Les cristaux urinaires

Françoise Balédent

L'analyse des cristaux urinaires par examen microscopique est un examen simple, pouvant apporter des renseignements précieux.
Dans la majorité des cas, la présence de cristaux ne correspond pas à un état pathologique, et, selon le pH de l'urine, on pourra mettre en évidence, dans l'urine acide : des urates, cristaux d'acide urique, ou oxalates de calcium et dans l'urine alcaline : phosphates, carbonates de calcium, ou urates d'ammonium. Les phosphates, oxalates et urates sont très communs.
Plus rarement, d'autres cristaux sont retrouvés anormalement dans les urines.
La détermination du pH urinaire est donc un préalable nécessaire à l'analyse des cristaux urinaires. Le plus souvent elle peut être effectuée à l'aide de bandelettes réactives.
L'étude des cristaux sera d'autant plus facilitée que l'on pourra disposer de filtres polarisants.

I. Matériel et méthode

Matériel

  • Microscope avec objectifs 10x et 40x.
  • Si possible, filtre polarisant.
  • Centrifugeuse.
  • Tubes coniques à centrifuger de 15 ml.
  • Pipettes.
  • Lames et lamelles 20 x 20 mm.
  • Bandelettes réactives pour la mesure du pH.

Méthode

  • L'analyse doit être effectuée sur des urines fraîchement émises : première urines du matin ou urines émises à jeun au laboratoire. Les urines doivent être conservées à température ambiante (> 20°C).
    L’urine doit être recueillie directement dans le flacon qui sera analysé et l’analyse effectuée si possible moins de 2 heures après l’émission.
  • Commencer par la mesure du pH. La mesure de la densité urinaire peut avoir un intérêt si l’examen concerne un patient lithiasique (1).
  • Les urines pouvant contenir des cristaux chez les sujets sains, il est souhaitable d’améliorer la spécificité en examinant l’urine après homogénéisation par retournement.
  • L’examen des urines après centrifugation reste utile pour la mise en évidence de cristaux pathologiques.

Préparation le du culot de centrifugation

  • Homogénéiser délicatement l'urine,
  • Verser aussitôt dans un tube conique en le remplissant aux 3/4,
  • Centrifuger 5 mn à vitesse moyenne,
  • Rejeter l'urine surnageante,
  • Agiter le tube pour remettre en suspension le culot,
  • Aspirer quelques gouttes de culot avec une pipette,
  • Déposer une goutte sur une lame et recouvrir d'une lamelle,
  • Examiner aussitôt au microscope.

II.Cristaux sans signification pathologique obligatoire

1. Dans l'urine acide

Urates amorphes ( urates de calcium, de magnésium, de sodium ou de potassium)
Ils présentent un aspect de sable, comportant des granules brunâtres ou orangés, se regroupant parfois en amas. Ils sont dissous par l'alcalinisation ou la chaleur. Normaux en quantité modérée, ils sont augmentés au cours de la goutte et chez les malades sous chimiothérapie.
Cristaux d'urate (de sodium, potassium ou ammonium)
Ils forment de petites sphères brunes ou des aiguilles incolores, ils se transforment en cristaux d'acide urique lorsque l'urine est plus acide (par exemple en ajoutant de l'acide acétique à l'urine). Normaux en quantité modérée, ils sont augmentés au cours de la goutte et chez les malades sous chimiothérapie.

Cristaux d'acide urique
On les retrouve lorsque le pH se situe entre 5 et 5,5. Colorés en jaune ou brun-rouge, parfois verdâtres, leurs formes sont très variées : quadrangulaires, plats, ovales en forme de citron, de fuseaux ou de losanges aux pourtours curvilignes, en rosettes, en plaques irrégulières, ou parfois de forme hexagonale. En polarisation, ils sont très brillants aux couleurs de l'arc-en-ciel, les lamelles sont plutôt brillant verdâtres. Normaux en quantité modérée, ils sont augmentés au cours de la goutte, où leur présence peut témoigner d'une néphropathie.

Il faut toutefois noter qu'il n'existe aucune corrélation entre le taux d'acide urique sanguin ou la survenue d'une crise de goutte, et la présence de cristaux d'acide urique dans les urines. D'autre part, il est possible de retrouver des calculs d'acide urique, sans que l'on observe une augmentation de l'excrétion urinaire de ces cristaux.

