肝性脑病与氨代谢紊乱、神经递质变化及锰离子异常沉积有关。氨代谢存在产生增多（肠道产氨增加、肌肉产氨增加）和清除不足（肝脏清除障碍、脑外组织清除减少）；神经递质方面γ-氨基丁酸/苯二氮系统失衡（GABA水平升高、苯二氮受体数量增加）且有假性神经递质产生；锰离子代谢障碍致其在脑内蓄积干扰神经细胞功能，不同年龄肝性脑病患者相关机制有差异或影响病程。
一、氨代谢紊乱与肝性脑病
（一）氨的产生与清除失衡
1.氨的产生增多
肠道产氨增加：肝硬化时门体分流存在，肠道细菌大量繁殖，尿素酶活性增高，使肠道内蛋白质和尿素分解产氨增多。另外，患者常存在便秘，肠道中氨的吸收增加。在儿童肝性脑病中，若有先天性尿素循环障碍相关疾病，也会导致氨产生异常。例如，先天性精氨酸酶缺乏症患者，精氨酸不能正常分解为鸟氨酸和尿素，使得氨的产生在肝脏外的肠道等部位异常增多。
肌肉产氨增加：患者处于高分解代谢状态时，肌肉活动增加，蛋白质分解代谢增强，产氨也会增多。对于不同年龄的患者，如儿童肝性脑病患者，若存在基础肝脏疾病导致代谢异常，肌肉代谢相关的氨产生也可能出现紊乱。
2.氨的清除不足
肝脏清除障碍：正常情况下，氨在肝脏通过鸟氨酸循环合成尿素而被清除。肝硬化时，肝细胞功能严重受损，鸟氨酸循环相关的酶活性降低，如精氨酸酶等，导致尿素合成减少，氨的肝脏清除途径受阻。在儿童肝性脑病中，若为先天性尿素循环酶缺陷，如鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症，会直接导致鸟氨酸循环障碍，氨的肝脏清除完全依赖异常的代谢途径，容易出现氨蓄积。
脑外组织清除减少：除肝脏外，肾、肌肉等组织也可清除氨，但在肝性脑病时，这些脑外组织对氨的清除能力也会下降，进一步加重氨在体内的蓄积。
二、神经递质的变化与肝性脑病
（一）γ-氨基丁酸/苯二氮（GABA/BZ）系统失衡
1.GABA水平变化
肝脏功能障碍时，对GABA的清除减少，使得血浆中GABA水平升高。GABA是中枢神经系统重要的抑制性神经递质，过多的GABA可与大脑突触后膜上的GABA受体结合，增强中枢神经系统的抑制作用。在不同年龄的肝性脑病患者中，这种GABA水平的变化都会影响神经功能。例如，儿童肝性脑病患者若存在肝脏发育或功能异常，GABA的代谢和调节失衡会更早影响其神经系统发育和功能。
2.苯二氮受体的变化
苯二氮受体与GABA受体有协同作用，肝性脑病时苯二氮受体数量增加，与增多的GABA结合后，进一步增强了中枢抑制效应，导致患者出现意识障碍等神经精神症状。
（二）假性神经递质的产生
1.假性神经递质的形成
正常情况下，脑干网状结构中存在具有兴奋作用的正常神经递质，如去甲肾上腺素、多巴胺等。当肝功能不全时，肠道的芳香族氨基酸如苯丙氨酸、酪氨酸等经肠道细菌脱羧酶作用，分别生成苯乙胺和酪胺，这些物质被吸收后进入肝脏，由于肝脏清除功能障碍，苯乙胺和酪胺不能被有效代谢，随血液循环进入脑内，在脑内经β-羟化酶作用分别生成苯乙醇胺和羟苯乙醇胺，它们的化学结构与正常的神经递质去甲肾上腺素和多巴胺相似，但不能正常传递神经冲动，称为假性神经递质。在儿童肝性脑病中，若有先天性代谢酶缺陷影响这一过程，也会导致假性神经递质产生异常。例如，某些先天性酶缺乏可能使得苯乙胺和酪胺不能正常代谢转化为正常神经递质，从而积累假性神经递质。
三、锰离子的异常沉积与肝性脑病
（一）锰离子在脑内的蓄积
1.锰离子代谢障碍
肝脏是调节机体锰离子代谢的重要器官，肝硬化时肝脏对锰离子的摄取、转运和排出功能障碍，导致锰离子在脑内基底节等部位沉积。锰离子沉积会干扰神经细胞的正常功能，影响神经递质的传递和细胞的能量代谢等。在不同年龄的肝性脑病患者中，这种锰离子的蓄积机制类似，但儿童患者由于处于生长发育阶段，神经细胞对锰离子沉积的敏感性可能不同，且其肝脏对锰离子的代谢调节能力与成人有差异，可能会影响肝性脑病的发生发展过程。例如，儿童肝性脑病患者若存在基础肝脏疾病影响锰离子代谢，更容易出现神经功能的损害。
