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，

①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。

②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。

③外腔：内外膜之间的空隙。

④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：⑴有线粒体的内膜向中心褶叠形成间壁，

把线粒体一分为二；⑵线粒体的中央部分收缩，形成一个很细的颈，在分成两半；⑶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：

①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；

②之字嵴：也是线粒体功能活跃的表现，有人称谓高效线粒体；

③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：

④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；

⑤棱形嵴：线粒体嵴的横断面呈三角形或棱形；

⑥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

①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。

②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，这种现象出现表明线粒体功能和结构受到了破坏，为不可逆性改变，出现于多种病理变化的过程中。

补充一点：关于线粒体的肿胀程度还可以用体视学的方法进行半定量的分析，衡量线粒体

形态改变的指标主要是比表面积，是线粒体表面积和体积的比例，可用图像分析的方法得

到这个结果，关于这方面的文献较多，你可以查一下。