique).

L’incidence de la lithiase urinaire est en augmentation constante dans les pays industrialisés et sa prévalence en France, dans la population générale, est estimée à 10 %. La colique néphrétique représente 1 à 2 % des motifs de consultation dans les services d’urgences [2, 3] et près de 170 000 passages annuels aux urgences2 .1, 2

L’incidence de survenue des calculs dépend de facteurs géographiques, climatiques, ethniques, diététiques, médicamenteux et génétiques. Si cette incidence semble en augmentation depuis ces 20 dernières années [4, 5, 6], 50 % des patients lithiasiques n’auront qu’un seul épisode durant leur vie, et environ 10 % auront une lithiase urinaire active avec des récidives fréquentes. Un lien entre lithiase et insuffisance rénale chronique parait de plus en plus évident [7].

Analyse et composition des calculs
Pourquoi analyser un calcul ?

L’un des principaux objectifs de l’analyse d’un calcul est de fournir au clinicien une information fiable sur sa composition et sa structure orientant aussi précisément que possible vers les facteurs de risque ou les maladies responsables du processus lithiasique. Pour atteindre cet objectif, l’analyse du calcul doit être morpho-constitutionnelle et réalisée par des méthodes physiques. Cet examen du calcul est aussi important dans le domaine de la lithiase que l’examen anatomopathologique en cancérologie.

Pourquoi est-il indispensable d’effectuer une analyse morphologique du calcul ?

Le premier temps de l’analyse physique d’un calcul par le biologiste ou l’urologue est l’étude visuelle de sa morphologie [8, 9, 10].

La morphologie du calcul, c’est-à-dire son aspect, sa texture, sa couleur, est la première information perçue par l’urologue lorsqu’il traite le calcul par des techniques endoscopiques et par le biologiste lorsqu’il examine un calcul au microscope. Le double intérêt de l’examen morphologique du calcul est de détecter des contextes pathologiques particuliers et d’apprécier les phénomènes de conversion cristalline qui sont fréquents dans les calculs oxalocalciques où la weddellite, reconnue comme une espèce calcium-dépendante [11], peut se transformer in situ en whewellite, thermodynamiquement plus stable qui, elle est oxalo-dépendante [12].

À cause de ce phénomène, une analyse infrarouge ou par diffraction X peut révéler une prépondérance de la whewellite alors que celle-ci n’est pas responsable de la formation du calcul. Or, l’examen morphologique du calcul ou de ses fragments permet de savoir si celui-ci a été induit par une hypercalciurie. L’autre intérêt majeur de l’analyse morphologique est de détecter immédiatement des causes particulières de lithiase, souvent sévères, qui peuvent être génétiques et qui ne sont pas suggérées par la simple composition cristalline.

Trois exemples peuvent être donnés: pour la whewellite, qui est l’espèce cristalline la plus fréquente des calculs urinaires et souvent la plus abondante :

le type Ia oriente essentiellement vers des causes diététiques [13] ;
le type Ic vers des causes génétiques [14] ;
le type Ie vers des maladies inflammatoires digestives ou une intervention bariatrique induisant des phénomènes de malabsorption [12, 15].

Pour les phosphates de calcium, le type IVa2 oriente immédiatement vers des maladies génétiques ou acquises responsables d’une acidose tubulaire distale [16]. Enfin, pour les purines, le type IIId oriente directement vers des diarrhées chroniques associées à une dysnutrition tandis que le type IIIb conduira à rechercher un syndrome métabolique, voire un diabète [13].

Un autre intérêt de l’analyse morphologique du calcul est de savoir si celui-ci a été induit par une plaque de Randall [17]. Ces calcifications papillaires essentiellement composées de phosphates de calcium sont de plus en plus souvent observées aujourd’hui dans les reins des patients lithiasiques et à un moindre degré chez les non lithiasiques. Ces calcifications sont à l’origine de la nucléation de très nombreux calculs oxalocalciques [18].

En pratique, les calculs peuvent être classés en 6 types subdivisés en 22 sous-types [19] :

le type I correspond à la whewellite et comporte 5 sous-types : Ia ; Ib ; Ic ; Id ; Ie ;
le type II correspond à la weddellite et comporte 3 sous-types : IIa; IIb, IIc ;
le type III rassemble les trioxypurines (acides uriques et urates) et comporte 4 sous-types, 2 pour l’acide urique (IIIa et IIIb) et 2 pour les urates (IIIc et IIId) ;
le type IV regroupe tous les phosphates calciques et magnésiens. Il se subdivise en 5 sous-types: IVa1 et IVa2 pour les calculs très majoritaires en carbapatite, IVb pour les mélanges d’orthophosphates calciques, IVc pour la struvite et IVd pour la brushite ;
le type V correspond à la cystine avec deux sous-types Va et Vb ;
enfin, le type VI correspond à des calculs souvent mous à forte teneur en protéines. Il se subdivise en 3 sous-types : VIa, VIb et VIc.

Environ la moitié des calculs peut se classer dans un type donné, l’autre moitié associant deux types (20 à 30 % des cas), plus rarement trois (15–20 %), voire davantage (≤5 %) pour des calculs de composition complexe.

Les Figure 1, Figure 2, Figure 3 illustrent quelques exemples de calculs purs ou mixtes.

Figure 1
Figure 1. 

Exemples de calculs purs ou mixtes. A à H. Calculs faits de whewellite pure ou presque pure (>95 %). A. Surface de type Ia avec une ombilication papillaire contenant une plaque de Randall de carbapatite. B. Section de type Ia. C. Surface de type Ic. D. Section de type Ic. E. Surface de type Id. F. Section de type Id en périphérie et mélangée Ia+Id dans la partie centrale. G. Surface de type Ie. H. Surface de type Ia avec un voile grisâtre correspondant à une couche de whewellite très récente (quelques jours) et avec une plaque de Randall de carbapatite (flèche). I à L. Calculs mixtes de whewellite et de weddellite. I. Section montrant un noyau de whewellite de type Ia entouré de weddellite de type IIa. J. Calcul mixte de type Ia+IIb avec une plaque de Randall de carbapatite (flèche). K. Surface mixte de type Ia+IIb.L. Surface mixte de type Ia+IIb par conversion cristalline progressive de la weddellite (zones claires) en whewellite (zones sombres).

