尿路结石由无机矿物和有机基质组成。基质被认为是尿石的骨架,有的学者认为尿路结石是尿中无机物浸润到由炎症所致的上皮细胞分泌的蛋白样凝块而形成。1976年,Wickham首次提出受损的近曲小管可析出晶体,与磷灰石结合形成小颗粒,在过饱和尿液中诱导结石成分的异质成核。另外一些学者认为,基质是尿路结石成核的激活剂,在晶体中起粘连作用并使结石老化,在结石形成中起关键作用。基质在尿路结石中的含量因结石种类而异,在草酸钙和磷酸钙结石中基质约占结石重量的2.5%,在胱甘酸结石中约占9%,在基质结石中可占65%。结石基质成分包含黏蛋白(65%)、碳水化合物(15%)、无机矿物(10%)以及水(10%)。各种结石中基质的元素组成成分都比较恒定,大约含氮10%、硫1%、碳58%、氢7%、氧24%。结石基质的确切成分复杂且难以分析,基质的蛋白组分包括TH蛋白、肾钙素、γ-羧基谷氨酸、尿类黏蛋白、白蛋白、酸性黏多糖和一种称为基质物质A(matrix substance A,MSA)的黏蛋白。基质物质A约占基质重量的85%,是具有免疫原性的基质部分,并且仅出现在尿石症患者的肾实质中。
基质在尿路结石形成中的作用尚存在争议:有的学者认为基质是矿化过程中必不可少的物质,为矿化提供了一个环境,诱导成核,作为无机矿物质沉积的模板和黏合剂,使结石成为一有序的结构;而其他一些学者则认为基质是矿化过程中随尿中无机物一起自然沉淀下来的,在尿路结石中不起主要的作用。生物矿化的研究表明基质在尿路结石形成过程中促进或诱发成核,并作为模板提供表面生长点,再将矿物和软组织连接。