《毒理学基础》13第17章-肝脏毒理学概述

第17章肝脏毒理学1概述2肝脏作为毒作用靶器官3肝对外源化学物的毒性反应机制4肝损害所致的生物功能障碍5化学性肝损伤的检测与评价1概述肝脏不仅是人体物质与能量代谢的重要器官，而且也是许多外来化学物包括某些医药毒作用的靶器官。肝脏毒理学:是利用毒理学的基本原理和方法研究外源化学物对肝脏的损害作用及其机制的学科。是靶器官毒理学的主要研究领域。化学性肝损害的程度与类型与化学物的种类及暴露时间的长短有关。短期暴露主要引起肝细胞内脂质蓄积、肝细胞坏死、肝胆功能障碍等。长期暴露可引起肝硬化和瘤样改变。化学性肝损伤发生的频率与严重程度存在较大的种属差异。2肝脏作为毒作用靶器官2.1肝脏作为靶器官的原因：肝脏的基本结构单位：肝小叶、肝腺泡、门管小叶肝细胞肝脏的生理生化功能2.2常见的肝毒物2.1肝脏作为靶器官的原因肝脏最易作为毒作用靶器官的原因：其一是肝脏的解剖位置和组织结构：肝脏是个被血液充盈的器官，与血液循环系统密切相连，因其存在门静脉和肝动脉两套入肝血管，分别接受来自胃肠道静脉血液和体循环的动脉血，所以无论何种途径进入人体的毒物都会迅速进入肝脏，尤其是胃肠道吸收的毒物，在进入血液循环前就达到肝脏。其二是肝脏是主要的毒物代谢器官：易受毒物的损害，尤其是经其活化的毒物首先接触肝脏细胞而引起损害。其三是由胆汁排泄的毒物可通过肝-肠循环而对肝脏重复发挥毒性作用。肝小叶1833年Kiernan提出，肝小叶的立体形态一般呈六角形棱柱体，长约2mm，宽0.1mm，其中以中央静脉横穿长轴。最早认为肝细胞是以中央静脉为中心，呈放射状向四周排列，因此称为肝细胞索。肝细胞索的细胞则呈一行或双行排列，并相互连接，肝细胞索之间为窦状隙--“肝窦”或“血窦”。肝小叶之间以结缔组织分隔，并有肝门管的分支分布其间，但人的肝内结缔组织较少，一般分界不清。成人肝脏大约有100万肝小叶。这种肝小叶的形态易于观察辨认，也是迄今组织学、生理学、病理学所常用的肝脏基本功能单位。肝小叶的立体构型，近年认为人和成年哺乳动物的肝细胞排列并不呈长的索状，而是呈立体的板状结构，即所谓肝板。肝板是由类似单层立方上皮组成，在肝小叶内凹凸不平，互相连接吻合，在靠近肝小叶周边区有一层比较平整的环行肝板--“界板”。肝腺泡1954年由Rappaport及其同仁们提出，肝基本功能单位体积较小，一般呈卵圆形，它是以门管区的小叶间动脉、小叶间静脉、小叶间胆管各发出的一支终末管道为中轴，两端以中央静脉为界。一般若按经典肝小叶的横断面为视野，一个经典小叶可包含六个肝腺泡。肝腺泡中轴血管发出的入口小血管，穿过界板与窦状隙相连续，腺泡内的血流是从中央流向外周。肝腺泡根据血流方向和获得营养的先后状态，将其分为三带：近中轴血管的部分为Ⅰ带，此带肝细胞最先获得营养和含氧的新鲜血液，细胞新陈代谢比较活跃，抵御疾病力强，细胞再生最早出现。腺泡远端近中央静脉的部分为Ⅲ带，肝细胞的营养条件较差，肝细胞对有害因素的抵抗力及再生能力均较Ⅰ带的肝细胞弱。而位于Ⅰ带和Ⅲ带之间的部分为Ⅱ带，肝细胞的营养、代谢和再生能力等功能均在Ⅰ-Ⅲ带之间。门管小叶1906年Mall根据胆管和血管都是从门管区发出分支进入肝实质，认为肝小叶应以排泄导管为中轴，即以门管区为中轴的小叶结构--门管小叶。它一般为三角形柱状体；其长轴与肝小叶一致，中心为胆管及伴行的血管，周围以三个中央静脉的连线为界。门管小叶的概念着重强调肝细胞分泌的胆汁，从门管小叶的周边向中央汇集，导入胆管，以肝的外分泌功能为主，实质上肝的血液供应及肝板的活动都是以门管区为中心。门管区是指相邻肝小叶间的三角形或椭圆形区域，其中主要有三种管道，即小叶间动脉、小叶间静脉、小叶间胆管，此外还有小淋巴管和神经纤维。小叶间动脉为肝动脉分支，管径细而管壁厚。小叶间静脉是门静脉的小支，管径大而壁薄，形状不规则。小叶间胆管是肝管的分支，由单层立方上皮组成。每个肝小叶周围有3-4个门管区。