Figure 2
Figure 2. 

Exemples de calculs purs ou mixtes. A à C. Calculs de weddellite. A. Surface de type IIa. B. Surface de type IIb. C. Section de type IIb. D à F. Calculs mixtes de weddellite et de carbapatite. D. Surface de type IIb+IVa. E. Surface de type IVa+IIa (la weddellite est microcristalline et génère de petits points brillants mélangés aux zones bosselées de la carbapatite). F. Section de type IIa+IVa concentrique alternée faite d’un mélange de weddellite (couches brun-jaune) et de carbapatite (couches blanchâtres). G à J. Calculs purs d’acide urique. G. Surface de type IIIa. H. Section de type IIIa. I. Surface de type IIIb. J. Section de type IIIb. K et L. Calculs mixtes oxalo-uriques. K. Surface IIIb+Ia avec une plaque de Randall (flèche). L. Section de calcul montrant un noyau de whewellite de type Ia entouré d’acide urique de morphologie IIIb.

Figure 3
Figure 3. 

Exemples de calculs purs ou mixtes. A. Surface d’un calcul mixte d’acide urique et de whewellite de type IIIb+Ie. B. Surface de type IIIc fait d’urate acide d’ammonium. C. Section de type IIId fait d’urate acide d’ammonium. D. Surface de type IVa1 faite essentiellement de carbapatite, mais les composés minoritaires qui lui sont souvent associés sont importants à identifier par spectrophotométrie infrarouge pour orienter le diagnostic étiologique. E. Surface de type IVa2 faite de carbapatite. F. Surface hétérogène de type IVb correspondant très souvent à un mélange de phosphates calciques accompagnés de phosphates magnésiens et/ou d’oxalates de calcium. La nature des composants précisée par analyse infrarouge oriente le diagnostic étiologique. G. Section IVb correspondant à un mélange de phosphates calciques et magnésiens souvent d’origine infectieuse. H. Surface de type IVc faite de struvite. I. Surface de type IVd faite de brushite. J. Section de type IVd (brushite). K. Calcul de cystine à surface de type Va. L. Calcul de cystine à section de type Va.

Par quelles méthodes, chimiques ou physiques, identifier la composition d’un calcul ?

Le second temps de l’analyse du calcul doit être réalisé par des méthodes physiques de caractérisation moléculaire et cristalline permettant d’identifier, non les ions, non les molécules chimiques, mais les espèces cristallines, sachant que la plupart des constituants courants des calculs existent de fait sous plusieurs formes cristallines distinctes pouvant relever de causes différentes. De ce point de vue, les techniques chimiques d’analyse, encore largement utilisées dans de nombreux pays du monde, mais de moins en moins dans les pays industrialisés, ne répondent pas à cet objectif puisqu’elles ne fournissent aucune information sur les espèces cristallines, qu’elles ne permettent pas d’identifier de manière fiable les molécules présentes et qu’elles n’offrent pas non plus des informations cliniquement pertinentes sur les proportions des différents composants en cas de mélanges [20].

Les techniques physiques à mettre en œuvre sont essentiellement de deux natures: des techniques permettant de renseigner sur les caractéristiques structurales superficielles et internes du calcul et des techniques d’identification suffisamment fines et précises de la composition à la fois chimique, moléculaire et cristalline pour permettre une analyse séquentielle du calcul, depuis le noyau jusqu’à sa surface, afin d’identifier les facteurs de nucléation et les facteurs de croissance du calcul qui peuvent être soit identiques soit, au contraire, très différents, ce qui, en pratique clinique, est souvent le cas.

À l’heure où les nouvelles techniques de fragmentation LASER des calculs mises à la disposition des urologues vont conduire à une pulvérisation in situ de plus en plus fine des calculs, une conférence de consensus publiée en 2021 réunissant des néphrologues, des urologues et des biologistes souligne le caractère essentiel d’une analyse appropriée des calculs pour le diagnostic et la prise en charge de la maladie lithiasique [21]. Elle confirme l’intérêt d’une analyse constitutionnelle par spectrophotométrie infrarouge ou diffraction des rayons X à compléter par un typage morphologique des calculs.

L’identification exacte des composés qui forment le calcul est essentielle pour le diagnostic étiologique. En effet, plus de 100 corps différents ont été identifiés dans les calculs de l’arbre urinaire. Une douzaine peuvent être considérés comme courants (avec une fréquence>1 %), mais parmi les autres, certains peuvent révéler des maladies ou des causes de lithiase très spécifiques. Citons la dihydroxyadénine qui signe une maladie génétique rare, le déficit en adénine phosphoribosyltransférase (APRTase), responsable de lithiase, mais aussi d’insuffisance rénale terminale. La dihydroxyadénine présente des caractéristiques radiologiques comparables à celles de l’acide urique, mais elle ne réagit pas au traitement alcalinisant. On peut citer également le tartrate de calcium tétrahydraté dont plusieurs dizaines de cas ont été rapportés aux États-Unis à la suite de la consommation excessive de tartrate de l-carnitine [22]. Seul le sevrage vis-à-vis de ce produit permet de stopper l’activité lithiasique.

On pourrait évoquer également d’autres composés comme la xanthine provoquée par un déficit génétique en xanthine déshydrogénase et les calculs médicamenteux faits de molécules peu solubles à forte excrétion urinaire comme l’atazanavir, la N-acétylsulfadiazine ou le ceftriaxonate de calcium [23].

