Tworzenie żółci

Wątroba wydziela około 500–600 ml żółci dziennie. Żółć jest izoosmotyczna w stosunku do osocza i składa się głównie z wody, elektrolitów, soli żółciowych, fosfolipidów (głównie lecytyny), cholesterolu, bilirubiny i innych endogennych lub egzogennych składników, takich jak białka regulujące funkcje przewodu pokarmowego, leki lub ich metabolity. Bilirubina jest produktem rozpadu składników hemu podczas rozpadu hemoglobiny. Powstawanie soli żółciowych, znanych również jako kwasy żółciowe, powoduje wydzielanie innych składników żółci, w szczególności sodu i wody. Funkcje soli żółciowych obejmują wydalanie potencjalnie toksycznych substancji (np. bilirubiny, metabolitów leków), rozpuszczanie tłuszczów i witamin rozpuszczalnych w tłuszczach w jelicie w celu ułatwienia ich wchłaniania oraz aktywację oczyszczania osmotycznego jelit.

Synteza i wydzielanie żółci wymagają mechanizmów transportu aktywnego, a także procesów takich jak endocytoza i bierna dyfuzja. Żółć powstaje w kanalikach między sąsiadującymi hepatocytami. Wydzielanie kwasów żółciowych w kanalikach jest etapem ograniczającym szybkość wytwarzania żółci. Wydzielanie i wchłanianie zachodzą również w przewodach żółciowych.

W wątrobie żółć z wewnątrzwątrobowego układu zbiorczego trafia do proksymalnego, czyli wspólnego przewodu wątrobowego. Około 50% żółci wydzielanej poza posiłkami ze wspólnego przewodu wątrobowego trafia do pęcherzyka żółciowego przez przewód pęcherzykowy; pozostałe 50% trafia bezpośrednio do wspólnego przewodu żółciowego, utworzonego przez połączenie przewodu wątrobowego wspólnego i przewodu pęcherzykowego. Poza posiłkami niewielka część żółci pochodzi bezpośrednio z wątroby. Pęcherzyk żółciowy wchłania do 90% wody z żółci, koncentrując ją i przechowując.

Żółć przepływa z pęcherzyka żółciowego do przewodu żółciowego wspólnego. Przewód żółciowy wspólny łączy się z przewodem trzustkowym, tworząc bańkę Vatera, która otwiera się do dwunastnicy. Przed połączeniem z przewodem trzustkowym przewód żółciowy wspólny zwęża się do < 0,6 cm. Zwieracz Oddiego otacza zarówno przewód żółciowy trzustkowy, jak i przewód żółciowy wspólny; ponadto każdy przewód ma własny zwieracz. Żółć normalnie nie przepływa wstecznie do przewodu trzustkowego. Zwieracze te są bardzo wrażliwe na cholecystokininę i inne hormony jelitowe (np. peptyd aktywujący gastrynę) oraz na zmiany tonu cholinergicznego (np. z powodu środków antycholinergicznych).

Podczas standardowego posiłku pęcherzyk żółciowy zaczyna się kurczyć, a zwieracze dróg żółciowych rozluźniają się pod wpływem wydzielanych hormonów jelitowych i stymulacji cholinergicznej, co sprzyja przemieszczaniu się około 75% zawartości pęcherzyka żółciowego do dwunastnicy. Natomiast podczas postu napięcie zwieracza wzrasta, co sprzyja wypełnianiu pęcherzyka żółciowego. Sole żółciowe są słabo wchłaniane przez bierną dyfuzję w proksymalnym odcinku jelita cienkiego; większość kwasów żółciowych dociera do dystalnego jelita krętego, gdzie 90% jest aktywnie wchłaniane do łożyska żyły wrotnej. Po powrocie do wątroby kwasy żółciowe są skutecznie ekstrahowane i szybko modyfikowane (na przykład wolne kwasy są wiązane) i wydzielane z powrotem do żółci. Sole żółciowe krążą w obwodzie jelitowo-wątrobowym 10-12 razy dziennie.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

Anatomia dróg żółciowych

Sole żółciowe, bilirubina sprzężona, cholesterol, fosfolipidy, białka, elektrolity i woda są wydzielane przez hepatocyty do kanalików żółciowych. Aparat wydzielniczy żółci obejmuje białka transportu błonowego kanalików, organelle wewnątrzkomórkowe i strukturycytoszkieletu. Ścisłe połączenia między hepatocytami oddzielają światło kanalików od układu krążenia wątroby.

