胆汁病理变化的作用

(一)胆色素结石中胆红素存在的形式

胆色素结石的主要成分都是胆红素,包括胆红素钙结石及黑结石两大类,其病因与发病机制存在着很大的差别。胆石光谱表明,胆色素结石中含有钙、镁、铁、硅、锰、铜、铝、铅、钠和钛等多种金属元素,其中以钙的含量最高,占结石干重的3%左右。胆石中的胆红素不是从胆汁中沉淀出来的胆红素本身,而是胆红素与多种金属离子形成的盐和螯合型高分子聚合物。

30多年前,人们曾将棕色胆色素结石称为胆红素钙结石,将黑色胆色素结石称为纯胆红素结石(pure bilirubin gallstone)。曾普遍认为棕色胆色素结石中的胆红素是中性或酸性胆红素钙;而黑色胆色素结石中的胆红素则是不溶于水的非结合胆红素(UCB)本身。但德国的Wosiewitz等(1978年)、澳大利亚的Burnett W(1981年)等和美国的Ostrow(1984年)等分别用不同的方法证明:存在于棕色和黑色胆色素结石中的胆红素化合物,只有一小部分是酸性或中性胆红素钙,占结石干重的20%～30%;大部分是胆红素的螫合型高分子聚合物,占结石干重的50%以上。

棕色或黑色胆色素结石中的胆红素虽然都是胆红素与钙等多种金属离子的化合物,但又有差别:①黑色胆色素结石几乎不含游离脂肪酸盐和游离胆汁酸盐;②棕色胆色素结石中的镁、铁、铜以及磷酸盐、碳酸盐含量较黑色胆色素结石低;③棕色胆色素结石中的糖蛋白含量低于黑色胆色素结石;④棕色胆色素结石中胆红素化合物的聚合程度较低。

(二)胆红素变化在结石形成中的作用

胆色素结石成因是一个复杂的问题,目前多数专家赞同有多因素参与结石形成。近半个世纪的研究表明,胆色素结石形成必须有3个必要条件及1个中心环节。必要条件是胆汁中游离型胆红素增多、胆汁中钙离子增加及助溶因素减弱,中心环节是胆红素钙的沉淀和溶解失平衡。其中胆汁中游离型胆红素增高,是胆色素结石形成的最重要因素。

20世纪60年代Maki总结前人的研究成果,提出了著名的胆红素钙结石成因假说,该学说认为:感染胆汁中细菌大量产生β-葡萄糖醛酸酶(β-Gase),将结合胆红素水解为非结合胆红素(UCB)和葡萄糖醛酸酶,UCB再与钙离子结合而析出胆红素钙。Maki学说较为明确地解释了胆道感染与胆管结石形成的关系,而且强调了β-Gase在胆管结石形成中的重要作用,为胆管结石成因的研究作出了重要贡献。但进一步研究表明,胆汁酸可增加胆红素钙在胆汁中的溶解度,进而可以防止胆色素结石的形成,显然这一现象是无法用β-Gase学说来解释的。20世纪70年代的研究表明,有相当比例的胆色素结石患者的胆汁中并不存在感染因素,因此不能仅仅用细菌性β-Gase来解释CB向UCB的转变,人们对内源性β-Gase在成石中的重要作用开始重视。

正常肝细胞、胆囊黏膜和胆管上皮也分泌β-Gase,称为组织源性β-Gase,它可以直接水解CB为UCB,大量实验研究表明:无论是在感染性胆汁还是非感染性胆汁中,内源性β-Gase在胆色素结石形成过程中可能起关键性作用。陈道纯等通过实验发现,向组织源性β-Gase加入胆汁成分后,其最适p H可由4.5移至7.0左右。在中性p H时,内源性β-Gase胆汁的存活力可以相对或绝对提高,有时还可以大于在弱酸性p H的活力。此外,Masuda等从实验中发现胆汁中UCB的水解有非酶性直接水解途径。近十多年来,内源性β-Gase在原发性肝内胆管结石的成因中所起的作用引起了各国学者的关注,但目前国内外尚未达到统一共识。