En cas de lithiase rénale, ils permettent d'orienter le diagnostic vers la nature urique de cette lithiase. Chez les malades sous chimiothérapie, la présence de quantités importantes de cristaux d'acide urique et d'urates, témoigne de l'intensité du renouvellement et du catabolisme des nucléoprotéines. Les traitements par théophilline, thiazidiques, hydroxyurée peuvent également entraîner une augmentation d'excrétion des cristaux d'acide urique.

Cristaux d'oxalates de calcium
Ils apparaissent dans l'urine de pH 6 à 7, sous forme de petits octaèdres incolores, petits carrés avec une croix en diagonale, en forme d'enveloppe. Ils sont parfois ovales ou en forme d'arachide ou d'haltères. En polarisation, ils présentent une biréfringence très faible, de couleur vert pâle. Normaux en quantité modérée, en particulier après ingestion d'aliments riches en oxalates (choux, rhubarbe, épinards, asperge, tomate, céleri, oseille, carambole, fruits tropicaux), ils sont augmentés au cours de certaines maladies rénales chroniques, ainsi que dans l'intoxication par l'éthylène glycol.

Ils peuvent également être augmentés au cours de maladies intestinales (maladie de Crohn). L'excrétion de cristaux de calcium est souvent augmentée chez les enfants et les personnes consommant beaucoup de laitages, et en cas d'immobilisation prolongée (perte osseuse).

Cristaux de sulfates de calcium
Ils ressemblent à de longues baguettes incolores ou à des prismes allongés. On les rencontre rarement et toujours dans les urines acides.

2. Dans l'urine alcaline

Les principaux cristaux présents dans l'urine alcaline sont les phosphates.
Les phosphates de calcium (brushite) et de magnésium sont moins solubles que les phosphates de sodium et potassium. Tous sont dissous lorsque le pH est acide, en particulier lorsque l'on ajoute de l'acide chlorhydrique dilué.

Les phosphates amorphes(sels de calcium ou magnésium)
On les retrouve dans l'urine alcaline ou peu acide, sous forme de granules incolores, pouvant se regrouper en agrégats, parfois visibles macroscopiquement. Ils sont augmentés en cas d'infection.

Cristaux de phosphates
Souvent abondants en cas d'infection urinaire avec des urines de pH alcalin.

Les cristaux de phosphates bi-calciques
Ce sont de longues pyramides triangulaires allongées, aux extrémités pointues, formant parfois des rosettes. On peut parfois les observer dans une urine acide.

Les cristaux de phosphates tri-calciques
Ils ressemblent à des granulations de sable, plus brillants que l'urate acide de sodium. Les culots de centrifugation sont blancs lorsqu'ils contiennent des cristaux de phosphates tri-calciques alors que le culot est jaune quand il s'agit de cristaux d'urates.

Les cristaux de phosphates ammoniacomagnésiens (struvite)
Ils se forment le plus souvent en cas d'infection bactérienne (en particulier Proteus). Ils sont de couleur et de formes variables : prismes à trois ou six côtés, aux extrémités obliques, typiquement en forme de couvercle de boîte allongée, ou de cercueil ; beaucoup plus rarement ramifiés en forme de fougère ou plus simples, aplatis ou ovalaires.

Les cristaux de phosphates de magnésium
Ils sont beaucoup plus rares et forment des rhomboïdes aux extrémités tronquées, des formes de grandes tables en losanges et très brillantes. Ces cristaux sont amorphes en polarisation.

Cristaux de carbonates de calcium
Ils sont rarement observés. Ils se présentent sous forme de petites sphères ou ovales parfois regroupés par deux ou par quatre. Ils sont bi-réfringents en polarisation de fluorescence. Lorsqu'on ajoute de l'acide, ils dégagent du gaz carbonique. Retrouvés après repas riches en lait ou fromage, on peut les observer au cours d'immobilisation prolongée, de métastases osseuses, d'hyperparathyroïdie, d'acidose tubulaire rénale.