Un autre intérêt de l’analyse des calculs par spectrophotométrie infrarouge est la possibilité d’évaluer le taux de carbonatation de certains orthophosphates calciques carbonatés comme la carbapatite et le phosphate amorphe de calcium carbonaté. En effet, il a été montré qu’il existait une forte relation entre le taux de carbonate de ces phosphates et la cause métabolique ou infectieuse des calculs [24].

Ces analyses physiques sont donc extrêmement intéressantes pour aider les cliniciens à identifier la cause des calculs. Encore faut-il que les laboratoires qui analysent les calculs par des méthodes physiques aient la compétence nécessaire pour interpréter les diagrammes de diffraction X ou les spectres infrarouges, ce qui nécessite une formation spécialisée.

En France, la plupart des laboratoires de biologie médicale qui pratiquent ces analyses ont bénéficié d’une formation spécifique à l’interprétation des spectres infrarouges de calculs.

Il est essentiel de savoir qu’il peut co-exister plusieurs types de calculs de façon synchrone chez un même patient. Un patient peut aussi développer différents types de calculs au cours de son existence [25, 26] dont les causes peuvent être différentes selon la période où ils ont été formés.

Il est utile de récupérer un calcul entier ou des fragments pour une analyse complète, morphologique et infrarouge lors de chaque traitement ou épisode de colique néphrétique.

Composition des calculs en fonction des données épidémiologiques

D’après Daudon et al. [27], « si toutes les études sur la nature des calculs convergent pour conclure que l’oxalate de calcium est devenu le composant principal de la majorité des calculs, la nature des phases cristallines (whewellite ou weddellite) et leur répartition en fonction du sexe et de l’âge des patients font apparaître de très importantes différences qui sont cliniquement essentielles, puisqu’il est établi aujourd’hui que la whewellite est une espèce cristalline essentiellement oxalo-dépendante [8, 28] alors que la weddellite, au contraire, est calcium-dépendante [8, 11, 28, 29] ». D’après les auteurs, « examiner la distribution de ces deux espèces cristallines selon les groupes de population oriente donc vers des causes ou des facteurs de risque lithogènes différents » [27].

D’après Daudon et al. [30], durant le XXe siècle en Europe, avec l’amélioration de l’état nutritionnel des populations et grâce aux progrès de la médecine (avènement des antibiotiques), la lithiase vésicale phosphatique ou uratique de l’enfant a peu à peu régressé et cédé la place à une lithiase du haut appareil urinaire affectant essentiellement les adultes de la 3e à la 6e décennie et dont les calculs sont majoritairement composés d’oxalate de calcium. La principale raison mise en avant pour exprimer cette transformation de la nature des calculs et leurs caractéristiques épidémiologiques a été la modification profonde des habitudes alimentaires de la population générale, en particulier des classes moyennes : augmentation de la consommation des protéines animales, de sel, de lipides et de sucres raffinés, diminution de la consommation de végétaux et de fibres.

Dans une étude coopérative française [31] portant sur 51 747 calculs analysés entre janvier 2001 et décembre 2004 par plusieurs grands laboratoires français du secteur public et privé, la distribution des calculs était en faveur de l’oxalate de calcium qui apparaît clairement comme le composant majoritaire le plus fréquent, puisqu’il représente 71,8 % des calculs (Tableau 1, Tableau 2). En 2018, l’oxalate de calcium reste le composant majoritaire [30].

Selon le sexe des patients, Daudon et al. rapportent que la distribution des calculs est très différente (Tableau 2, Tableau 3, Figure 4) [30, 31].

Figure 4
Figure 4. 

Rapport hommes/femmes (H/F) des patients lithiasiques en fonction du composant majoritaire de leur premier calcul [30]. Astérisque : ensemble des phosphates de calcium ou des oxalates de calcium ou des acides uriques. PACC : phosphate amorphe de calcium carbonaté ; CA : carbapathie ; PAM : struvite ; PhCa : phosphate de calcium ; WK : whitlockite ; MPS : mucopolysaccharides ; OCP : phosphate octocalcique pentahydraté ; CYS : cystine ; UrAm : urate d’ammonium ; Prot : protéines ; Wh : whewellite ; Br : brushite ; OxCa : oxalates de calcium ; AU0 : acide urique anhydre ; ATZ : atazanavir ; AcUr : acide urique ; Wd : weddellite ; AU2 : acide urique dihydraté.

Les Figure 5, Figure 6 illustrent la répartition des constituants lithiasiques en fonction de l’âge : les calculs d’infection prédominent chez le jeune enfant ; les calculs calcium-dépendants sont plus fréquents chez les jeunes adultes ; les calculs oxalo-dépendants sont les plus fréquents entre 30 et 70 ans ; les calculs d’acide urique sont plus fréquents au-delà de 50 ans [30, 32].

Figure 5
Figure 5. 

Répartition des composants majoritaires observés dans les calculs de l’homme adulte en fonction de l’âge [32]. C1 : whewellite ; C2 : weddellite ; CA : carbapatite ; PAM : struvite ; AcUr : acide urique (anhydre ou dihydraté) ; UrAm : urate acide d’ammonium ; Cys : cystine ; Div : autres composants.

Figure 6
Figure 6. 

Répartition des composants majoritaires observés dans les calculs de la femme adulte en fonction de l’âge [32]. C1 : whewellite ; C2 : weddellite ; CA : carbapatite ; PAM : struvite ; AcUr : acide urique (anhydre ou dihydraté) ; UrAm : urate acide d’ammonium ; Cys : cystine ; Div : autres composants.

Chez l’homme adulte, on note que la weddellite prédomine (40,6 % des calculs) entre 20 et 30 ans et qu’elle diminue régulièrement ensuite pour ne plus représenter que 4,9 % des calculs après 80 ans (cf. Figure 5).

Chez la femme, on note une évolution comparable de la distribution des constituants avec des différences quantitatives importantes (cf. Figure 6). Par exemple, la weddellite, principal constituant entre 15 et 20 ans, ne représente plus que 18,8 % des calculs entre 20 et 30 ans, puis diminue régulièrement jusqu’à 60 ans.