(三)胆道感染的作用

在生理范围的p H条件下,由于UCB分子侧链上的羧基与吡咯环对侧的NH基在分子内部形成氢键,抑制了它的亲水基,因此在水相中的溶解性很差。但当其与葡萄糖醛酸或硫酸等结合成酯型时,胆红素的内部氢键解开,形成弯卷的开放形态,使其羧基呈现亲水性而其非极性基团被遮,因此得以溶存于水相中。胆汁酸也可一定程度上干扰胆红素分子内氢键的形成,从而使UCB在水溶液中的溶解度提高。同时,胆汁的p H也可影响UCB的溶解度,在一定范围内溶液越偏碱,其溶解度越大。正常时胆汁中的胆红素可以很好地溶解于胆汁中,因为其96%以酯型存在,但如果酯型胆红素被水解,则可以转化为难溶于水相的UCB。最常见原因是胆汁中β-葡萄糖醛酸酶(β-Gase)活性增加。该酶有内、外源性两种,前者来源于肝脏、胰腺及十二指肠,在正常的胆汁中几无活性,原因是其活性的最适p H为4.5～5.2,而正常的胆汁偏碱性;而外源性的是细菌性β-Gase,主要来源于大肠杆菌,也可发生于其他细菌如厌氧菌的感染时,另外还可能由于胆汁内存在着β-Gase的拮抗物。

大量临床试验证实,大部分胆红素钙结石患者的胆汁均可检出细菌,阳性率超过90%,其中厌氧菌占40%,而绝大多数为混合感染。已检出的细菌至少有30种以上,其中以类杆菌和大肠杆菌最为常见,其他包括各种梭形杆菌、真杆菌、放线菌及梭形芽孢杆菌等厌氧菌以及克雷伯菌、变形杆菌、铜绿假单胞菌、链球菌及葡萄球菌等需氧菌。大肠杆菌、类杆菌、梭形芽孢杆菌及克雷伯菌均能产生β-Gase,后者使胆红素由结合型转变为游离型,再与钙离子和黏液等结合后沉淀、析出、结聚是形成胆色素结石的重要原因。除了细菌外,寄生虫也可进入胆道而诱发胆道结石的发生,报道较为多见的例如华支睾吸虫。实际上除了寄生虫及其虫卵的致病作用外,必然还同时混有细菌感染。

胆道感染时,胆道黏膜发生充血、水肿、黏膜坏死、黏液分泌亢进、炎细胞浸润以及结缔组织和腺体增生等一系列组织学变化,继发胆道狭窄、胆汁黏滞度增加、胆汁淤滞等情况,而损伤脱落的上皮细胞和组织碎屑还可构成异质成晶的核心,这些都是形成胆石的重要因素。实验表明,单纯向胆道或胆囊内注入细菌,并不能导致胆道感染,若同时结扎胆总管或胆囊管,造成胆汁液淤滞,或同时使胆道的血液供应受阻,即可成功地诱发感染。这与临床上胆道感染多数伴存胆石及胆道梗阻极为相似。

胆道感染时,在细菌性酶促作用下,可使胆汁酸脱结合、脱羟基,使卵磷脂降解为软脂酸形成软脂酸钙沉淀等,同时由于胆汁中卵磷脂含量减少,胆红素的溶解度相应降低,促进胆红素与钙结合发生沉淀,这些变化不仅严重地影响胆汁中载体及混合腔团的稳定性,降低对胆红素、胆固醇和脂肪酸等的溶存能力,使它们也从胆汁中沉淀析出,继而附着于糖蛋白网架,凝聚成石,而且还可直接对黏膜产生致炎作用。分析表明,胆红素钙结石中的胆红素,其85%系游离型。结石中含有大量由黏液物质组成的网架,含有多量钙离子和脱氧胆酸,均表明这类胆石的形成与胆道感染密切有关。此外,细菌产生的自由基是胆红素钙形成的触发因子,使胆红素与钙形成沉淀的溶解度常数减小,自由基还可促使胆道上皮分泌更多的糖蛋白。最后,细菌还可产生内毒素,激活肝细胞、胆管上皮细胞和胆汁中的白细胞,释放内源性β-Gase,参与成石。

研究认为,色素胆石的颜色与结石形成的速率以及胆红素及其衍生物的结构情况有关。胆红素单位成核后,由于黏液糖蛋白等的黏附、沉着而逐渐结聚。其增长、结聚的过程越慢,成为多聚体的时间及程度越充分,则结石的颜色越黑。如前所述,胆红素钙结石与胆道感染的关系较大,由于细菌的酶促作用,在短期内可以生成大量的UCB钙和黏液糖蛋白结聚,故其结构较疏松,颜色主要呈胆红素的红褐色。黑胆石大多无感染,可能主要与胆汁中的UCB积滞有关,因此黑胆石的形成机制可能与胆红素钙结石不尽相同。