Błona kanalikowa zawiera białka transportujące kwasy żółciowe, bilirubinę, kationy i aniony. Mikrokosmki zwiększają jej powierzchnię. Organelle są reprezentowane przez aparat Golgiego i lizosomy. Pęcherzyki służą do transportu białek (na przykład IgA) z błony sinusoidalnej do błony kanalikowej oraz do dostarczania białek transportujących syntetyzowanych w komórce dla cholesterolu, fosfolipidów i ewentualnie kwasów żółciowych z mikrosomów do błony kanalikowej.

Cytoplazma hepatocytu wokół kanalików zawiera struktury cytoszkieletu: mikrotubule, mikrofilamenty i filamenty pośrednie.

Mikrotubule powstają w wyniku polimeryzacji tubuliny i tworzą sieć wewnątrz komórki, szczególnie w pobliżu błony podstawno-bocznej i aparatu Golgiego, uczestnicząc w transporcie pęcherzykowym zależnym od receptora, wydzielaniu lipidów, a w pewnych warunkach także kwasów żółciowych. Tworzenie mikrotubul jest hamowane przez kolchicynę.

Budowa mikrofilamentów obejmuje interakcję polimeryzowanych (F) i wolnych (G) aktyn. Mikrofilamenty, skoncentrowane wokół błony kanalikowej, określają kurczliwość i ruchliwość kanałów. Falloidyna, która wzmacnia polimeryzację aktyny, i cytochalazyna B, która ją osłabia, hamują ruchliwość kanałów i powodują cholestazę.

Filamenty pośrednie składają się z cytokeratyny i tworzą sieć między błonami plazmatycznymi, jądrem, organellami wewnątrzkomórkowymi i innymi strukturami cytoszkieletu. Pęknięcie filamentów pośrednich prowadzi do zakłócenia procesów transportu wewnątrzkomórkowego i zatarcia światła kanalików.

Woda i elektrolity wpływają na skład wydzieliny kanalikowej, przenikając przez ścisłe połączenia między hepatocytami ze względu na gradient osmotyczny między światłem kanalików a przestrzeniami Dissego (przepływ parakomórkowy). Integralność ścisłych połączeń zależy od obecności białka ZO-1 o masie cząsteczkowej 225 kDa na wewnętrznej powierzchni błony plazmatycznej. Pęknięcie ścisłych połączeń wiąże się z przedostaniem się rozpuszczonych większych cząsteczek do kanalików, co prowadzi do utraty gradientu osmotycznego i rozwoju cholestazy. Można zaobserwować cofanie się żółci kanalikowej do zatok.

Kanaliki żółciowe uchodzą do przewodów, czasami nazywanych kanałami cholangiolowymi lub kanałami Heringa. Przewody znajdują się głównie w strefach wrotnych i uchodzą do międzyzrazikowych przewodów żółciowych, które jako pierwsze z przewodów żółciowych są połączone z odgałęzieniami tętnicy wątrobowej i żyły wrotnej i znajdują się w triadach wrotnych. Przewody międzyzrazikowe łączą się, tworząc przewody przegrodowe, aż do utworzenia dwóch głównych przewodów wątrobowych, wychodzących z prawego i lewego płata w okolicy wrót wątroby.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ], [ 16 ]

Wydzielanie żółci

Powstawanie żółci odbywa się przy udziale szeregu procesów transportu zależnych od energii. Jej wydzielanie jest stosunkowo niezależne od ciśnienia perfuzji. Całkowity przepływ żółci u ludzi wynosi około 600 ml/dzień. Hepatocyty zapewniają wydzielanie dwóch frakcji żółci: zależnej od kwasów żółciowych („225 ml/dzień”) i niezależnej od nich („225 ml/dzień”). Pozostałe 150 ml/dzień jest wydzielane przez komórki przewodów żółciowych.

Wydzielanie soli żółciowych jest najważniejszym czynnikiem w tworzeniu żółci (frakcja zależna od kwasów żółciowych). Woda podąża za osmotycznie aktywnymi solami żółciowymi. Zmiany aktywności osmotycznej mogą regulować wnikanie wody do żółci. Istnieje wyraźna korelacja między wydzielaniem soli żółciowych a przepływem żółci.

Istnienie frakcji żółci niezależnej od kwasów żółciowych jest udowodnione przez możliwość wytwarzania żółci niezawierającej soli żółciowych. Tak więc kontynuacja przepływu żółci jest możliwa pomimo braku wydalania soli żółciowych; wydzielanie wody jest spowodowane innymi osmotycznie aktywnymi substancjami rozpuszczonymi, takimi jak glutation i wodorowęglany.

[ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ], [ 21 ], [ 22 ], [ 23 ], [ 24 ], [ 25 ]

Mechanizmy komórkowe wydzielania żółci

Hepatocyt jest polarną komórką nabłonkową wydzielniczą z błoną podstawno-boczną (zatokową i boczną) i błoną szczytową (cewkową).

Tworzenie żółci obejmuje wychwytywanie kwasów żółciowych i innych jonów organicznych i nieorganicznych, ich transport przez błonę basolateralną (sinusoidalną), cytoplazmę i błonę kanalikową. Procesowi temu towarzyszy filtracja osmotyczna wody zawartej w hepatocytach i przestrzeni parakomórkowej. Identyfikacja i charakterystyka białek transportowych błon sinusoidalnych i kanalikowych są złożone. Badanie aparatu wydzielniczego kanalików jest szczególnie trudne, ale do tej pory opracowano metodę uzyskiwania podwójnych hepatocytów w krótkotrwałej hodowli, która okazała się niezawodna w wielu badaniach. Klonowanie białek transportowych pozwala nam scharakteryzować funkcję każdego z nich oddzielnie.

Proces tworzenia żółci zależy od obecności pewnych białek nośnikowych w błonie basolateralnej i kanalikowej. Siłą napędową wydzielania jest Na ⁺, K ⁺ - ATPaza błony basolateralnej, zapewniająca gradient chemiczny i różnicę potencjałów między hepatocytem a otaczającą przestrzenią. Na ⁺, K ⁺ - ATPaza wymienia trzy wewnątrzkomórkowe jony sodu na dwa zewnątrzkomórkowe jony potasu, utrzymując gradient stężeń sodu (wysoki na zewnątrz, niski wewnątrz) i potasu (niski na zewnątrz, wysoki wewnątrz). W rezultacie zawartość komórki ma ładunek ujemny (–35 mV) w porównaniu z przestrzenią pozakomórkową, co ułatwia wychwyt jonów o ładunku dodatnim i wydalanie jonów o ładunku ujemnym. Na ⁺, K ⁺ - ATPaza nie występuje w błonie kanalikowej. Płynność błony może wpływać na aktywność enzymu.

[ 26 ], [ 27 ], [ 28 ], [ 29 ], [ 30 ], [ 31 ], [ 32 ], [ 33 ]

Wychwyt na powierzchni błony sinusoidalnej

Błona basolateralna (sinusoidalna) ma wiele systemów transportu do wychwytywania anionów organicznych, które mają nakładające się specyficzności substratowe. Białka transportowe zostały wcześniej scharakteryzowane na podstawie badań komórek zwierzęcych. Ostatnie klonowanie ludzkich białek transportowych pozwoliło lepiej zrozumieć ich funkcję. Białko transportujące aniony organiczne (OATP) jest niezależne od sodu i transportuje szereg cząsteczek, w tym kwasy żółciowe, bromsulfaleinę i prawdopodobnie bilirubinę. Uważa się, że inne transportery transportują bilirubinę do hepatocytu. Kwasy żółciowe sprzężone z tauryną (lub glicyną) są transportowane przez białko transportujące sód/kwasy żółciowe (NTCP).

^{Białko, które wymienia Na +} /H ⁺ i reguluje pH wewnątrz komórki, uczestniczy w przenoszeniu jonów przez błonę basolateralną. Tę funkcję pełni również białko kotransportujące dla Na ⁺ /HCO ₃^–. Wychwyt siarczanów, nieestryfikowanych kwasów tłuszczowych i kationów organicznych zachodzi również na powierzchni błony basolateralnej.

[ 34 ], [ 35 ], [ 36 ], [ 37 ], [ 38 ], [ 39 ], [ 40 ]

Transport wewnątrzkomórkowy

Transport kwasów żółciowych w hepatocytach odbywa się za pomocą białek cytozolowych, wśród których główną rolę odgrywa 3a-hydroksysteroid dehydrogenaza. Mniejsze znaczenie mają glutation-S-transferaza i białka wiążące kwasy tłuszczowe. W transporcie kwasów żółciowych uczestniczą siateczka śródplazmatyczna i aparat Golgiego. Transport pęcherzykowy jest najwyraźniej aktywowany dopiero przy znacznym napływie kwasów żółciowych do komórki (w stężeniach przekraczających stężenia fizjologiczne).