Plusieurs études épidémiologiques réalisées depuis une dizaine d’années ont montré une corrélation positive entre l’IMC et le risque de lithiase, celui-ci étant plus élevé, pour un même IMC, chez la femme que chez l’homme [33, 34]. De plus, Powell et al. ont montré que l’excrétion des facteurs de risque lithogènes tels que calcium, acide urique, phosphate ou oxalate était significativement augmentée dans le groupe des patients obèses [35]. Par ailleurs, comme l’illustre la Figure 7, le taux de récidive des calculs est influencé par l’IMC, la proportion de patients récidivants augmentant significativement lorsque l’IMC est inférieur à 20 ou supérieur à 26, le taux de récidive étant maximum chez les obèses. L’IMC influence aussi fortement la nature des calculs [36].

Figure 7
Figure 7. 

Fréquence de récidive en fonction de l’IMC [36]. Pour ne pas surcharger la légende de la figure, les IMC ont été indiqués en valeurs entières. Noter qu’un intervalle d’IMC noté 24–25 correspond aux IMC compris entre 24 et 25,99kg/m2. Cela s’applique pareillement à toutes les classes d’IMC présentées. Chez les sujets dont l’IMC est égal ou supérieur à 28kg/m2, les récidives apparaissent deux fois plus fréquentes que chez les sujets dont l’IMC est normal.

Pour ne pas surcharger la légende de la figure, les IMC ont été indiqués en valeurs entières. Noter qu’un intervalle d’IMC noté 24–25 correspond aux IMC compris entre 24 et 25,99kg/m2. Cela s’applique pareillement à toutes les classes d’IMC présentées. Chez les sujets dont l’IMC est égal ou supérieur à 28kg/m2, les récidives apparaissent deux fois plus fréquentes que chez les sujets dont l’IMC est normal.

La Figure 8 compare la fréquence relative des principaux constituants lorsque l’IMC est faible (<19kg/m2), normal (23–25kg/m2) ou élevé (sujets obèses, IMC>30kg/m2). Il apparaît clairement que les phosphates calciques sont plus fréquents en cas d’IMC très bas et que leur proportion diminue lorsque l’IMC est normal ou élevé. À l’inverse, l’acide urique est presque quatre fois plus élevé chez les sujets obèses, comparativement aux autres patients lithiasiques, la différence étant très significative.

Figure 8
Figure 8. 

Fréquence des principaux types de calculs en fonction de l’IMC des patients [36]. C1 : whewellite ; C2 : weddellite ; CA : carbapatite ; AcUr : acide urique.

Des études épidémiologiques récentes ont montré que la prévalence de la lithiase était augmentée dans le diabète, indépendamment des autres facteurs de risque [37, 38]. On observe chez les diabétiques une distribution particulière des constituants sans équivalent dans d’autres contextes pathologiques [39] (cf. Figure 9).

Figure 9
Figure 9. 

Fréquence des principaux types de calcul en fonction du sexe selon que le patient est ou n’est pas diabétique [39]. C1 : whewellite ; C2 : weddellite ; CA : carbapatite ; AcUr : acide urique ; PAM : struvite.

L’influence de la région sur la variation de composition des calculs au sein d’un même pays a été évaluée dans une étude qui a été conduite aux États-Unis où il a été observé, indépendamment de la différence de prévalence de la lithiase, des écarts significatifs dans la répartition des constituants lithiasiques [40]. L’étude multicentrique française, réalisée entre 2001 et 2004, a permis d’étudier la composition des calculs par régions françaises et même par départements. Des variations très significatives ont été observées, en particulier, la proportion de la whewellite qui prédominait dans 60,2 % des calculs observés dans la région Midi-Pyrénées et même 61,5 % des calculs formés en Corse alors qu’elle était seulement de 44,4 % des calculs de la régions Île-de-France ou 44,8 % de la région Nord-Pas de Calais (Tableau 4) [30, 31]. Le Tableau 5 illustre la composition des calculs observés dans différentes régions du monde [30].

La lithiase d’infection, classiquement représentée par la struvite représente seulement 1,3 % de calculs majoritaires en struvite [41]. Comme l’illustre la Figure 10, la proportion de ces calculs se maintient à un niveau élevé dans la classe d’âge deux à cinq ans.

Figure 10
Figure 10. 

Proportion des calculs d’infection contenant de la struvite en fonction du sexe et de l’âge des patients.

Les calculs mixtes représentent 93 % des calculs ; ils sont composés d’au moins 2 constituants [30]. Le Tableau 6 regroupe les 9 associations cristallines les plus communes.

La Plaque de Randall (PR), calcifications interstitielles et intra-tubulaires, est devenue le point de départ de la majorité des calculs oxalocalciques dans de nombreux pays industrialisés [30]. Le Tableau 7 montre la distribution de ces calculs recueillis entiers en fonction du composant principal ainsi que la fréquence des PR observées pour chacun de ces composants.

Disclosure of interest

The authors declare that they have no competing interest.

