线粒体病理知识

线粒体 Mitochondria 的超微结构与超微病理 前言 1894 年 Altmann 首先在动物细胞中发现 命名为生物芽体 1897 年 Benda 命名为线粒体 除细菌 蓝绿藻和服乳动物成熟红细胞以外 所有的真核细胞都有线粒体 线粒体是细胞中能量供给场所 一 线粒体的形态结构及功能 1 形态与分布 线粒体的形态是不断变化的 一般大多数是呈圆形或卵圆形 有时也出现细长的线状 其 横径比较一致 一般为 05 1um 长径变化较大 可达 2 5um 在骨骼肌细胞中 有时可达 8 10um 线粒体的分布随细胞的不同而异 其分布特点与细胞的功能密切相关 一般来说 在生理 活动旺盛的细胞比不旺盛的细胞数目多动物细胞比植物多 如肝细胞中有 2000 个左右 精 子细胞中有 25 个左右 2 线粒体的超微结构 线粒体是由双层膜包围的封闭囊状细胞器 共包括四部分 外膜 内膜 外腔和内腔 线粒体的内膜和外膜之间为外室 内膜向内形成许多折叠 称线粒体嵴 嵴是线粒体识别 的重要标志 线粒体嵴间为内室 其内充满基质 成中等电子密度 基质内有高电子密度 的基质颗粒 外膜 线粒体的外膜厚 6um 左右 表面光滑 与内膜不相连 其内有许多由运转蛋白在 脂质双分子层中形成的大的水性通道 分子量小于 5000 的物质可以通过 外膜表面有许多 酶系 其中单胺氧化酶是外膜的标志酶 内膜 线粒体的内膜结构比较复杂 厚约 5 7um 具有高度的选择通透性 只允许相对 分子量小于 150 的不带电的分子 如水分子 氧分子 CO2 及甘油等通过 内膜向内腔凹陷形成许多嵴 增加了内膜的表面积 嵴的形状有两种 板层状嵴和管泡状 嵴 板层状嵴大多为弯曲的小管 切面成小泡状或管状 绝大多数细胞的线粒体嵴为板层 状 管泡状嵴位于少数分泌甾类激素的内分泌细胞中 如肾上腺皮质细胞 黄体细胞核睾 丸间质细胞 线粒体嵴的长短 数量及排列方式随细胞的种类和生理病理状态而异 线粒体经超声波处理 用磷钨酸负染 可见线粒体嵴的基质面上附着许多紧密排列的基粒 基粒由头片 短柄和基片组成 头片是直径为 8 10nm 的小球 为 ATP 合成酶 线粒体的内膜上有许多与电子传递呼吸链有关的酶 其中琥珀酸脱氢酶和细胞色素氧化酶 为其标志酶 外腔 内外膜之间的空隙 内腔 内膜之间的囊腔 其内充满无定形的细颗粒状的基质 线粒体中参与三羧酸循环 脂肪酸氧化 氨基酸分解和蛋白质合成等有关的酶类都存在于基质中 基质中有双链 DNA 组成的细丝状线粒体 DNA 还含有线粒体的核糖体 线粒体 mRNA 和 tRNA 等和线粒体基因 表达有关的酶类 因此线粒体是半自主性的细胞器 基质中还有平均直径为 50nm 的基质颗 粒 这些颗粒的电子密度高 内含 Ca2 Mg2 Fe2 等二价金属离子 磷和矿物质等 这 些二价金属离子是线粒体内各种酶所需的 3 线粒体的功能 线粒体是细胞生物氧化的主要场所 三羧酸循环 呼吸链电子传递和氧化磷酸化等产能过 程均在此进行 4 线粒体的再生 从形态上看 线粒体的分裂可有以下几种形式 有线粒体的内膜向中心褶叠形成间壁 把线粒体一分为二 线粒体的中央部分收缩 形成一个很细的颈 在分成两半 从线 粒体上长出小芽后分离长大 二 线粒体的超微病理 线粒体对有害因素 易出现超微结构上的异常改变 1 线粒体肿胀 是最常见的超微病变 