每分钟由肝动脉入肝的流量为400ml，门静脉入肝的血流量为1000-1200ml。肝细胞肝脏的实质细胞是肝细胞，为组成肝脏的主要细胞，其功能复杂，主要执行代谢功能。单个肝细胞的直径最大可达20-30μm，细胞体积约4900μm3，表面积约1700μm2，每个肝细胞的表面可分为肝窦（血窦）面、毛细胆管面和相邻的肝细胞面。生活状态的肝细胞有一定的弹性，不同的动物和不同的生理状态体积变化较大。这些多边形的细胞邻近血液充盈的血窦并排列成片状或板状结构，板状结构从每个门管三联体向着相邻的中央静脉呈放射状分布。肝脏除肝细胞外，还有非实质性细胞，包括胆管上皮细胞、内皮细胞、库弗细胞、贮脂细胞、陷窝细胞、星状细胞等。肝脏的生理生化功能肝脏是人体最大的腺体，它在人的代谢﹑胆汁生成﹑解毒﹑凝血﹑免疫﹑热量产生及水与电解质的调节中均起着非常重要的作用，因些有人把肝脏称做从体内的一个巨大的“化工厂”，肝内进行的生物化学反应达500种以上，其主要生理功能是：代谢功能胆汁生成和排泄解毒作用和免疫功能凝血和其它功能代谢功能糖代谢：食物消化变成葡萄糖经肠道吸收后，肝脏将它合成肝糖原贮存起来；当机体需要时，又能把肝糖原分解为葡萄糖供机体利用。蛋白质代谢：肝脏是人体白蛋白唯一的合成器官；γ球蛋以外的球蛋白、酶蛋白及血浆蛋白的生成；氨基酸代谢、尿素合成及氨的处理。脂肪代谢：脂肪的合成和释放﹑脂肪酸分解﹑酮体生成与氧化﹑胆固醇与磷脂的合成﹑脂蛋白合成和运输等。维生素代谢：许多维生素如A、B、C、D和K的合成与储存。激素代谢：肝脏参与激素的灭活。胆汁生成和排泄胆红素的摄取﹑结合和排泄，胆汁酸的生成和排泄都由肝脏承担。肝细胞制造﹑分泌的胆汁，经胆管输送到胆囊，胆囊浓缩后排放入小肠，帮助脂肪的消化和吸收。如果没有胆汁，食入的脂肪约有40%从粪便中丢失，而且还伴有脂溶性维生素的吸收不良，如维生素A、D、E。解毒作用和免疫功能解毒作用：人体代谢过程中所产生的一些有害废物及外来的毒物﹑毒素、药物的代谢和分解产物，均在肝脏解毒。免疫功能：肝脏是最大的网状内皮细胞吞噬系统，它能通过吞噬﹑隔离和消除入侵和内生的各种抗原。凝血和其它功能凝血功能：几乎所有的凝血因子都由肝脏制造，肝脏在人体凝血和抗凝两个系统的动态平衡中起着重要的调节作用。其它功能：肝脏参与人体血容量的调节﹑热量的产生和水、电解质的调节、代偿造血。2.2常见的肝毒物体质依赖性肝毒物：表现为肝细胞坏死和胆汁淤积。其毒性与特异易感体质有关，损害作用不易通过动物模型复制，也无明显剂量依赖性。真性肝毒物：其损害作用有量-效关系，可在动物模型中复制。根据其损害机制可分为直接肝毒物（直接导致肝脏细胞膜脂过氧化、膜蛋白质变性、结构破坏和细胞坏死。如CCl4）和间接肝毒物（间接通过干扰细胞的代谢功能而损伤肝脏细胞。如乙硫氨酸可通过抑制脂蛋白合成酶，使甘油三酯不能从肝细胞排出而导致脂肪变性）。3肝对外源化学物的毒性反应机制肝对化学物的毒性反应依赖于化学毒物的性质、受损细胞群种类、接触剂量与接触方式。具体表现：3.1肝细胞死亡3.2脂肪变性（steatosis）3.3胆汁淤积（cholestasis）3.4肝窦状隙损害3.5肝纤维化（hepaticfibrosis）与肝硬化（cirrhosis）3.6肝癌变3.1肝细胞死亡--死亡方式坏死（necrosis）：直接由损伤因子引起细胞死亡（他杀）。是细胞被动死亡过程，表现为细胞肿胀、渗漏、核崩溃、细胞膜破裂，并伴有炎细胞浸润。凋亡（apoptosis）：是机体为了维持自身组织中细胞生成与死亡的平衡，所出现的细胞基因指导下的主动自我消亡过程（自杀）。是细胞主动死亡过程，表现为细胞收缩、核片段化、凋亡小体形成，但没有炎症。3.1肝细胞死亡--死亡机制肝细胞膜脂质过氧化，膜通透性增加；毒物及其代谢产物与生物大分子结合，使生物大分子丧失功能；损伤肝细胞线粒体，影响细胞呼吸链中酶蛋白的合成，使细胞内呼吸停止；细胞骨架损伤，膜通透性改变，钙稳态失调。