胆石病因学课件

胆石病因学,胆石化学成分及其分类方法,分析胆石的化学组成时发现，几乎所有的胆石都含有胆固醇，胆红素和糖蛋白，除此以外，还含有钙，镁、铜、铁、锰、锌、铝、钠、钛、硅、磷等金属或非金属元素，PO和CO等无机盐，以及少量蛋白质、胆盐、磷脂、脂肪酸盐等有机成分。胆石的分类，主要是按其化学成分来进行划分的。一般分为胆固醇结石、胆色素结石、混合结石、碳酸盐结石、磷酸盐结石、脂肪酸结石和黑色色素结石等几大类型。化学定量分析结果表示：胆固醇结石含胆固醇占70%以上，含胆红素约3%；胆色素结石含胆固醇约6%，胆色素约24%。临床上以胆固醇结石和胆色素结石最为多见，该两类结石占全部病例的95%、据是Soloway1997年统计，胆固醇类结石约占70%，胆色素结石约占27%。,黑色色素结石为胆色素类结石的一种，是纯胆色素的聚合物。大多数研究认为黑色色素结石和胆色素类结石的另一类型棕色色素结石一样，其主要化学组成都是胆色素钙和糖蛋白。所不同的是黑色色素结石的胆红素聚合程度高，所含金属离子不同，因而外观呈黑色。黑色色素结石多见于老年人，常发生于胆囊内，与溶血性疾病、肝硬化有关，而与低蛋白饮食和感染无关。这类病人的胆汁胆固醇多为不饱和性，而非结合胆红素的比值增高。以下简要介绍常见的几种胆石分类方法。,结石标本,常见的几种胆石分类方法,1、红外吸收光谱分类法,红外吸收光谱分类法是目前最精确的分类方法。此外不仅能分辨出胆固醇类结石的胆色素类结石，还能识别碳素盐、磷酸盐、脂肪酸盐结石等少见型结石。,2、化学定量分析分类法,用乙醚、盐酸、氯仿等有机溶剂先后侵泡胆石，取其提取液测定胆固醇、钙、胆红素的含量，以分析胆石中各种成分的含量。该法对胆石的定量研究有一定价值，但不如定性法简便。所测定的胆红素也仅为溶于氯仿中的胆红素，只占胆石胆红素含量的一部分。,3、化学定性分类法,依据胆石与试剂的颜色反应，来判别胆石的化学成分。将干燥的胆石研末，取粟粒大胆石粉末置于凹瓷板中，先加入醋酸酐56滴，再加入浓硫酸1滴。呈红星芒以胆石粉末为中心、向四周放射者，为胆色素结石。如溶液呈翠绿色，则为胆固醇结石。此法不能区分碳酸盐、磷酸盐结石等少见型结石。,4、肉眼观察分类法,肉眼观察分类法最为简便，为临床工作所常见。有人认为，有经验者肉眼观察的结果与红外光谱分类或化学定性、定量分类的结果的符合率可达90%以上。并且，该方法还可观察到各类胆石的剖面结构的特殊构相。 胆固醇结石表面呈白色或淡黄色，质坚硬。剖面可见以下几种结果：a.放射性排列的胆固醇结晶；b.放射状结晶伴有深棕色的环形纹理；c.灰白色或淡黄色且较宽的胆固醇结晶层与线状呈棕黄色或黑色的胆红素钙颗粒层间隔排列。胆固醇结石的核心常为胆红素钙。 胆色素结石多呈管状或多面体，脆而易碎，少数为泥沙状。表面呈棕黄色或黑色。剖面为胆红素钙颗粒组成，呈棕黄色。结石剖面排列成环层状或无定型。 混合结石内部为胆固醇石，外被胆红素钙环层包绕。 黑色色素结石表面黑而富有光泽，形状不规则，0.5cm大小，极硬。剖面黑色。