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Il existe deux principaux types de calculs biliaires : ceux composés de cholestérol (80% des cas) et les calculs pigmentaires (20%).

Les calculs cholestéroliques se forment lorsque le cholestérol dépasse son taux de solubilisation dans la bile. Il s’agglomère alors en microcristaux qui vont précipiter, c’est le stade de la « boue biliaire ». Le calcul va ensuite se former et grossir. La lithiase biliaire cholestérolique est extrêmement fréquente (plus fréquente chez la femme que chez l’homme) elle est favorisée par l’obésité, par certains médicaments ; c’est surtout une maladie des pays occidentaux où la nourriture est riche et abondante. Mais la diminution de solubilisation du cholestérol peut également être secondaire à une diminution des sels biliaires nécessaires à cette solubilisation lors de maladies maladies chroniques de l’intestin grêle comme la maladie de Crohn ou à des résections digestives.

Les calculs pigmentaires, quant à eux, sont composés de bilirubine qui se calcifie. La bilirubine est un produit de dégradation de l'hème, qui est un constituant des globules rouges. Ces calculs pigmentaires se voient dans certaines anémies, dans la cirrhose et dans les infections biliaires chroniques.

Certains médicaments peuvent aussi être à l’origine d’une lithiase biliaire en favorisant la précipitation de constituants physiologiques, ou ils précipitent eux-mêmes en formant un calcul.