3.2脂肪变性表现：脂肪以脂滴的形式在肝细胞质中呈圆形空泡。小泡性脂肪变性脂滴微小，细胞核不受挤压；大泡性脂肪变性脂滴较大，细胞核被挤压推向一侧。机制：脂肪酸氧化减少；甘油三酯合成增加；运脂蛋白合成减少；肝外游离脂肪进入肝脏增加。3.3胆汁淤积表现：胆汁形成减少、分泌与排泄受阻；胆盐和胆红素在血清中含量增加；黄疸（皮肤粘膜及尿色变黄）。胆小管肿胀、胆管与胆小管中胆栓形成，可伴有肝细胞肿胀、死亡和炎症。机制：肝细胞膜胆固醇酯堆积，使肝窦状隙膜的流动性与钠/钾-ATP酶活性降低，导致胆汁流动性降低，胆小管分泌减少；胆管上皮细胞通透性降低，导致胆汁流动性降低；化学物在胆管内沉淀，胆栓形成而阻塞胆管，胆汁排泄障碍。3.4肝窦状隙损害肝血液流传被阻断，使肝窦扩张、窦状隙阻塞、肝脏充血，从而影响窦状隙的功能。窦状隙上皮细胞壁的损害，导致窦状隙内皮间隙的屏障功能丧失，使血液充满肝窦状隙而产生炎症。3.5肝纤维化与肝硬化肝硬化是慢性肝损伤的最后阶段，具有致命和不可逆性。是化学物反复作用导致纤维组织代替损伤的肝细胞的结果。表现：主要为广泛的纤维（尤其是胶原）蓄积。纤维化可发展到中央静脉、肝门束或窦状隙中间，肝脏被纤维组织分隔成小结节。这不仅肝细胞功能受损，窦状隙纤维化使其对物质的弥散功能受限。机制：肝细胞受损坏死后被分解、吸收，成纤维细胞增生，合成胶原增多，胶原沉积而纤维化；肝细胞受损激活贮脂细胞，使其变为肌成纤维细胞；肝细胞受损激活肝星形细胞，使细胞外基质合成和纤维化介质分泌增加，收缩力增强。3.6肝癌变癌变细胞包括肝细胞、胆管上皮细胞和窦状隙细胞。引起肝细胞和胆管上皮细胞癌和高度恶性的窦状隙细胞血管肉瘤。目前资料见，肝炎病毒和黄曲霉素是主要的致癌因素。机制：毒物及其代谢产物对生物大分子特别是DNA造成损害或与生物大分子结合或活化肝细胞癌基因或抑制肝细胞抑癌基因。4肝损害所致的生物功能障碍4.1物质代谢障碍：营养物质代谢功能障碍化学毒物解毒功能障碍4.2凝血功能障碍4.3免疫功能障碍病原微生物感染肠源性内毒素侵害营养物质代谢功能障碍肝糖原储备和分解减少,血糖降低,机体能量供应不足。肝脂肪氧化和外运能力下降,在肝内堆积形成脂肪肝;血浆胆固醇的酯化作用减弱,使血浆胆固醇酯浓度降低。肝脏出现纤维化或肝硬化时，由于有效肝细胞总数减少，肝细胞的代谢能力降低，清蛋白合成发生障碍，血浆清蛋白浓度降低；某些氨基酸在肝内的分解代谢障碍，导致其在血浆中的浓度升高，血浆氨基酸失衡。化学毒物解毒功能障碍肝损害引起化学物的生物转化能力下降，尤其是Ⅱ相反应功能障碍，使外源性和内源性毒物（包括药物）的解毒功能降低。许多药物的Ⅰ相反应是在肝细胞滑面内质网上的微粒体混合功能氧化酶系作用下进行各种氧化作用，肝损害时，使其代谢减弱而导致药物蓄积，半衰期延长；肝纤维化和硬化，门静脉中的药物绕过肝脏而直接进入体循环，潜伏期缩短；肝损害引起的血清蛋白合成较少，使药物的血浆蛋白结合率降低，游离药物浓度增加，作用增强。4.2凝血功能障碍肝功能障碍，使肝脏合成与灭活凝血因子和凝血抑制因子的能力均减弱，导致机体凝血与抗凝功能失衡而引起出血或血栓形成，但多表现为凝血功能障碍为主，引起出血。导致凝血功能障碍的主要原因：凝血因子尤其是依赖维生素K的凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ的合成较少；清除纤溶酶能力减弱，引起纤溶亢进，纤维蛋白溶解；清除纤溶酶原激活物能力减弱，抗纤溶酶活性降低，引起纤溶亢进，纤维蛋白溶解。4.3免疫功能障碍肝脏虽不是专职的免疫器官，但因其具有特殊的生理功能、解剖位置与双途径血液供应系统，与机体免疫作用有密切联系。在机体自身保护方面，肝脏可作为消化系统的第二道屏障。进入门静脉的绝大部分细菌、病毒在经过肝窦时被吞噬。因此，肝脏严重损害后，机体易遭受病原微生物感染和肠源性内毒素的侵害。病原微生物感染肝脏库弗细胞具有较强的吞噬能力，能