,胆固醇结石的成因,胆石中的胆固醇和胆汁中的胆固醇一样，不溶于水而易溶于乙醚等有机溶剂，并具有特定的结晶形态。这说明胆石中的胆固醇，是从胆汁中析出的胆固醇的结晶。胆固醇结石的形成因素甚多，形成机制也十分复杂，虽已经过百余年的研究，但迄今对其成因仍未完全明了。近年的研究发现，胆固醇结石的主要成分是胆固醇单水结晶。实质上，胆固醇结石的形成就是胆固醇单水结晶的形成、成核、凝聚、生长和固化的结果。胆固醇结石的成因主要涉及胆汁中胆固醇过饱和，胆汁蛋白质异常、胆囊病理和脂质代谢异常等及其他一些潜在因素,潜在因素,胆汁胆固醇过饱和 胆汁酸盐（胆盐）、卵磷脂和胆固醇是胆汁中三种脂质成分。胆汁中的胆固醇处于游离非酯化状态，其浓度取决于胆盐池大小和胆盐分泌率。胆盐的浓度超过临界微胶粒浓度时，胆盐和卵磷脂形成混合微胶粒，它是一种极性胶粒，具有亲水的外表面和疏水的内表面，能将胆固醇包在疏水的内表面里，溶解胆固醇。当胆汁中胆盐和卵磷脂的分泌率和含量低于正常，或胆固醇含量高于正常，三者比例失调时，则影响混合微胶粒的形成。卵磷脂和胆盐之比在2：1时，促进胆固醇的溶解，而卵磷脂含量过多可被胆固醇的晶体表面所吸附，形成一种屏障，降低胆固醇的溶解率。胆固醇含量超过其溶解能力时，胆汁胆固醇呈过饱和，胆固醇就可从胆汁中析出，形成胆固醇单水结晶。,1968年，Adminand和Small基于物理化学相平衡理论用摩尔百分数来表示胆盐、卵磷脂和胆固醇三种成分的相对浓度，通过模拟胆汁实验用等边三角坐标的概念说明胆固醇在胆盐、卵磷脂微胶粒中的最大溶解度，即Small三角，该三角的各边坐标分别为胆固醇、胆汁酸、卵磷脂的相对克分子浓度，任何一份胆汁中ABD线为饱和线，曲线以上为过饱和区，ABC与CBD线之间的区域为亚稳带。以上三种成分的关系都可用一个点在坐标中表示出来，当把有和无胆固醇结晶析出的胆汁都用相应的点描绘到三角坐标中时，即有一个明确的分界线，称之为胆固醇的饱和曲线。 曲线以上称饱和区，若胆汁中的胆固醇的相对含量落在此区内时，则该胆汁含有易于结晶沉淀的过饱和胆固醇；曲线以下为微胶粒区，位于此区内的模拟胆汁，胆固醇在胆汁中呈溶解状态，而无胆固醇结晶析出。但后来有不少学者用模拟胆汁在试管内进行实验，发现离子强度、胆汁三种脂质成分的总浓度,温度等改变可使饱和曲线的位置发生变化,认为过饱和区和微胶粒区间存在一个称之为亚隐带的区带,而并非一条线,胆汁中的胆固醇位于亚稳带时,胆固醇并不立即沉淀,若加入成核物质则发生胆固醇结晶沉淀。,研究发现胆汁中存在不同类型的微胶粒，微胶粒与胆固醇溶解度主要受以下因素的影响：1总的脂浓度；2卵磷脂与胆盐的比例；3胆盐种类；4胆盐单体的亲水和疏水性能的平衡。,实验证明,过饱和胆汁具有致石性,故称为“致石性胆汁”.。事实上,胆固醇从过饱和胆汁中自发的析出、沉淀,再以之为核心而诱发大量的结晶析出,即均相成核,需要在过饱和程度非常高时才能发生。如果胆汁中存在其他固相微粒,那么,即使过饱和程度较低的胆汁也能以之为核心而析出胆固醇结晶,即异相成核.异相成核的固相微粒一般为胆红素钙,也可为脱落的胆道上皮细胞、细菌、碳酸钙或磷酸钙沉淀所成的核心。