Table 1 - Frequency (%) of the main component identified in urinary stones in France [31].
Main component Frequency (%) 
Calcium oxalates 71.8 
Whewellite 50.1 
Weddellite 21.7 
Calcium phosphates 13.6 
Carbapatite 11.4 
Brushite 1.5 
Other calcium phosphates 0.7 
Magnesium ammonium phosphate (struvite) 1.3 
Presence of struvite (whatever its proportion in the stone) 4.5 
Uric acids 10.8 
Presence of uric acid (whatever its proportion in the stone) 12.8 
Other components (including cystine, rare purines and drugs) 2.6 

Table 2 - Frequency (%) of stone components according to the patients’ sex [30].
Component Men Women Total P a 
 Frequency (%) Frequency (%) Frequency (%)  
Calcium oxalates 93.2 89.4 92.1 10−6 
Whewellite 90.2 85.8 88.8 10−6 
Weddellite 58.8 56.3 58.0 10−3 
Caoxite <0.01 <0.01 <0.01 – 
Calcium phosphates 77.5 84.4 79.7 10−6 
Carbapatite 77.1 84.2 79.3 10−6 
ACCP 7.8 20.0 11.7 10−6 
Brushite 4.2 4.1 4.2 NS 
Whitlockite 3.0 6.3 4.0 10−6 
OCPP 2.1 3.8 2.6 10−6 
Struvite 3.7 12.3 6.4 10−6 
TMPP 0.02 0.05 0.03 – 
Newberyite <0.01 0.08 0.03 – 
Purines 17.2 14.0 16.2 10−6 
Uric acids 14.7 9.5 13.1 10−6 
Uric acid anhydrous 14.4 9.3 12.8 10−6 
Uric acid monohydrate 0.1 0.3 0.1 0.01 
Uric acid dihydrate 8.4 4.8 7.3 10−6 
Ammonium urate 2.6 5.3 3.5 10−6 
Sodium urate 1.1 0.5 0.9 10−4 
Potassium quadriurate 0.05 0.08 0.06 – 
Other urates 0.04 0.05 0.05 – 
Dihydroxyadenine 0.02 0.03 0.02 – 
Xanthine 0.01 <0.01 – 
Cystine 1.2 2.2 1.5 10−6 
Drugs 0.4 0.4 0.4 NS 
Indinavir 0.1 0.07 0.1 – 
Atazanavir 0.3 0.1 0.2 – 
Triamterene 0.04 0.1 0.06 – 
Sulfadiazine, NASD 0.02 0.05 0.03 – 
NASM 0.01 <0.01 0.01 – 
Efavirenz <0.01 0.02 <0.01 – 
Ceftriaxone 0.02 <0.01 – 
Opale 0.08 0.06 0.08 – 
Calcite 0.2 0.2 0.2 NS 
Proteins 74.9 82.5 77.3 10−6 
Proteoglycans 6.3 4.7 5.8 10−6 

Légende :
ACCP: amorphous carbonated calcium phosphate; OCPP: octacalcium phosphate pentahydrate; TMPP: trimagnesium phosphate pentahydrate; NASD: N-acetylsulfadiazine; NASM: N-acetylsulfamethoxazole.

[a]  Men vs. women.

Table 3 - Frequency (%) of the main components according to the patients’ sex (2000–2016) [30].
Component Men  Women  Total  P a 
 n  Frequency (%) n  Frequency (%) n  Frequency (%)  
Calcium oxalates 20,332 74.7 7267 58.3 27,599 69.5 10−6 
Whewellite 14,266 52.4 5580 44.8 19,846 50.0 10−6 
Weddellite 6066 22.3 1687 13.5 7753 19.5 10−6 
Calcium phosphates 2721 10.0 3470 27.8 6191 15.6 10−6 
Carbapatite 1936 7.1 3079 24.7 5015 12.6 10−6 
Without struvite 1368 5.0 1994 16.0 3362 8.5 10−6 
Brushite 690 2.5 261 2.1 951 2.4 NS 
OCPP 49 0.2 40 0.3 89 0.2 NS 
Whitlockite 30 0.1 41 0.3 71 0.2 10−4 
ACCP 16 <0.1 49 0.4 65 0.2 10−4 
Struvite 278 1.0 299 2.4 577 1.5 10−6 
Presence of struvite 1031 3.8 1545 12.4 2576 6.5 10−6 
Purines 3233 11.9 958 7.7 4191 10.6 10−6 
Uric acids 3157 11.6 898 7.2 4055 10.2 10−6 
Uric acid anhydrous 2683 9.8 790 6.3 3473 8.7 10−6 
Uric acid monohydrate <0.1 <0.1 <0.1 – 
Uric acid dihydrate 472 1.7 106 0.8 578 1.5 10−6 
Ammonium urate 56 0.2 43 0.3 99 0.2 NS 
Sodium urate 11 <0.1 <0.1 19 <0.1 – 
Other urates <0.1 <0.1 <0.1 – 
Dihydroxyadenine <0.1 <0.1 <0.1 – 
Xanthine <0.1 <0.1 – 
Cystine 329 1.2 269 2.2 598 1.5 10−6 
Drugs 69 0.25 32 0.25 101 0.25 NS 
Indinavir 19 0.1 <0.1 26 < 0.1 – 
Atazanavir 45 0.2 11 0.1 56 0.1 – 
Othersb <0.1 14 0.1 19 <0.1 – 
Miscellaneous <0.1 <0.1 16 <0.1 – 
Proteins 230 0.8 124 1.0 354 0.9 NS 
Proteoglycans 29 0.1 40 0.3 69 0.2 0.01 
Total 27,229 100 12,467 100 39,696 100  

Légende :
ACCP: amorphous carbonated calcium phosphate; OCPP: octacalcium phosphate pentahydrate; TMPP: trimagnesium phosphate pentahydrate; NS: not significant.

[a]  Men vs. women.
[b]  Includes other drugs (sulfadiazine, N-acetylsulfadiazine, triamterene, opale) and methyl-1-uric acid (metabolite of trimethylxanthines).

