胆汁的性状及主要成分

胆汁是肝细胞和胆管的分泌物,它是一种弱碱性、透明的胶状液体,由于所含的胆汁色素不同而呈不同的色泽。胆汁的性状及其成分,可以因所取标本而异。一般来说,肝胆汁色浅、稀薄、偏碱;胆囊胆汁色深、黏稠、相对偏酸。胆汁的主要成分为水,其主要溶质除了与血浆成分相似的电解质、蛋白质等外,还有大量经肝脏生物转化等处理后的经胆排泄物。其中有些是代谢产物或有害物质;有些胆汁成分则在进入肠道后参与食物消化吸收等生理活动;还有不少成分具有肠肝循环的特点。胆汁成分甚为复杂,在临床上受到重视的溶质有胆汁酸盐、胆色素、胆固醇、磷脂、脂肪酸以及胆汁中的各种电解质和酶(如碱性磷酸酶、亮氨酸氨基转肽酶,乳酸脱氢酶、γ-谷氨酰转肽酶等)。胆囊可将肝胆汁浓缩5～10倍。浓缩时,90%的水及部分电解质被吸收,钠及胆汁酸的浓度升高。钾与钙的含量也略有增加,而氯及重碳酸盐则减少。

胆汁的渗透压与血浆相等,约为300mmol/kg H 2 O。一些直接由肝细胞主动分泌的物质,诸如胆汁酸、卟啉、类固醇类激素、ICG、BSP、玫瑰红以及一些生物胺,造影剂等在胆汁中的浓度,远远超过血浆内的含量,有的甚至达到成百上千倍,保障了有效的清除作用,从而得以保持机体内环境的相对稳定。胆汁成分及其含量可以因机体的代谢情况、生活习性以及体内外的许多因素的影响而发生改变。在正常代谢及病理情况下,比较受到重视的胆汁成分,大致有以下几种。

(一)胆汁酸

胆汁酸是胆汁中主要的脂质成分之一,约占固体总重量的53%。它是由胆固醇在肝细胞微粒体上经多个酶促作用转化而成,一日大约有800mg的胆固醇转变为胆汁酸。多数哺乳动物,包括人在内,由肝脏生成的胆汁酸为胆酸(CA)(3,7,12α-三羟基胆汁酸)和鹅去氧胆酸(CDCA)(3,7α-二羟基胆汁酸),二者合称为初级(或原发性)胆汁酸,它们进入肠道后,在细菌的作用下分别转变为去氧胆酸(DCA)及石胆酸(LCA),尚有部分胆酸转变为熊去氧胆酸(UDCA)。它们总称为次级(或继生性)胆汁酸。大部分胆汁酸在肠道内被吸收,重新返回肝脏,构成所谓的肠肝循环。在正常情况下,上述胆汁酸主要以甘氨酸和牛黄酸的结合型钠或钾盐的形式排入胆汁,因此在胆汁中至少有10种结合型胆汁酸,分别称为甘氨胆汁酸和牛黄胆汁酸。这两种结合型胆汁酸在胆汁中的比例(G/T比)可视动物的食性而异,素食者以甘氨酸结合型为主,肉食者则主要为牛黄胆汁酸。在人类,G/T约为3～4。根据气相色谱分析,正常人胆囊胆汁中的4种主要胆汁酸CA∶CDCA∶DCA∶LCA的比例大约为46∶23∶23∶5。而用高压液如色谱对结合型胆汁酸所做的分析则表明:甘氨胆酸的含量最高,其次为甘氨鹅去氧胆酸,它们与甘氨去氧胆酸之比约为3∶1;甘氨胆酸与牛黄胆酸之比则接近5∶1;两种结合型石胆酸的含量均很低。

各种胆汁酸均为双亲性分子,在其环戊烷多氢菲核上的羟基、羧基或磺酰基都为亲水基团,它们位于α侧;β侧的甲基和烃核则为疏水基团。这种立体构型使其有很强的界面性,从而使胆汁中的脂肪酸、胆固醇等疏水分子得以溶存于胆汁酸的胶团(Micelle)中。每30mmol/L的胆汁酸可以溶存1mmol/L的胆固醇。胆汁酸特别是牛黄胆汁酸还可增加胶团双电层结构间的δ电位,从而增加其稳定性。加入卵磷脂能增加胆汁酸溶存胆固醇的能力,四者之间的最适比例为10∶3∶5∶25。卵磷脂和胆汁酸的亲水基团朝向胶团的外侧面,其疏水基团与胆固醇分子聚结,被包裹在胶团的内部(图2-7),以界面性而言,具有3个羟基的胆汁酸＞二羟基者;结合型的＞游离型;牛黄胆汁酸＞甘氨胆汁酸。