胆汁成核时间是指将没有胆固醇结晶的胆汁放置到出现结晶所需的时间,胆固醇结石病人胆汁成核的时间平均为3天,而正常胆汁成核需15天。,研究人体胆汁后,发现不但胆固醇结石患者的胆囊胆汁、胆固醇呈过饱和,而且约有40%80%的正常人胆囊胆汁也常呈过饱和态,这说明胆汁胆固醇过饱和虽是胆固醇结石形成的前提条件,但并非是决定胆固醇结石形成的唯一因素。胆石是否在人体过饱和胆汁中形成,可能还取决于胆汁中存在的促成核因子和抗成核因子间的彼此作用。,泡与胆固醇结石,人体肝胆汁的胆固醇过饱和程度比胆囊胆汁要高得多,而胆固醇结石却很少在肝内形成,这提示在胆汁中可能还存在胆固醇溶解的其他因素。1983年Somjen和Gilat发现,新鲜肝胆汁和胆囊胆汁存在球形结构的“泡”，直径5001000A,比混合微胶粒大1020倍。这种泡的化学组成为胆固醇和卵磷脂,它可以不依赖胆盐而稳定存在,透析去掉胆盐后,泡可溶解胆汁中80%以上的胆固醇,溶解胆固醇的能力比微胶粒大.人体胆汁中泡和微胶粒可同时存在,并共同溶解和转运胆汁中的胆固醇.。,泡中胆固醇和卵磷脂的克分子比例平均为11,最高可达52,微胶粒中胆固醇与卵磷脂比为1215。当泡中胆固醇与卵磷脂比值大于32时,若再增加胆固醇或减少卵磷脂的量,该胆汁就有可能形成胆固醇单水结晶析出。泡溶解胆固醇的作用,主要表现在胆盐浓度较低时。没有胆盐,胆汁中的微胶粒消失,胆固醇主要由泡溶解,当胆盐浓度大于40%时,泡消失。在模拟胆汁实验中,卵磷脂所占的比例越大泡的直径也越大,而脂质浓度越高,泡的数目越少。,胆汁中泡与微胶粒的关系是：胆盐浓度增加,泡即不断被溶解形成混合微胶粒,同时泡中的胆固醇也不断转运到微胶粒中。胆固醇比磷脂值小于0.4时,只需很低的胆盐浓度就可使所有的泡溶解为混合微胶粒，且稳定。若胆固醇比磷脂值大于0.4时，胆汁中胆固醇的量超过了微胶粒的最大溶解度,过量的胆固醇和磷脂再形成泡。再形成的泡携带胆固醇的量大大增加，而泡的数目却减少。含过量胆固醇的泡很不稳定,容易发生聚集和溶合成为胆固醇的单水结晶。,观察胆石患者的胆囊胆汁时可发现,重新出现的泡开始时分散存在,然后溶合凝集,形成颗粒,再聚合增大则成为多层多泡状凝聚物。大的凝聚物出现后不久即可见典型的胆固醇单水结晶,同时胆汁的成核时间变短。泡与胆汁成核具有以下关系：随着胆汁中胆盐比卵磷脂的减少,泡重新出现,胆汁成核时间延长,早期泡的数目逐渐增多,继之小的凝聚物形成并溶合形成大的凝聚物,泡的数目逐渐减少,大的凝聚物再形成胆固醇单水结晶体,在成核因子的作用下,形成胆固醇结石。,胆盐肝内循环改变,食饵诱发动物胆固醇结石的最初表现是肝脏的胆盐分泌率减少,而胆盐的肠肝循环加快.正常胆盐的肝内循环,可通过影响羟丁甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶,控制小肠胆固醇吸收,还通过对7a-羟化酶的反馈抑制,保持体内胆固醇的动态平衡。胆盐池的大小是调节肝脏生物合成与分泌胆固醇和卵磷脂的主要因素。