Cristaux d'urate d'ammonium
Ils se forment lorsque le pH est alcalin, neutre ou faiblement acide. Ils accompagnent le plus souvent les cristaux de phosphates et les phosphates amorphes. Ce sont des sphères brun-jaunes avec des prolongements ressemblant à des épines.

III. Cristaux correspondant à un état pathologique du patient

1. Les cristaux de cholestérol

Ce sont de grandes plaques minces, lamelles carrées ou rectangulaires dont un angle est souvent cassé, aux bords parfois crénelés, elles peuvent être superposées, en marches d'escalier.
Incolores, transparents ou jaune pâles, ils ont une biréfringence gris terne ou jaune-verdâtre plus ou moins marquée.
On observe ces cristaux, ainsi que des gouttelettes lipidiques, en cas de fistules lympho-urinaires avec chylurie (filariose).

2. La bilirubine

Les cristaux de bilirubine sont pléiomorphes, jaune-brun, souvent granuleux, parfois de forme losangique ou en regroupement d'aiguilles.
Observés au cours de maladies hépatiques, les taux sanguins de bilirubine sont également augmentés, et les urines sont acides.

3. La cystine

Beaucoup plus rarement, les cristaux de cystine sont retrouvés dans les urines au pH acide.
Ils se présentent sous forme de plaques hexagonales incolores et réfringentes, parfois accolées deux à deux.
Ils peuvent être confondus avec des cristaux d'acide urique, parfois hexagonaux, mais ils ne polarisent pas la lumière, contrairement à l'acide urique. D'autre part, même si ces deux types de cristaux sont solubles dans l'ammoniaque, seuls les cristaux de cystine sont solubles dans l'acide chlorhydrique dilué (pH < 2). La présence de ces cristaux a une grande valeur clinique puisqu'elle est quasi pathognomonique de la cystinurie. Très rarement elle peut être observée en cas d'intoxication par les métaux lourds ou au cours d'acidose rénale d'origine tubulaire.

4. La tyrosine

Les cristaux de tyrosine sont caractéristiques, en forme d'aiguilles plus ou moins fines, regroupées en bouquets, gerbes, ou en touffes. Ils sont incolores ou jaune pâles-verdâtres, mais paraissent foncés ou noirs du fait de leur accumulation. En polarisation, ils sont biréfringents brillants. Ils sont particulièrement nets après réfrigération des urines. Peu solubles, ils sont précipités dans l'alcool.

5. La leucine

Les cristaux de leucine sont plus rarement observés que ceux de tyrosine, auxquels ils sont cependant souvent associés. Ils se présentent sous forme de gouttelettes, ou de petites sphères jaunes, ressemblant à des lipides, parfois hérissées de pointes fines. On peut observer des striations radiales et concentriques, avec un nidus central, caractéristique. On peut les différencier des lipides car ils sont biréfringents. Ils ne sont pas solubles dans l'éther. Ils sont solubles dans les acides et les alcalins, ils sont précipités dans l'alcool.
Les cristaux de tyrosine et de leucine sont observés de façon occasionnelle, en cas de maladie hépatique avec hyperbilirubinémie, en particulier dans les anomalies congénitales du métabolisme.

6. L'acide hippurique

Ces cristaux peuvent être présents dans l'urine alcaline. Ils se présentent sous forme de prismes ou de grandes aiguilles incolores ou jaunes pâles. Ils sont très réfringents, contrairement aux cristaux de tyrosine.
Ces cristaux sont observés au cours de certaines intoxications avec des solvants organiques (toluène), et au cours de certaines maladies métaboliques.

IV. Cristaux d'origine iatrogène

1. Les sulfamides

Les cristaux de sulfamides sont retrouvés dans l'urine acide à pH en général inférieur à 6.
Ils présentent des formes très variables selon le médicament en cause : aiguilles fines ou trapues souvent regroupées en gerbes ou en rosaces, paillettes regroupées en faisceaux, rosettes, aspects de pétales, de têtes de flèche, formes arrondies avec striations radiales.
Ils sont de couleur jaune-brun ou verdâtre, parfois incolore. En lumière polarisée, ils présentent une biréfringence aux reflets verdâtres dominants. On les retrouve en général chez les malades traités par sulfadiazine ou par sulfaméthoxazole.

