在正常情况下，脂溶性的胆固醇靠着胆汁酸和磷脂的帮助，能够完全溶解在胆汁中，不会有胆固醇结晶析出。但是，胆汁酸和磷脂溶解胆固醇的能力有一定限度，也就是说一定量的胆汁酸和磷脂只能使某一定量的胆固醇溶解。如果胆汁中的胆固醇含量超过了胆汁酸和磷脂溶解胆固醇的能力，胆汁中部分胆固醇就不能溶解在胆汁中，就会析出胆固醇结晶而发生沉淀。析出的胆固醇结晶相互聚结，久而久之便会形成胆固醇结石。科学家们把胆固醇的含量接近胆汁能够溶解它的能力的胆汁叫饱和胆汁，而将胆固醇含量超过胆汁能够溶解它的能力的胆汁称为过饱和胆汁。饱和胆汁和过饱和胆汁的形成是胆固醇结石形成的首要条件。近年来各国的科学家对这一问题作了广泛深入的研究。结果发现胆固醇结石病人从肝脏分泌出来的胆汁就是饱和或过饱和胆汁，故这些病人的肝胆汁已经具有形成结石的初步条件。胆汁的化学成分分析表明，胆结石病人的胆汁有胆固醇含量的明显增高，或有胆汁酸和磷脂含量的明显降低。因此，肝脏分泌过多的胆固醇或产生胆汁酸和磷脂过少，均会导致饱和或过饱和胆汁的产生。
诚然，胆固醇结石的形成过程非常复杂，至今还未完全弄清，饱和胆汁或过饱和胆汁的形成仅仅是形成胆固醇结石的第一步。这种对胆固醇结石的形成机理的认识是建立在坚实的科学基础之上，并为胆固醇结石的治疗和预防提供了科学的依据，因此，被誉为近20年来胆固醇结石形成机理研究中的一个重要的有突破性的发现。
胆固醇是胆汁中的一种脂类。正常人胆汁中有三种主要脂类，即胆固醇、卵磷脂和胆汁酸；它们以一定的比例组成微胶粒混悬于胆汁中而不析出。在胆固醇结石患者的胆汁中，胆固醇含量过多或胆汁酸含量减少，出现三种脂类比例失调。过饱和胆汁的胆固醇以脱落细胞、粘液物质为核心，沉淀形成胆固醇结石。胆囊胆汁中存在着促成核物质和抗成核物质，二者维持平衡状态。胆固醇结石病人的胆囊胆汁中，抗成核因子减少，促成核因子增加，因而易于成石。
细菌感染和胆固醇结石的形成有关系，感染可以加速胆固醇结石的形成。当有细菌感染的情况下：①可以引起胆囊壁发炎增厚；②胆囊收缩功能减退，致使进餐后胆囊胆汁不能完全排入肠道，胆汁在胆囊内潴留时间延长，胆汁过分浓缩，其理化性质发生改变；③胆汁淤滞；④胆汁在胆囊内停留时间过长，胆囊对胆盐的吸收增加，胆汁中胆固醇呈相对过饱和状态。胆囊胆汁中过饱和的胆固醇以胆囊内脱落上皮细胞、菌群、粘液蛋白等促成核物质为核心，析出结晶形成胆固醇结石。
因此，预防胆固醇结石的发生，除了饮食结构要合理，还应避免胆道感染的发生。
胆固醇结石的产生与饮食有一定关系。西方国家胆固醇结石发病率较高，而我国胆固醇结石在城市中发病率亦有上升趋势，但农村人口仍以胆管内色素结石为主。从理论上讲，凡能造成胆囊胆汁中胆固醇成为过饱和状态者均有可能为胆固醇结石的形成提供条件。过食油腻、精细食物可以明显增高胆汁中胆固醇饱和度，从而增加了患胆固醇结石的危险性。动物实验观察，精制淀粉、少纤维食品有明显抑制肝脏分泌胆盐的作用，使胆盐的排出减少，致使胆汁中胆盐、卵磷脂、胆固醇三者比例失调，胆固醇相对过饱和而形成胆固醇结石。另外，空腹亦容易形成胆固醇结石。由于时间紧张有些人习惯不吃早餐，这是不可取的。因为人在空腹时，胆囊处于舒张状态，胆汁潴留在胆囊内，只有在进餐后胆囊才能收缩将胆汁排入肠道，起到利胆的作用。空腹可造成胆汁在胆囊内停留时间过长，胆汁过分浓缩，给结石的形成创造了条件。而适当食用纤维素丰富的饮食对于预防胆固醇结石的形成是有一定益处的。因为纤维素丰富的饮食可增加胆汁中鹅去氧胆酸的含量，降低胆固醇饱和度，增加胆汁溶解胆固醇的能力。
胆固醇结石一般都发生在胆囊内。虽然有的病人在胆管内也会发现胆固醇结石，但是这些结石是原先在胆囊内，以后通过胆囊管而进入胆总管的。患了胆固醇结石而将胆囊切除后，尽管从这些病人的肝脏产生的胆汁依然是饱和或过饱和胆汁，但是手术后却一般不会在胆管内再产生结石。以上事实表明，胆囊对胆固醇结石的形成有着很重要的作用。
研究胆结石的有关专家认为，胆汁中仅仅有胆固醇结晶析出，或者说饱和或过饱和胆汁的产生，还不致形成胆固醇结石。析出的胆固醇结晶还必须相互聚结，融合成团，并逐渐增大，才会最终形成结石。结石形成的这一过程，并不是一朝一夕就能完成的，需要一定的时日。胆囊是胆汁的储存器，平时胆囊内的胆汁是处于停滞的状态，即使胆囊收缩时，胆囊内的胆汁只有部分排入胆管。于是，从肝脏分泌出来的饱和或过饱和胆汁进入胆囊后，就有足够的时间析出胆固醇结晶，从而形成结石。如果胆囊的收缩排空功能受影响时，那就更容易导致结石的产生。如妇女怀孕后，由于体内内分泌激素的改变，胆囊的收缩排空会受到一定的影响，孕妇就较易患胆结石。
胆囊粘膜分泌的粘液，对胆结石的形成也被认为有着重要的作用。这种粘液就像粘结剂，能将胆囊内的胆固醇结晶粘结在一起而形成结石。有的医生提出，通过抑制胆囊粘液分泌的方法，如口服药物阿司匹林来预防胆结石形成的设想。
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