胆盐的排泄与卵磷脂和胆固醇的排泄直接相关。一般认为,胆盐排泄水平低时,可引起卵磷脂的排泄,而胆盐高水平排泄时,被排泄的胆固醇明显增加。如果胆盐大量丢失,肝内胆盐池变小,通过反馈调节引起胆盐肠肝循环频繁,以维持正常的胆盐肝内循环。随着胆盐肠肝循环的加快,肝脏合成与分泌的胆固醇也增加,胆汁呈过饱和状态。,胆盐池是指肝内循环的胆盐总量,正常情况下为35g。禁食期间,胆囊吸收一部分肝胆汁,进食时,胆囊胆汁排入肠道帮助消化事物。进入肠内的胆盐每天约98%被吸收入门静脉进入肝脏,再与肝脏新合成的胆盐一起又很快分泌入毛细胆管组成胆汁。由于肠道对胆盐的吸收作用,胆盐的肠肝循环每天可达810次,使胆盐反复被利用。胆瘘或自十二指肠抽取胆汁使胆盐丢失时,结果肝内胆盐的合成与分泌可增加46倍。,Shaffer和Small深入研究胆盐肝内循环的病理生理变化后,从生化角度阐述了引起成石胆汁形成的六种病理类型：,引起成石胆汁形成的六种病理类型：,六种病理 类型,型,I型,型,II型,型,型,型：胆盐过量丢失。见于小肠切除、肠道炎症性疾病如Crohn病,小肠旁路术等影响胆盐吸收的病理情况。由于胆盐大量丢失,不可能由增加合成来代偿,导致胆盐池变小,胆汁胆盐含量低,胆汁成过饱和。,型：胆盐反馈调节过度敏感。一般来说,当胆盐肠肝循环的比例下降到一定程度时,肝脏合成与分泌胆盐的速度则相应的加快,胆盐少量丢失可以此种方式补偿,从而维持正常的胆盐池大小,使胆汁呈非饱和状态。但有的胆石病人因胆盐反馈调节过度敏感,少量的胆盐丢失即可引起胆汁过饱和。,型：胆固醇分泌过多。这类胆石病人有正常的胆盐池和胆盐分泌率,甚至胆盐池还较正常为大,但因胆固醇分泌率过高,超过了胆汁溶解胆固醇的最大限度,则胆汁呈过饱和。多见于肥胖、高胆固醇饮食、体重丢失过快等。 型：综合型和型两种情况。,型：胆盐池小而胆盐循环快。一些病人胆盐循环依赖于一个小的胆盐池的快速循环来维持。 型：胆囊、胆管和括约肌功能紊乱。如胆囊炎时,胆囊吸收胆盐增加,使正常胆汁转变成过饱和胆囊胆汁。,粘掖糖蛋白的作用,胆石中含有糖蛋白,胆固醇结石病人的胆囊胆汁和肝胆汁糖蛋白含量均增高。糖蛋白包括蛋白多糖及粘蛋白,可以通过测定它们的无糖胺来间接反映糖蛋白含量。糖蛋白分子上有许多结合脂质的疏水部位存在,当胆石形成时,此部位可与胆固醇单水结晶结合。胆汁糖蛋白可来自肝脏、胆道和胆囊上皮细胞,实验证明,无论是来源于胆石胆汁,还是无胆石胆汁的糖蛋白均可导致人工模拟饱和胆汁胆固醇结晶的出现。糖蛋白在胆石形成过程中或作为胆石基质网络胆固醇结晶,或作为成核因子促使胆石形成。,动物实验性结石中发现，在结石形成之前，胆囊上皮分泌粘液就已增加，随粘蛋白浓度的增加，胆汁的致石力增强。Lee等发现胆石病人胆汁的粘稠度和糖蛋白含量均明显高于正常人，将从人胆囊提取的糖蛋白加入到胆固醇过饱和的胆汁中，即有胆固醇结晶产生，而加入其他蛋白却无此效应。用扫描电镜观察胆囊上皮，发现在胆石形成前，胆囊上皮被覆盖有由糖蛋白胶包裹的胆固醇单水结晶或胆色素颗粒的沉淀物，该沉淀物即为胆石的雏形阶段。