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Seit 30 Jahren hat sich das Vorgehen zur Prävention von Nierensteinen kaum verändert. Jetzt haben Ingenieure eine Substanz entdeckt, die dazu beiträgt, Nierensteinen effektiv vorzubeugen. Sie hemmt nicht nur das Wachstum der Steine, sondern löst diese sogar auf.

Nierensteine sind kleine, harte Ablagerungen von Kristallen, die sich in der Niere bilden. Sie treten bei bis zu 12 Prozent der Männer und sieben Prozent der Frauen auf – mit steigender Tendenz. Risikofaktoren sind ein hoher Blutdruck, Diabetes und Adipositas. Ist bereits einmal ein Nierenstein aufgetreten, liegt die Wahrscheinlichkeit eines Rezidivs bei 60 Prozent. Zu Komplikationen kann es kommen, wenn die Steine in den Harnleiter wandern und dort zu einer Nierenkolik führen, die mit starken Schmerzen, Blut im Urin und der Gefahr einer Nierenschädigung verbunden ist.

In den letzten 30 Jahren hat sich das Vorgehen zur Vorbeugung von Nierensteinen kaum verändert. Ärzte empfehlen Patienten mit einem erhöhten Risiko meist, viel zu trinken und oxalathaltige Lebensmittel zu meiden. Denn die Mehrzahl der Nierensteine – etwa 65 Prozent –besteht aus Calciumoxalat. Zu den oxalatreichen Lebensmitteln gehören Rhabarber, Okra, Spinat, Rüben und Mandeln, aber auch Schokolade, Kaffee sowie schwarzer Tee.

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Bild eines Nierensteins. © University of Houston

Eine weitere Empfehlung lautet, Citrat (CA) in Form von Kaliumcitrat einzunehmen, welches das Kristallwachstum verzögern kann. So zeigt eine aktuelle Review, dass Kaliumcitrat die Neubildung von Nierensteinen verhindern und die Größe der Steine verringern kann. Allerdings werden auch Nebenwirkungen beschrieben – hauptsächlich Störungen des oberen Verdauungstrakts. Etwa 16 Prozent der Patienten brechen die Einnahme wegen Nebenwirkungen ab. Weiterhin muss bei Kaliumcitrat auch das Risiko einer Hyperkaliämie beachtet werden.

Natürliches Fruchtextrakt löst Kristalle auf

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Ingenieur Jeffrey Rimer leitete die Studie. © University of Houston

Nun hat ein Forscherteam einen möglichen alternativen Wirkstoff zu Kaliumcitrat entdeckt. Die Wissenschaftler um Jeffrey Rimer von der Fakultät für chemische und biomolekulare Technologie an der Universität Houston (USA) konnten erstmals zeigen, dass die chemische Verbindung Hydroxycitrat (HCA) das Wachstum von Calciumoxalat-Kristallen effektiv hemmt – und sie unter bestimmten Bedingungen sogar auflöst. Die Entdeckung könnte dazu beitragen, neue Ansätze zur Vorbeugung von Nierensteinen zu entwickeln, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature“. An der Studie waren auch Mitarbeiter der Firma Litholink beteiligt, die Urintests zur Diagnose von Harnsteinen entwickelt und anbietet.

Hydroxycitrat ist chemisch mit Kaliumcitrat verwandt. Es ist ein natürliches Fruchtextrakt und wird auch als Nahrungsergänzungsmittel angeboten. In ihrer Untersuchung verglichen Rimer und seine Kollegen die beiden Substanzen mithilfe verschiedener Verfahren. Zunächst analysierten sie mithilfe der Atomkraft-Mikroskopie das Wachstum von Calciumoxalat-Kristallen unter realitätsnahen Bedingungen. Mit diesem Verfahren lässt sich das Kristallwachstum in Echtzeit mit einer Auflösung auf nahezu molekularer Ebene beobachten. Bei ihren Analysen beobachteten die Forscher, dass die Kristalle bei bestimmten Konzentrationen von HCA schrumpften. Rimer hielt diese Beobachtung zunächst für einen Messfehler, weil sich Kristalle normalerweise in einer stark übersättigen Lösung nicht auflösen. Doch weitere Tests ergaben, dass das ursprüngliche Ergebnis richtig war.

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Das Wachstum von Calciumoxalat-Kristallen (links) wird durch Citrat (CA) und Hydroxycitrat (HCA) beeinflusst. © University of Houston

HCA bindet stärker an Kristalloberfläche als CA

Im nächsten Schritt analysierten die Wissenschaftler die Ursachen für diesen Prozess. Mithilfe der Dichtefunktionaltheorie (DFT) untersuchten sie, wie sich HCA und CA an Calcium und Calciumoxalat-Kristalle binden. Die DFT ist eine sehr genaue computerbasierte Methode, mit der sich Struktur und Eigenschaften von Materialien analysieren lassen. Die Berechnungen zeigten, dass HCA eine stärkere Bindung mit der Kristalloberfläche eingeht als CA und so eine Spannung erzeugt, die offenbar dazuführt, dass sich Calcium- und Oxalat-Ionen lösen. Dieser Prozess führt letztlich zur Auflösung der Kristalle.

Schließlich testeten Rimer und sein Team an sieben gesunden Probanden ohne Nierensteine, ob HCA mit dem Urin wieder ausgeschieden wird – eine Voraussetzung, um es als Medikament einzusetzen. Die Teilnehmer nahmen die Substanz drei Tage lang in einer üblichen Dosis ein. Dabei zeigt sich, dass eine erhebliche Menge HCA mit dem Urin wieder ausgeschieden wird.

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Oben: Das atomkraftmikroskopische Bild eines Calciumoxalat-Kristalls in einer Hydroxycitrat-Lösung zeigt die schichtweise Auflösung im Zeitverlauf. Unten: Die Anlagerung von Hydroxycitrat an die Kristalle erzeugt eine Spannung, die schließlich zur Auflösung der Kristalle führt. © University of Houston

Untersuchungen am Menschen notwendig

„Unsere ersten Ergebnisse sind vielversprechend und bilden die Grundlage, um einen neuen, effektiven Wirkstoff zur Vorbeugung von Nierensteinen zu entwickeln“, sagt Rimer. „Wenn die Auflösung der Kristalle ähnlich wie in unseren Laboruntersuchungen auch beim Menschen funktioniert, hat HCA ein großes Potential, das Auftreten von Nierensteinen und chronischen Nierenstein-Erkrankungen zu reduzieren.“

Da Hydroxycitrat potenter wirkt als Kaliumcitrat, könnte es in Zukunft die bevorzugte Substanz zur Vorbeugung von Nierensteinen sein. Darüber hinaus könnte es für Patienten geeigneter sein, die einen alkalischen Urin haben. Denn Kaliumcitrat erhöht den pH-Wert des Urins, was die Bildung von Calciumphosphat-Steinen – einer anderen Art von Nierensteinen – begünstigt.

Allerdings seien im Moment noch viele Fragen offen, die in weiteren Studien überprüft werden müssten, betont Rimer: So müsse die Wirksamkeit von HCA in klinischen Studien untersucht, eine geeignete Dosis gefunden und die langfristige Sicherheit des Wirkstoffs überprüft werden. Derzeit ist HCA in Kapselform als Appetitzügler erhältlich. Seine genaue Wirkweise ist bisher jedoch nicht wissenschaftlich untersucht.