图2-7　胆汁酸、磷脂胞与胆固醇混合胶团

(二)胆固醇

胆固醇占胆汁同形成分的3%～11%,除少量胆固醇酯外,主要为游离型胆固醇。正常时,肝脏分泌到胆汁中的胆固醇量,依存于胆汁酸的分泌量。当胆汁酸的分泌量＞5μmol/min时,二者呈直线相关,但在胆汁酸分泌减少时,这种线型关系就消失,表现为胆固醇分泌量的迅速增加。胆固醇是疏水物质,它所以能溶于胆汁,有赖于与胆汁酸和卵磷脂形成的混合胶团。当胆汁中的胆汁酸含量降低或胆固醇含量增高时,就可以影响胆固醇在胆汁中的溶存情况。另外还证实,当游离型胆红素含量增加时,也会影响胆固醇在水相中的溶存。实验表明,给兔喂食高胆固醇饮食可以使胆汁中胆固醇的含量增高。人在饥饿时(空腹时),胆汁分泌减少而胆固醇的含量却显著升高。已证明,晚间分泌的胆汁是胆固醇过饱和的胆汁,其内的胆固醇呈液晶状态。在胆汁酸分泌相同的情况下,肥胖人胆汁内胆固醇的含量要比普通人多1倍,肝胆汁中的胆固醇呈过饱和状态,有形成与析出结晶的趋向,但未能证实他们存在着从液晶到晶体形成前的不稳定的间变状态。

(三)磷脂

主要为卵磷脂,约占胆汁固体成分的9%～21%,此外还有少量脑磷脂、神经(鞘)磷脂和溶血性卵磷脂。人胆汁中的卵磷脂,其侧链脂肪酸大多是棕榈脂酸、油酸及亚油酸,胆汁中卵磷脂的含量也受胆汁酸分泌量的影响,而其含量的多少也关系到胆固醇在胆汁中的溶存情况。卵磷脂具有不对称的极性和非极性区,也是双亲性物质,但它本身在胆汁中的溶解度很低,不能单独形成胶团,然而当它与胆汁酸一起形成混合胶团时,其胶粒性能远比单一者大。在无磷脂的情况下,CDCA、DCA等二羟基胆汁酸的临界胶粒浓度低,表面电子少,故形成的胶团质粒较大。胆固醇在胆汁中的溶存情况与混合胶团的稳定性有关,部分取决于卵磷脂与胆汁酸的相对浓度,实验表明若PL/BS为1时,1mmol/L的胆固醇需要6mmol/L的胆汁酸盐就能溶存于胆汁中;若其比例为3∶1,则需要10mmol/L的胆汁酸,才能使之溶存;如这一比例再变小,就会使混合胶团的能力大大降低,溶存1mmol/L的胆固醇就要有20mmol/L的胆汁酸,在胆汁酸浓度保持于180mmol/L的条件下,1mmol/L的卵磷脂能溶存(0.37±0.1)mmol/L的胆固醇;而相同量的溶血卵磷脂仅能溶解胆固醇(0.2±0.1)mmol/L,提示溶血卵磷脂溶存胆固醇的能力较卵磷脂低得多。根据体外试验,目前将胆汁酸、卵磷脂与胆固醇三者的最佳比例关系可用三角坐标加以显示。当胆汁中胆汁酸和(或)卵磷脂降低或胆固醇含量升高达到一定程度时,胆固醇就结晶、析出,这种胆汁就称为胆固醇过饱和胆汁或致石性胆汁。上述的一定程度就是临界浓度,或所谓的胶团区带,在其范围内,胆固醇可以稳定地溶存于水相的胆汁中(图2-8)。最近有人指出,上述实验结果与实际情况有一定距离,因为天然的胆汁是含有蛋白质的胶态溶液,因此,蛋白质在此混合胶团中的作用也必须加以考虑。