Table 4 - French regions with a significantly different stone composition compared with the national mean value [31].
Components acid Whewellite Weddellite Carbapatite Presence of struvite Uric acid 
 50.7 21.1 11.4 4.5 10.8 
North of France      
Nord-Pas de Calais 44.8 *** NS NS 6.9*** NS 
Picardie NS NS NS 2.3 ** NS 
Île-de-France 44.4 *** NS 13.57.4*** 8.8
Champagne-Ardenne 45.9 ** NS NS NS NS 
Alsace NS NS 8.52.813.5
Haute Normandie 45.6 ** 25.0*** 13.5NS NS 
Basse Normandie NS NS 15.7*** 6.8*** NS 
Bretagne NS NS NS NS 7.8 ** 
Pays de Loire 46.6 ** 23.4** 13.2NS NS 
South of France      
Rhône-Alpes 56.0*** NS NS 2.9NS 
Auvergne 54.3NS 7.7 ** NS 13.4
Limousin NS NS NS NS NS 
Poitou-Charentes 45.0 *** NS 14.7** 2.813.5
Aquitaine NS 12.1 *** NS NS 16.2*** 
Midi-Pyrénées 60.2*** ** NS 
Languedoc-Roussillon NS NS NS NS 13.5
Côte d’Azur 55.2** NS 8.12.613.7
Corsica 61.5*** NS NS NS NS 

Légende :
In italics are the regions where a given component is decreased and in bold the regions where it is increased. NS: not significant.
* P <0.01; ** P <0.001; *** P <0.0001 vs. the mean distribution observed in France.

Table 5 - Stone composition in different countries [30].
 Europe  North America South America Africa  Australia Asia 
Country Germany France Spain Russia United States Brazil Algeria Tunisia South Africa  India Pakistan China Japan 
References Knoll, 2011 Daudon, 2008 De Miguel-Elizaga, 2011 Novikov, 2012 Kadlec, 2012 da Silva, 2009 Bouslama, 2015 Alaya, 2012 Rodgers, 2012 Lee, 2013 Ansari, 2005 Ahmed, 2006 Wu, 2014 Hossain, 2003 Ogawa, 2012 
Calcium stones 78 85 73.8 86.8 – 75.1 83.6 – – – 92.8 70.5 88.7 – M/Wa/b 
Calcium oxalates – 71.8 49.1 66.0 68.6 65.1 68.5 58.6 60.8 64.0 91.0 60.0 82.6 40.0c 92.1/90.3 
Calcium phosphates – 13.6 2.9 20.8 10.3 10.0 15.1 8.9 4.6 – 1.8 10.5 6.1 5.1 6.5/12.8 
Mixed stones – – 24.7 – 8.6d – – – 13.1 – – – – 35.4 10.7/14.4 
Struvite/infectious stones 6.0 1.3/4.5e – – – 6.7 3.9/11.1e 3.8 9.2 7.0 1.4 1.4 3.6 3.7 1.4/5.1 
Uric acid/urates 11.0 10.9 20.5 10.5 12.4 16.0 9.2 25.5 11.5 16.0 3.7 15.0 5.6 15.8 5.0/2.2 
Cystine 0.6 0.9 – 2.7 – 1.8 3.6 1.6 0.8 – – 0.3 – – 0.7/1.6 
Miscellaneous – 1.5 2.8 – – 0.4 – 1.6 – – – – 2.1 – 0.3/0.7 

[a]  Proportions observed in men (M) and women (W).
[b]  Only stones from the upper urinary tract.
[c]  Only pure stones.
[d]  +Struvite and cystine stones.
[e]  Struvite as main component/presence of struvite.

Table 6 - Main associations in stones [30].
Mixed stones Men Women Global 
 Frequency (%) Frequency (%) Frequency (%) 
Wh+Wd+CA 37.2 31.4 35.3 
Wh+CA 13.2 12.9 13.1 
UA+Wh 5.2 2.9 4.5 
Wd+CA 2.3 2.3 2.3 
Wh+Wd 2.5 1.5 2.2 
CA+ACCP+Wh 0.7 1.3 0.9 
MAP+CA+ACCP 0.45 1.7 0.8 
Cys+CA 0.55 1.2 0.75 
Ca+Br+Wd 0.4 0.4 0.4 
Total 62.5 55.6 60.3 

Légende :
ACCP: amorphous carbonated calcium phosphate; Br: brushite; CA: carbapatite; Cys: cystine; MAP: struvite; UA: uric acid; Wh: whewellite; Wd: weddellite.

Table 7 - Frequency of Randall's plaques (RP) in whole stones [30].
 Men  Women 
 Number Number 
Total number of stones 15,289  6131  
Whewellite 9101 3347   
RP carbapatite 4118 45.2 1389 41.5 
RP ACCP 92 1.0 29 0.9 
RP sodium urate 97 1.1 0.6 
Total RP 4307 47.3 1427 42.6 
Weddellite 3193 800   
RP carbapatite 393 12.3 91 11.4 
RP ACCP 13 0.4 0.25 
RP sodium urate <0.1 0.13 
Total RP 407 12.7 94 11.8 
Uric acid 1991 508   
RP carbapatite 60 3.0 11 2.2 
RP ACCP 0.1 0.2 
RP sodium urate 14 0.7 0.4 
Total RP 76 3.8 14 2.8 
Carbapatite 1004 1476   
RP carbapatite 15 1.5 37 2.5 
RP PACC 0.1 
Total RP 15 1.5 38 2.6 
Total RP 4805 31.4 1573 25.7 

Légende :
ACCP: amorphous carbonated calcium phosphate.

Tableau 1 - Fréquence (%) des composants majoritaires identifiés dans les calculs urinaires en France [31].
Composants majoritaires Fréquence (%) 
Oxalate de calcium 71,8 
Whewellite 50,1 
Weddellite 21,7 
Phosphates de calcium 13,6 
Carbapatite 11,4 
Brushite 1,5 
Autres phosphates calcique 0,7 
Phosphate ammoniacomagnésien (struvite) 1,3 
Présence de struvite 4,5 
Acide urique 10,8 
Présence d’acide urique 12,8 
Autres (y compris cystine, purines rares et médicaments) 2,6 

