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Frenk, Marina (2006): Epidemiologische und laborexperimentelle Untersuchungen zur Urolithiasis bei Katzen. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

A long-term study (1981 – 2000) of the epidemic situation of urolithiasis in cats in Europe is presented in the first part of the work. Altogether 1.797 urinary stone analyses were established with the help of infrared spectroscopy of cats. It was struvite that was most often registered (64,2 %), followed by calcium oxalate (26 %). Proteine stones (1 %) were proved only within our investigation. The following breeds were mainly presented: European Shorthair (i. e. domestic shorthair) on the basis of their share in the whole population and Persian because of their predisposition to urolithi-asis. Calcium oxalate incidence increased from 2,2 – 5 % (1981 – 1990) to 33 % during the period of 1991 – 2000. Especially Persian, Chartreux, British Blue, Birman, Exotic Shorthair, Himalayan, Burmese, Somali und Ragdoll are susceptible to calcium oxalate formation. The average age of all involved cats was about 6,85 concerning female cats and 6,47 concerning male cats, the weight ─ about 5 kg for female cats and 5,4 kg ─ for male cats. More than 50 % of pets (according to the information given by the treating veterinary surgeons) were obese. During the investigation 55,1 % male and 44,9 % female cats were registered. The amount of castrated cats made up 88,8 %. The average rate of relapse of all kinds of urinary stones was about 27,6 %. The urinary calculi were located mainly in the bladder and/or in the urethra. The surgical ablation took place in 82,8 % of cases. 77,9 % of urinary stones were accompanied by lower urinary tract inflammation. In 91 % of cases it was the matter of infection. Most of the examined cats were fed with dry- (30,1 %) or canned- and dry food. It is importatant to underline that 42 % of all calcium oxalate stone patients were given only dry food. The urinary stones appeared in 40 % either as pure urinary semolina or as the combination of semolina and urinary stones. In the second part of this work 142 spontaneous urine samples of healthy cats were quantitatively analysed and statistically evaluated. Thus the referential area for the following urinary parameters of cats (relevant to calculus formation) was made: calcium, oxalic acid, magnesium, citric acid, phosphate, natrium, kalium, ammonium, sulphate, chlorine, uric acid, creatinine, urea, specific gravity, urinary pH and glyco-saminoglycan (GAG). And besides the relative supersaturation with calcium oxalate (RSCaOx = 1,63) and struvite (RSStru = 0,451) were assessed on the basis of urinary analyses with the help of EQUIL 2. Synthetic urine was produced on the basis of the established data (in the origi-nal research) of the composition of native cat’s urine. It was used for the crystallization tests of the formation of urinary stones in cats. The synthetic urine for cats consisted of the following components: calcium, oxalic acid, magnesium, citric acid, phosphate, natrium, kalium, ammonium, sulphate, chlorine, uric acid, creatinine and urea. The artificial urine did not possess any tendency to an independent change and was well reproductive. It was checked with the help of the synthetic cat’s urine in 3 test models the influence of the most important for stone formation substances (calcium, oxalate und magnesium) within their physiological arias in connection with urinary pH on the urolith formation. The results were presented in diagrams. The increase of the concentration of calcium in the carried out tests resulted in no calcium oxalate crystallization. However, just a small rise of oxalate (from [Ox] = 1,8 mmol/l) in acidic milieu (from pH = 5,5) caused the formation of calcium oxalate. The rise of magnesium concentration (over [Mg] = 3 mmol/l) prevented the formation of calcium oxalate. On average the crystallization of calcium oxalate in “oxalate-” and “magnesium model” began at RSCaOx = 6,65 ± 0,44 (EQUIL 2). The maximum RSCaOx, the synthetic cat’s urine could achieve without becoming solid, was 6,0 ± 0,32. Regardless of the concentration of the substances that were checked, struvite fell out at urinary pH 7,5 in all model series. The increase of the concentration of calcium (from [Ca] = 0,9 mmol/l) and urinary pH resulted in the crystallization of different phosphate phases (brushite and carbonate apatite). The results of the epidemiological and experimental tests are the basic know-ledge for the further work. With their help it is possible to test the influence of different inhibitors and promoters on the crystallization of calcium oxalate.