图2-8　Admirand and Small三角坐标图

(四)胆色素

胆汁中的色素主要是胆色素,约占固体总重的0.4%～2%,胆红素是血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素等的正常代谢产物。血红素或亚铁原卟啉在内皮细胞内经脱铁、开环、加氧、还原等复杂过程生成胆红素,以与白蛋白结合的形式在血液内转运,构成血浆中的游离型(非酯型)胆红素,经肝细胞摄取,酯化后排入胆汁。因此在正常的情况下,胆汁中的游离胆红素仅为4%,绝大多数为酯型,其中80%左右为胆红素葡萄糖苷酸酯,呈硫酸酯型者约为10%,与其他酸基结合者仅10%左右。近年来用高压液相色谱法进行的分析证实:胆汁中的胆红素有12个分部,其中主要者有6个,除了胆红素的单葡萄糖苷酸酯(BMG)和双葡萄糖苷酸酯(BDG)外,还有BMG的异构体,游离型胆红素以及胆红素的原型——胆红素Ⅸ。

大多数动物胆汁中的胆红素主要是BMG,而人的以BDG为主要形式。由于胆红素的化学性质不稳定,容易被氧化、分解,从而给定性、定量研究带来困难。狗胆汁中的胆红素曾被检测到有20种以上的分部,除了BDG外,还有相当量的木糖和葡萄糖结合型的胆红素。在0℃条件下收集的正常人或大鼠的胆汁,如立即分析则显示胆红素Ⅸ2 BMG,BDG及1-0酰基异构体,δ-偶氮二吡咯是进行偶氮反应时的主要色素;但在37℃条件下收集的胆汁,则还有多量β及γ偶氮色素,这是由于胆红素Ⅸ2的酰基转位所形成的异构体。研究表明,如亲水性较强的BDG转变为BMG,胆汁中胆红素的δ分部减少,而其他分部特别是α0分部增加时,胆红素的亲水性降低,即易结聚析出。这是因为胆红素是极性分子,需要酰化后才能溶存于水相中,因此,其酯化的程度也就直接与非极性基团的多少有关。已证实,胆红素单酯的水溶性比双酯者小得多,而未经酯化者或酯型胆红素被水解成游离型,当其在溶液中达到一定浓度时即可发生自行结聚。研究还表明,胆汁中的游离胆红素实际上是一种大分子复合物,当溶液中钙离子增多,胆汁酸含量降低及胆汁p H偏酸时均可影响其在水相中的溶存性。

(五)蛋白质

正常人胆汁中的蛋白质含量为300～3000mg/L,狗的胆汁中蛋白质含量为60～400mg/L,其组成成分包括白蛋白、糖蛋白、铁蛋白以及IgG、Ig A等多种免疫球蛋白。

胆汁的黏稠性主要是由于其中的黏液物质。分析表明,大概包含中性糖蛋白、唾液酸糖蛋白、硫酸糖蛋白和酸性黏多糖。糖蛋白是大分子蛋白质,具有数百个共价键,主要的糖基是半乳糖,果糖和N-乙酰己糖氨,其中硫酸糖蛋白是线状有机物。它具有凝聚钙盐、胆固醇促进晶核形成的功能。

(六)无机离子

胆汁中含有多种无机离子,有些无机离子如Na＋,K＋,,Cl－等通过电化学及渗透压平衡,胆汁中的含量与血浆中的相似;有的是由肝细胞通过胆汁清除,诸如Cu,Fe,Si,Mu,Zn,Mo,Sn,Cr,Pb,Ag,Al,以及Ba等离子;最受注意的是钙离子,它可由胆囊黏膜分泌,在胆汁中的浓度可因不同情况而异。胆汁中的钙一部分是结合型的,另一部分是超滤型的。胆汁中的钙离子可与胆汁酸单独形成可溶性复合物,也可与胆汁酸、卵磷脂形成混合胶团,而使游离的钙离子减少,溶解性增大。肝胆汁中的钙80%呈胶团状态,但在胆中呈胶团者仅50%。当与混合胺团结合者减少时,游离钙即增多,其发生沉淀的趋向即增加。当胆囊内的钙含量由于分泌亢进而增加时,在胆汁p H升高的情况下,即可以胆红素钙、碳酸钙、脂肪酸钙或磷酸钙的形式沉淀析出,并与硫酸糖蛋白结合,结聚成块,从而有形成胆石的可能。