多见于缺血 缺氧 药物及一些物理因素的影响 用地渗溶液固定 或固定不及时 也可出现人为的肿胀 故固定液应是等渗溶液 线粒体内水分滞留使 ATP 产生受抑制 从而钠泵受到损害 大量水钠进入细胞 结果是细胞内水含量增加 整个细 胞肿胀 损害因素一旦得到改善 是可以恢复的 从电镜下看 线粒体的肿胀分为内室肿胀 外室肿胀或是内 外室都肿胀 内室肿胀最常见 表现为线粒体基质电子密度降低 嵴移向周围 变短及数量减少 线粒 体体积增大 进一步可出现基质内多个局灶性空泡 基质物质丢失 最后线粒体的膜破裂 在膜破裂改变以前是可逆的 外室肿胀是由于水分在外室积聚 一般是轻度的肿胀 经常表现为嵴内间歇肿胀 同时伴 有外膜与内膜之间的局部扩张形成泡状 仅有嵴内间歇肿胀时 整个线粒体的体积无明显 增大 基质电子密度增深 嵴内间歇肿胀之后可出现内室肿胀 偶尔在同一细胞内或同一 线粒体内有以上两种肿胀形式 2 线粒体肥大及增生 线粒体肥大是指体积的增大 基质电子密度正常 嵴的数量正常或有 增加 排列也正常 而增生是线粒体的数量的增多 功能性的肥大及增生 如孕期的子宫平滑肌细胞 代偿性的肥大及增生 如心脏肥大的早期 线粒体肥大 当心脏衰竭的后期阶段 线粒体 数量减少 并有线粒体肿胀 而服用地高辛后 心肌细胞线粒体增生 能量产生增强 异常的肥大及增生 大嗜酸粒细胞瘤 3 线粒体嵴的改变 一般线粒体的嵴为板层状或管泡状 在病理情况下可出现以下一些改变 同心圆嵴 同心圆排列层层围绕 多出现在线粒体功能增加的情况 之字嵴 也是线粒体功能活跃的表现 有人称谓高效线粒体 穿孔嵴 在线粒体嵴膜上有孔贯穿 平行于嵴的切面如筛状 垂直与嵴的切面呈断嵴状 也是线粒体功能增强时出现 纵向嵴 与线粒体长轴平行 在线粒体内细胞色素氧化酶活性降低是出现 棱形嵴 线粒体嵴的横断面呈三角形或棱形 线状致密变嵴 又称杆状变形 表现为线粒体嵴内腔充以电子致密物质 呈黑色实变状 态 可仅涉及一根的一段 也可同时浸及数个嵴发生致密改变 常见于心肌梗死细胞退变 的线粒体内 4 巨大线粒体 环形 杯形及球形线粒体 巨大线粒体 可见于酒精中毒 肝硬化 必须脂肪酸缺乏及肝癌的肝 细胞 多种肌病 实验性低氧症心肌 白血病的骨髓细胞成分等 可由数个线粒体融合而 成 或由单个线粒体发育而成 前者可能形成外形不规则的巨大线粒体 后者可能与外形 规则呈园形或卵圆形的巨大线粒体形成有关 巨大线粒体与邻近线粒体相比 可达几十倍 巨大线粒体常伴有畸形 外形不规则 内部 结构也有改变 嵴增多 但方向紊乱 有时变形出现髓样结构 基质颗粒明显 有时嵴少 基质充有深浅不等的微粒 或有警惕及脂质包含物 环形及杯形线粒体 在正常及病理状态下都可能出现 可能是由于通 过杯形线粒体的不同切面所致的不同形态 5 线粒体固缩 线粒体变小 基质变深 嵴紊乱有趋向融合者 功能上此 种线粒体功能降低或丧失 最后将被清除 心力衰竭是心肌细胞内有多数线粒体固缩出现 此外在肝炎 饥饿状态 凝固性坏死组织及癌细胞内也常见 可能是由于基质的脱水所致 6 线粒体间的桥及疝形成 由于线粒体局部的膜受损 相邻膜鼓出突入另 一线粒体内 刊入部分的膜性物质分解 呈嗜锇性同心圆的膜小体或呈漩涡状小体 有时 可见附近内质网一同疝入 常见于肝癌及维生素 E 缺乏 7 线粒体膜破裂 线粒体肿胀到一定程度可以导致膜破裂