Tableau 2 - Composition dominante des calculs selon le sexe des patients [30].
Composant Hommes Femmes Global p homme versus femme 
 Fréquence (%) Fréquence (%) Fréquence (%)  
Oxalates de calcium 93,2 89,4 92,1 10−6 
Whewellite 90,2 85,8 88,8 10−6 
Weddellite 58,8 56,3 58,0 10−3 
Caoxite <0,01 <0,01 <0,01 – 
Phosphates de calcium 77,5 84,4 79,7 10−6 
Carbapatite 77,1 84,2 79,3 10−6 
PACC 7,8 20,0 11,7 10−6 
Brushite 4,2 4,1 4,2 NS 
Whitlockite 3,0 6,3 4,0 10−6 
Phosphate octocalcique, 5H22,1 3,8 2,6 10−6 
Struvite 3,7 12,3 6,4 10−6 
Phosphate trimagnésien, 5H20,02 0,05 0,03 – 
Newberyite <0,01 0,08 0,03 – 
Purines 17,2 14,0 16,2 10−6 
Acides uriques 14,7 9,5 13,1 10−6 
Acide urique anhydre 14,4 9,3 12,8 10−6 
Acide urique monohydraté 0,1 0,3 0,1 0,01 
Acide urique dihydraté 8,4 4,8 7,3 10−6 
Urate d’ammonium 2,6 5,3 3,5 10−6 
Urate de sodium 1,1 0,5 0,9 10−4 
Quadriurate de potassium 0,05 0,08 0,06 – 
Urate de sodium et potassium 0,04 0,05 0,05 – 
Urate de calcium hexahydraté 0,02 0,03 0,02 – 
Dihydroxyadénine 0,01 <0,01 – 
Acide méthyl-l-urique 1,2 2,2 1,5 10−6 
Xanthine 0,4 0,4 0,4 NS 
Cystine 0,1 0,07 0,1 – 
Protéines 0,3 0,1 0,2 – 
Mucopolysaccharides 0,04 0,1 0,06 – 
Médicaments 0,02 0,05 0,03 – 
Indinavir 0,01 <0,01 0,01 – 
Atazanavir <0,01 0,02 <0,01 – 
Triamtérène 0,02 <0,01 – 
Sulfadiazine, NASD 0,08 0,06 0,08 – 
Sulfamethoxazole 0,2 0,2 0,2 NS 
Éfavirenz 74,9 82,5 77,3 10−6 
Ceftriaxone 6,3 4,7 5,8 10−6 
Opale 0,008 0,06 0,08 – 
Calcite 0,2 0,2 0,2 NS 

Légende :
PACC : phosphate amorphe de calcium carbonaté ; NASD : N-acétylsulfadiazine ; NS : non significatif.
Ce tableau tient compte des composants dominants, la sommes est>100 % car il peut y avoir plusieurs (calculs mixtes), contrairement au tableau suivant qui ne retient qu’un seul composant majoritaire (->100 %).

Tableau 3 - Fréquence des constituants majoritaires selon le sexe (période 2000–2016) [30].
Composant Hommes  Femmes  Total  p homme versus femme 
 Nombre Fréquence (%) Nombre Fréquence (%) Nombre Fréquence (%)  
Oxalates de calcium 20 332 74,7 7267 58,3 27 599 69,5 10−6 
Whewellite 14 266 52,4 5580 44,8 19 846 50,0 10−6 
Weddellite 6066 22,3 1687 13,5 7753 19,5 10−6 
Phosphates de calcium 2721 10,0 3470 27,8 6191 15,6 10−6 
Carbapatite (CA) 1936 7,1 3079 24,7 5015 12,6 10−6 
Sans PAM 1368 5,0 1994 16,0 3362 8,5 10−6 
Brushite 690 2,5 261 2,1 951 2,4 NS 
POCP 49 0,2 40 0,3 89 0,2 NS 
Whitlockite 30 0,1 41 0,3 71 0,2 10−6 
PACC 16 <0,1 49 0,4 65 0,2 10−6 
Struvite 278 1,0 299 2,4 577 1,5 10−6 
Présence de struvite 1031 3,8 1545 12,4 2576 6,5 10−6 
Purinesa 3233 11,9 958 7,7 4191 10,6 10−6 
Acides uriques 3157 11,6 898 7,2 4055 10,2 10−6 
Acide urique anhydre 2683 9,8 790 6,3 3473 8,7 10−6 
Acide urique monohydraté <0,1 <0,1 <0,1 – 
Acide urique dihydraté 472 1,7 106 0,8 578 1,5 10−6 
Urate d’ammonium 56 0,2 43 0,3 99 0,2 NS 
Urate de sodium 11 <0,1 <0,1 19 <0,1 – 
Autres urates <0,1 <0,1 <0,1 – 
Dihydroxyadénine <0,1 <0,1 <0,1 – 
Xanthine <0,1 <0,1  
Cystine 329 1,2 269 2,2 598 1,5 10−6 
Protéines 230 0,8 124 1,0 354 0,9 NS 
Mucopolysaccharides 29 0,1 40 0,3 69 0,2 0,01 
Médicaments 69 0,25 32 0,25 101 0,25 NS 
Indinavir 19 0,1 <0,1 26 <0,1 – 
Atazanavir 45 0,2 11 0,1 56 0,1 – 
Autresb <0,1 14 0,1 19 <0,1 – 
Divers <0,1 <0,1 16 0,1 – 
Total 27 229 100 12 467 100 39 696 100  

Légende :
PAM : phosphate ammoniacomagnésien ; POCP : phosphate octocalcique pentahydraté ; PACC : phosphate amorphe de calcium carbonaté ; NS : non significatif.

[a]  Comporte toutes les purines identifiées comme composant majoritaire d’un calcul, c’est-à-dire les acides uriques, l’urate d’ammonium, l’urate de sodium, le quadriurate de potassium, la xanthine, la dihydroxy-2,8-adénine et l’acide méthyl-l-urique, le dernier étant comptabilisé parmi les composés « Divers ».
[b]  La rubrique « Autres » comporte la sulfadiazine, le triamtérène et la silice opaline.