Bernard和Wamad深入研究糖蛋白对胆石形成的作用时发现，糖蛋白对卵磷脂和胆固醇具有束缚力，糖蛋白能束缚、吸引水中的卵磷脂，破坏泡对胆固醇的溶解性，促进过饱和胆汁的形成。,糖蛋白的浓度达24mg/mL时，溶液体积越来越多的被糖蛋白分子占据，粘度逐渐增加，糖蛋白分子即发生重叠、交错，加速胆固醇结晶形成。Snary认为，糖蛋白浓度达到25mg/mL以上则形成呈网状结构的透明凝胶体，在胶体网状结构中，大多数溶剂分子弥散性受到严重限制。胶体网状结构的孔有利于泡发生溶合：,1网状结构孔中的泡易产生膜性接触；2由于糖蛋白的唾液酸等的亲水性能，而与更多的水发生水化作用，降低了泡中卵磷脂的疏水作用，使泡易于发生脂性溶合；3网状结构孔中的泡布朗运动受限制，减弱了泡聚集、溶合的排斥力；4降低胆固醇与水界面的张力，从而减少胆固醇结晶产生聚集的自由能，成为胆固醇分子凝聚的场所。,现在已知的促泡溶合因子有花生四烯酸脂、溶血卵磷脂、钙离子和凝集蛋白。而刺激胆石胆汁粘液分泌的促秘剂有过量的胆盐，血管活性肠肽，氧离子和氢氧根离子自由基及前列腺素。,胆囊的作用,研究胆石成因的最早阶段，就已经发现胆囊在成石的作用。1986年Mecrel Vonhelmsbach提出的淤胆学说和1982年Naunyn的感染学说就是对胆囊在胆石形成中的作用进行研究所提出来的。胆囊具有分泌、吸收、贮存和排空胆汁的生理功能，这些功能的改变能引起胆石的形成。,胆囊的作用,1.成核作用：胆囊上皮分泌的粘糖蛋白和脱落的上皮细胞可作为胆石形成的核心，促使胆石形成。有人根据胆石患者胆囊胆汁成核时间显著缩短，而胆固醇饱和度大于胆囊，胆汁的肝胆汁成核时间反而较长这一现象，推测胆囊可能具有促成核和去除抗成核因子的作用。,2.吸收作用：胆囊具有吸收水分和无机盐的功能，对卵磷脂和胆汁酸也有选择性吸收作用，胆囊上皮受损时，胆囊吸收卵磷脂和胆盐的作用加强，胆固醇的饱和度得以增加。,3.淤胆作用：研究证明，胆石患者的充盈功能正常，而排空缓慢。动物实验发现胆囊结石形成之前，胆囊多处于炎症或扩张状态，收缩力下降，排空障碍，胆汁淤积。因此认为，淤胆是胆囊结石形成的动力学机制。淤胆可引起胆汁发生自然分层现象，分层的胆汁界面间有利于胆固醇结晶的形成和沉淀，为结石生长提供了充分的时间和空间。,影响胆囊运动的因素有：前列腺素；粘糖蛋白凝胶增加胆囊管的阻力，影响胆囊排空；肽类激素：通过迷走神经和拮抗胆囊收缩素的作用，改变胆囊的收缩性；长期TPN;雌激素。,4.胆流动力学作用：不同的胆囊功能状况和胆汁流体力学，可能影响着胆石的大小、形状和数目。胆汁流呈旋涡时，在粘糖蛋白的作用下，分散的胆固醇结晶聚集而成球形结石，则结石呈桑林椹样或表面呈颗粒状；如胆石在成石过程中不能自由滚动，则多核心小结石彼此相嵌而成多面体结石。,六、其他因素,1感染：胆囊炎时，胆囊吸收胆汁酸和卵磷脂明显增加，加上细菌能分解结合性胆盐，使微胶粒形成减少，胆固醇溶解度降低；坏死脱落的粘膜上皮细胞可以成为结石的核心；胆囊管和奥狄括约肌炎症水肿，胆汁排出受阻，引起胆道流体力学改变都可促使胆石形成。