Abstract

Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde eine Langzeitstudie (Zeitperiode 1981 – 2000) über die epidemiologische Situation des Harnsteinleidens bei Katzen in Europa dargestellt. In dieser Studie wurden insgesamt 1.797 Steinanalysen mittels IR-Spektroskopie von Katzen erfasst. Am häufigsten wurde Struvit (64,2 %) registriert, ihm folgt Calciumoxalat (26 %). Protein-Steine (1 %) wurden nur im Rahmen unserer Untersuchung nachgewiesen. Überrepräsentiert waren die Rassen: Europäisch Kurz-haar (bzw. Hauskatze) aufgrund ihres breiteren Anteils in der Gesamtpopulation und Perser wegen ihrer Prädisposition zu Urolithiasis. Die Calciumoxalat-Inzidenz nahm im Laufe der Jahre von 2,2 – 5 % (1986 – 1990) auf 33 % (1991 – 2000) sehr stark zu. Zur Calciumoxalat-Bildung neigten vorwiegend Perser, Kartäuser, Britisch Blue, Bir-ma, Exotisch Kurzhaar, Coulorpoint, Burmilla, Somali und Ragdoll. Das Durch-schnittsalter aller beteiligten Katzen lag bei 6,85 Jahre (Kätzinnen) bzw. 6,47 Jahren (Kater), das Gewicht bei 5 kg (Kätzinnen) bzw. 5,4 kg (Kater). Über 50 % der Tiere waren nach Angaben der behandelnden Tierärzte adipös. In der Studie wurden 55,1 % männliche und 44,9 % weibliche Tiere registriert. Der Anteil kastrierter Katzen betrug 88,8 %. Die Rezedivrate lag im Durchschnitt bei allen Harnsteinarten bei 27,6 %. Die Harnkonkremente wurden hauptsächlich in der Blase und/oder Urethra lokalisiert. Die operative Steinentfernung dominierte mit 82,8 %. 77,9 % der Harnsteine wurden von einer Harntraktentzündung begleitet. Es handelte sich dabei in 91 % der Fälle um eine Infektion. Der größte Anteil von untersuchten Katzen wurde mit Trocken- (30,1 %) bzw. Dosen- und Trockenfutter (28,3 %) ernährt. Zu beachten ist, dass 42 % der CaOx-Steinpatienten ausschließlich nur Trockenfutter erhielten. Die Harnkonkremente traten in über 40 % entweder als reiner Harngrieß oder als eine Kombination aus Grieß und Harnstein auf. Im zweiten Teil der Arbeit wurden Spontanharnproben von 142 gesunden Kat-zen quantitativ analysiert und statistisch ausgewertet. Damit wurde ein Referenzbe-reich für folgende harnsteinrelevante Katzen-Urinparameter erstellt: Calcium, Oxalsäu-re, Magnesium, Citronensäure, Phosphat, Natrium, Kalium, Ammonium, Sulfat, Chlor, Harnsäure, Kreatinin, Harnstoff, spezifisches Gewicht, pH-Wert und GAG. Zusätzlich wurde mittels EQUIL 2 die relative Übersättigung für Calciumoxalat (RSCaOx = 1,63) und Struvit (RSStru = 0,451) auf der Basis der Urinanalysen berechnet. Auf der Basis der ermittelten Referenzbereiche für die Zusammensetzung von Katzenurin wurde ein synthetischer Harn hergestellt, der für Kristallisationsuntersu-chungen zur Bildung von Harnsteinen bei Katzen verwendet wurde. Der synthetische Katzen-Harn bestand aus folgenden Komponenten: Calcium, Oxalsäure, Magnesium, Citronensäure, Phosphat, Natrium, Kalium, Ammonium, Sulfat, Chlor, Harnsäure, Kreatinin, Harnstoff. Der künstliche Urin hatte keine Tendenz zur selbstständigen Veränderung und war gut reproduzierbar. Mit dem synthetischen Katzen-Urin wurde in drei Versuchsmodellen die Aus-wirkung der wichtigsten an der Steinbildung beteiligten Substanzen Calcium, Oxalat und Magnesium innerhalb ihrer physiologischen Bereiche in Abhängigkeit vom Harn-pH auf die Urolith-Bildung überprüft. Die Ergebnisse wurden in Phasen-diagrammen dargestellt. Der Anstieg der Calcium-Konzentration in den vorliegenden Experimenten ver-ursachte keine CaOx-Auskristallisierung. Hingegen löste schon eine leichte Erhöhung von Oxalat (ab [Ox] = 1,8 mmol/l) in saurem Milieu (ab pH = 5,5) die Bildung von Calciumoxalat aus. Die Steigerung der Magnesium-Konzentration (über [Mg] = 3 mmol/l) verhinderte die Entstehung von Calciumoxalat. Die Calciumoxalat-Kristallisation im „Oxalat-“ und „Magnesium-Modell“ fing durchschnittlich bei der RSCaOx = 6,65 ± 0,44 (EQUIL 2) an. Die maximale RSCaOx, die der synthetische Kat-zenurin erreichen konnte, ohne dabei eine Festphase zu bilden, lag bei 6,0 ± 0,32. Struvit wurde unabhängig von der Konzentration der geprüften Substanzen in allen Modellreihen bei Harn-pH 7,5 ausgefällt. Eine Steigerung der Calcium-Konzentration (ab [Ca] = 0,9 mmol/l) und des Harn-pH bewirkte eine Auskristallisa-tion von verschiedenen Phosphat-Phasen (Brushit und Karbonatapatit). Die Ergebnisse der epidemiologischen und experimentellen Untersuchungen sind Basiswissen für weitere Arbeiten, mit deren Hilfe der Einfluss verschiedener Promotoren und Inhibitoren der Calciumoxalat-Kristallisation getestet werden können.