Transport białek fazy płynnej i ligandów, takich jak IgA i lipoproteiny o niskiej gęstości, odbywa się poprzez transcytozę pęcherzykową. Czas transferu z błony basolateralnej do kanalikowej wynosi około 10 min. Mechanizm ten odpowiada tylko za niewielką część całkowitego przepływu żółci i zależy od stanu mikrotubul.

Wydzielanie kanalikowe

Błona kanalikowa jest wyspecjalizowanym obszarem błony plazmatycznej hepatocytów zawierającym białka transportowe (głównie zależne od ATP) odpowiedzialne za transport cząsteczek do żółci wbrew gradientowi stężeń. Błona kanalikowa zawiera również enzymy, takie jak fosfataza alkaliczna i GGT. Glukuronidy i koniugaty glutationu-S (np. diglukuronid bilirubiny) są transportowane przez wielospecyficzny transporter anionów organicznych (cMOAT), a kwasy żółciowe są transportowane przez transporter kwasów żółciowych (cBAT), którego funkcja jest częściowo kontrolowana przez ujemny potencjał wewnątrzkomórkowy. Przepływ żółci, niezależny od kwasów żółciowych, jest najwyraźniej determinowany przez transport glutationu, a także przez sekrecję kanalikową wodorowęglanu, prawdopodobnie z udziałem białka wymiany Cl ^– /HCO ₃^–.

Dwa enzymy z rodziny glikoproteiny P odgrywają ważną rolę w transporcie substancji przez błonę kanalikową; oba enzymy są zależne od ATP. Białko oporności wielolekowej 1 (MDR1) transportuje kationy organiczne, a także usuwa leki cytostatyczne z komórek nowotworowych, powodując ich oporność na chemioterapię (stąd nazwa białka). Endogenny substrat MDR1 jest nieznany. MDR3 transportuje fosfolipidy i działa jako flippaza dla fosfatydylocholiny. Funkcja MDR3 i jej znaczenie dla wydzielania fosfolipidów do żółci zostały wyjaśnione w eksperymentach na myszach pozbawionych glikoproteiny mdr2-P (analogu ludzkiego MDR3). W przypadku braku fosfolipidów w żółci kwasy żółciowe powodują uszkodzenie nabłonka dróg żółciowych, zapalenie przewodów i włóknienie okołoprzewodowe.

Woda i jony nieorganiczne (zwłaszcza sód) są wydalane do naczyń włosowatych żółciowych zgodnie z gradientem osmotycznym poprzez dyfuzję przez naładowane ujemnie półprzepuszczalne połączenia szczelne.

Wydzielanie żółci jest regulowane przez wiele hormonów i drugich przekaźników, w tym cAMP i kinazę białkową C. Zwiększone stężenia wapnia wewnątrzkomórkowego hamują wydzielanie żółci. Przejście żółci przez kanaliki następuje dzięki mikrofilamentom, które zapewniają ruchliwość i skurcze kanalików.

Wydzielanie przewodowe

Komórki nabłonkowe przewodów dystalnych produkują bogatą w wodorowęglan wydzielinę, która modyfikuje skład żółci kanalikowej (tzw. przepływ przewodowy). Podczas wydzielania wytwarzane są cAMP i niektóre białka transportu błonowego, w tym białko wymiany Cl–/HCO3– ^iregulator przewodnictwa transbłonowego _{mukowiscydozy}, kanał błonowy dla Cl– ^regulowany przez cAMP. Sekrecja przewodowa jest stymulowana przez sekretynę.

Zakłada się, że kwas ursodeoksycholowy jest aktywnie wchłaniany przez komórki przewodowe, wymieniany na wodorowęglany, recyrkulowany w wątrobie, a następnie ponownie wydalany do żółci („przetoka żółciowo-wątrobowa”). Może to wyjaśniać działanie żółciopędne kwasu ursodeoksycholowego, któremu towarzyszy wysokie wydzielanie wodorowęglanów przez drogi żółciowe w doświadczalnej marskości wątroby.

Ciśnienie w przewodach żółciowych, przy którym następuje wydzielanie żółci, wynosi normalnie 15-25 cm H2O. Wzrost ciśnienia do 35 cm H2O prowadzi do zahamowania wydzielania żółci i rozwoju żółtaczki. Wydzielanie bilirubiny i kwasów żółciowych może całkowicie ustać, a żółć staje się bezbarwna (biała żółć) i przypomina śluzowatą ciecz.

[ 41 ], [ 42 ], [ 43 ], [ 44 ], [ 45 ], [ 46 ], [ 47 ]