Tableau 4 - Régions présentant une distribution significativement différente de la moyenne nationale pour certains constituants [31].
Constituants Whewellite Weddellite Carbapatite Présence struvite Acide urique 
Fréquence moyenne 50,7 21,1 11,4 4,5 10,8 
Régions : nord de la France      
Nord-Pas de Calais 44,8 *** NS NS 6,9*** NS 
Picardie NS NS NS 2,3 ** NS 
Île-de-France 44,4 *** NS 13,57,4*** 8,8
Champagne-Ardenne 45,9 ** NS NS NS NS 
Alsace NS NS 8,52,813,5
Haute Normandie 45,6 ** 25,0*** 13,5NS NS 
Basse Normandie NS NS 15,7*** 6,8*** NS 
Bretagne NS NS NS NS 7,8 ** 
Pays de Loire 46,6 ** 23,4** 13,2NS NS 
Régions : sud de la France      
Rhône-Alpes 56,0*** NS NS 2,9NS 
Auvergne 54,3NS 7,7 ** NS 13,4
Limousin NS NS NS NS NS 
Poitou-Charentes 45,0 *** NS 14,7** 2,813,5
Aquitaine NS 12,1 *** NS NS 16,2*** 
Midi-Pyrénées 60,2*** 17,07,92,1 ** NS 
Languedoc-Roussillon NS NS NS NS 13,5
Provence-Alpes-Côte d’Azur 55,2** NS 8,12,613,7
Corse 61,5*** NS NS NS NS 

Légende :
En italiques sont indiquées les régions où les constituants sont diminués et en gras les régions où ils sont augmentés. * p <0,01 ; ** p <0,001 ; *** p <0,0001 contre la distribution moyenne observée en France. NS : non significatif.

Tableau 5 - Composition des calculs dans différents pays du monde [30].
 Europe  Amérique du Nord Amérique du Sud Afrique  Australie Asie 
Pays Allemagne France Espagne Russie États-Unis Brésil Algérie Tunisie Afrique du sud  Inde Pakistan Chine Japon Japon 
Référence Knoll, 2011 [12Daudon, 2008 [13De Miquel-Elizaga, 2011 [14Novikov, 2012 [15Kadlec, 2012 [16da Silva, 2009 [17Bouslama, 2013 [18Alaya, 2012 [19Rodgers, 2012 [20Lee, 2013 [21Ansari, 2005 [22Ahmed, 2006 [23Wu, 2014 [24Hossain, 2003 [25Ogawa, 2012 [26
Calculs calciques 78 85,4 73,8 86,8 – 75,1 83,6 – – – 92,8 70,5 88,7 – 92,1/90,3 
Oxalates de calcium – 71,8 49,1 66,0 68,6 65,1 68,5 58,6 60,8 64 91 60 82,6 40,0c 74,9/63,1 
Phosphates de calcium – 13,6 2,9 20,8 10,3 10,0 15,1 8,9 4,6 – 1,8 10,5 6,1 5,1 6,5/12,8 
Calculs mixtes – – 24,7 – 8,6d – – – 13,1 – – – – 35,4 10,7/14,4 
Struvite/calculs d’infection 1,3/4,5e – – 6,7 3,9/11,1e 3,8 9,2 1,4 14 3,6 3,7 1,4/5,1 
Acide urique/urates 11 10,9 20,5 10,5 12,4 16,0 9,2 25,5 11,5 16 3,7 15 5,6 15,8 5,5/2,2 
Cystine 0,6 0,9 – 2,7 – 1,8 3,6 1,6 0,8 – – 0,3 – – 0,7/1,6 
Divers – 1,5 2,8 – – 0,4 – 1,6 – – – – 2,1 – 0,3/0,7 

[a]  Proportions chez hommes (H) et femmes (F) sur toute la colonne.
[b]  Uniquement calculs du haut appareil.
[c]  Calculs purs.
[d]  + divers (struvite et cystine).
[e]  Struvite majoritaire/présence de struvite.

Tableau 6 - Principales associations binaires et ternaires dans les calculs [30].
Mélanges Hommes Femmes Total 
 Fréquence (%) Fréquence (%) Fréquence (%) 
Wh+Wd+CA 37,2 31,4 35,3 
Wb+CA 13,2 12,9 13,1 
AU+Wh 5,2 2,9 4,5 
Wd+CA 2,3 2,3 2,3 
Wh+Wd 2,5 1,5 2,2 
CA+PACC+Wh 0,7 1,3 0,9 
PAM+CA+PACC 0,45 1,7 0,8 
CYS+CA 0,55 1,2 0,75 
CA+Br+Wd 0,4 0,4 0,4 
Total des mélanges 62,5 55,6 60,3 

Légende :
Wh : whewellite ; Wd : weddellite ; CA : carbapatite ; PACC : phosphate amorphe de calcium carbonaté ; Cys : cystine ; PAM : phosphate ammoniacomagnésien ; AU : acide urique ; Br : brushite.

Tableau 7 - Fréquence des plaques de Randall (PR) sur les calculs recueillis entiers [30].
 Hommes  Femmes 
 Nombre Nombre 
Nombre total de calculs 15 289  6131  
Whewellite 9101  3347  
PR carbapatite 4118 45,2 1389 41,5 
PR PACC 92 1,0 29 0,9 
PR urate Na 97 1,1 0,6 
Total PR 4307 47,3 1427 42,6 
Weddellite 3193  800  
PR carbapatite 393 12,3 91 11,4 
PR PACC 13 0,4 0,25 
PR urate Na <0,1 0,13 
Total PR 407 12,7 94 11,8 
Acide urique 1991  508  
PR carbapatite 60 3,0 11 2,2 
PR PACC 0,1 0,2 
PR urate Na 14 0,7 0,4 
Total PR 76 3,8 14 2,8 
Carbapatite 1004  1476  
PR carbapatite 15 1,5 37 2,5 
PR PACC 0,1 
Total PR 15 1,5 38 2,6 
Total PR 4805 31,4 1573 25,7 

Légende :
PACC : phosphate amorphe de calcium carbonaté ; Na : sodium.


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