,2激素与饮食：雌激素可使胆汁淤积，并使肝胆汁分泌减少，这可能是结石多见于女性的原因。前列腺素促使胆汁粘蛋白分泌。高胆固醇饮食增加胆汁胆固醇的分泌，胆汁呈过饱和。 3、疾病：肝硬化、Crohn病、迷走神经切断和糖尿病患者可因胆固醇肝内代谢，胆盐的肠肝循环改变，使胆盐池变小，胆汁淤积，造成胆汁成分改变和胆道动力学异常，从而导致结石形成。,综上所述，胆固醇结石生成的步骤可能是在胆固醇过饱和胆汁的基础上，胆囊内环境在成石的刺激下发生改变，粘液糖蛋白分泌增加，胆囊收缩功能受损，胆汁淤积，胆固醇结晶析出、沉淀、成核、生长、固化而形成结石。因此，胆固醇结石的形成实际上是一个极为复杂的动态过程，它既与肝胆系统的结构、功能、代谢及神经、体液调节密切相关，同时也受饮食、环境和遗传等因素的影响。只有系统而又全面的进行研究，才能较确切地认识胆石形成的实质。,第三节 胆色素结石的成因,分析胆色素结石患者的胆汁成分，与正常胆汁的最大不同在于胆红素钙盐的过饱和，由此认为胆汁中胆红素析出、沉淀，并与钙离子形成难溶的钙盐和高分子聚合物是胆色素结石的主要原因。胆色素结石常发生在肝内、肝外胆管，故临床上有“原发性肝胆管结石”之称。胆色素结石又分为棕色色素胆石和黑色色素胆石，两者虽在组成、性质、分布和病因学上有所区别，但本质上都是胆红素。棕色色素胆石为胆红素钙结石，而黑色色素胆石则为色素-金属溶合物和一种高度交叉连接的胆红素多乙烯基网状多聚物。,非结合胆红素分子内氢键结合形成，使其在生理pH的胆汁中溶解力很差，但高浓度胆汁酸能使单结合胆红素稳定地处于非结合胆红素水解和异构转化的逆转阶段。非结合胆红素在正常生理pH胆汁中以阴离子形式存在，并无沉淀产生。沉淀主要是由于胆汁中非结合胆红素和钙的结合，超过胆红素钙溶度积值，使胆汁呈非结合胆红素钙盐过饱和。,从胆汁分子水平确定胆石成因时发现，若胆红素阴离子浓度增加，则离子钙与非结合胆红素结合的能力增强。胆红素阴离子浓度的增加和胆红素钙溶解因素的减弱，均可导致胆色素结石的形成。概括起来，有四方面的原因：胆管内胆汁淤积；胆汁细菌感染；胆红素钙沉淀析出；存在成核因子。在胆色素结石形成过程中，这四种因素相互影响，互相联系。胆汁排出不畅，胆汁淤积，则细菌大量生长繁殖。细菌产生的-葡萄糖醛酸酶，分解胆汁中的胆红素钙，游离钙离子增加，与非结合胆红素结合并沉淀。当胆道内有核心物质，如蛔虫卵、蛔虫碎片存在时胆红素钙沉积其上，则可形成一个有核心的胆红素钙结石。胆管炎反复发作引起胆管狭窄，或胆管变异时，胆汁滞留，加上细菌繁殖和核心物的存在，则结石形成。,非结合型胆红素含量增加 正常时胆汁的结合胆红素96%以上为结合型胆红素，结合型胆红素能溶解于胆汁中，胆盐的存在可使非结合胆红素在水溶液中的溶解度提高4倍，但结合型胆红素被水解后则转化为难溶于水的非结合型胆红素。,导致非结合型胆红素含量增加的最常见的原因是细菌性-葡萄糖醛酸酶活性增加和胆盐的减少。细菌性-葡萄糖醛酸酶主要来源于大肠杆菌，也可发生于厌氧菌感染。临床实践证明，约有90%胆红素钙结石患者在胆汁内可检出大肠杆菌。胆道感