2. L'ampicilline

L'ampicilline à forte dose détermine l'apparition de cristaux longs, fins, incolores, se regroupant en faisceaux, après réfrigération.

3. La nystatine

Présente dans les ovules vaginaux, elle est susceptible de se rencontrer dans les urines. Les cristaux se présentent sous forme de lamelles irrégulières, brisées et de contour défini.
Elles sont généralement incolores ou d'un jaune plus ou moins foncé selon l'épaisseur des lamelles superposées.
En polarisation, les lamelles ne sont pas biréfringentes, sauf si elles sont superposées, elles ont alors une biréfringence gris verdâtre, avec parfois des reflets de l'arc-en-ciel lorsqu'il s'agit de gros amas.

4. Les produits de contraste

On peut retrouver, après examens avec opacification (en particulier examen des voies urinaires), des cristaux de formes et de couleurs variables selon les produits utilisés.

5. La poudre de talc

La poudre de talc est surtout composée de grains d'amidon. Selon leur origine, ces grains sont :

  • piriformes ou ovoïdes avec aspect de couches concentriques comportant un hile (pomme de terre),
  • presque ronds avec un point central (blé),
  • en forme de pentagones souvent groupés par trois (maïs)

V. Critères d’interprétation

La mesure du pH permet une première approche :

  • Le pH normal des urines est de 5,8.
  • Un pH acide favorise la formation des calculs d’acide urique, de cystine et d’oxalate de calcium.
  • Un pH alcalin favorise la lithiase infectieuse et phosphocalcique.

De nombreux travaux ont montré que la cristallurie est fréquente chez les sujets normaux. Elle est plus abondante chez les sujets lithiasiques.
Outre la nature des cristaux, leur nombre, la taille et la présence d’agrégats ainsi que le volume cristallin peuvent être des indicateurs de lithogénèse [1].
Ainsi, pour les cristaux d’oxalate de calcium, leur taille et plus importante et leur taux d’agrégation est plus élevé avec des agrégats plus volumineux chez les sujets lithiasiques. (2,3)

VI. En pratique

Lorsque des cristaux sont observés à température ambiante, il est bon de chauffer les urines : la plupart des cristaux "normaux" disparaissent, tandis que ceux qui restent ont en général une signification clinique.
À l'inverse, la réfrigération des urines pourra parfois permettre de mettre en évidence des formes plus typiques.
On commencera par noter l'aspect et la couleur du culot de centrifugation, et par mesurer le pH de l'urine.
En dehors de l'aspect morphologique des cristaux, de leur couleur et de l'aspect en lumière polarisée lorsque cela est possible, on peut s'aider des caractères de solubilité de ces cristaux.

Des renseignements cliniques sont indispensables, précisant :

  • le diagnostic présumé,
  • le ou les traitements en cours,
  • la composition des derniers repas,
  • la présence ou non d'un examen radiologique récent avec opacification.

Il ne faudra pas confondre les cristaux urinaires avec :

  • des globules graisseux, retrouvés dans l'urine de malades atteints de néphrose lipoïdique. Ces globules graisseux sont de taille variable (3 à 10 microns de diamètre), de texture homogène, et de couleur jaune pâle ;
  • des levures, de forme ovalaire, au centre pâle, se regroupant par deux, trois ou plus, formant parfois des chaînettes.

VII. Conclusion

Examen facile et peu coûteux, l'analyse des cristaux urinaires peut apporter de précieux renseignements. L'identification de ces cristaux est parfois facile, cependant dans d'autres cas moins typiques, il faudra rester très prudent quant à leur identification.

Bibliographie
1- M.Daudon ; P.Jungers ; B. Lacour. Intérêt clinique de l’étude de la cristallurie. Ann Biol Clin 2004, 62 : 379-93
2- Bader CA, Chevalier A, Hennequin C, Jungers P, Daudon M. Methodological aspects of spontaneous crystalluria studies in calcium stone formers. Scanning Microsc 1994 ; 8 : 215-31.
3- Robertson WG, Peacock M. Calcium oxalate crystalluria and inhibitors of crystallization in recurrent renal stone-formers. Clin Sci 1972 ; 43 : 499-506.