Tvorba žlče

Pečeň vylučuje približne 500 – 600 ml žlče denne. Žlč je izoosmotická s plazmou a pozostáva prevažne z vody, elektrolytov, žlčových solí, fosfolipidov (predovšetkým lecitínu), cholesterolu, bilirubínu a iných endogénnych alebo exogénnych zložiek, ako sú proteíny, ktoré regulujú funkciu gastrointestinálneho traktu, lieky alebo ich metabolity. Bilirubín je produkt rozkladu hémových zložiek počas rozkladu hemoglobínu. Tvorba žlčových solí, známych aj ako žlčové kyseliny, spôsobuje vylučovanie ďalších zložiek žlče, najmä sodíka a vody. Funkcie žlčových solí zahŕňajú vylučovanie potenciálne toxických látok (napr. bilirubínu, metabolitov liekov), solubilizáciu tukov a vitamínov rozpustných v tukoch v čreve na uľahčenie ich vstrebávania a aktiváciu osmotického čistenia čriev.

Syntéza a sekrécia žlče si vyžaduje mechanizmy aktívneho transportu, ako aj procesy, ako je endocytóza a pasívna difúzia. Žlč sa tvorí v kanálikoch medzi susednými hepatocytmi. Sekrécia žlčových kyselín v kanálikoch je krokom limitujúcim rýchlosť tvorby žlče. Sekrécia a absorpcia prebiehajú aj v žlčovodoch.

V pečeni vstupuje žlč z intrahepatálneho zberného systému do proximálneho alebo spoločného pečeňového vývodu. Približne 50 % žlče vylúčenej mimo jedla zo spoločného pečeňového vývodu vstupuje do žlčníka cez žlčovod; zvyšných 50 % ide priamo do spoločného žlčovodu, ktorý vzniká sútokom spoločného pečeňového a žlčovodu. Mimo jedla malá časť žlče pochádza priamo z pečene. Žlčník absorbuje až 90 % vody zo žlče, ktorú koncentruje a ukladá.

Žlč prúdi zo žlčníka do spoločného žlčovodu. Spoločný žlčovod sa spája s pankreatickým žlčovodom a tvorí Vaterovu ampulu, ktorá ústi do dvanástnika. Pred spojením s pankreatickým žlčovodom sa priemer spoločného žlčovodu zužuje na < 0,6 cm. Oddiho zvierač obklopuje pankreatický aj spoločný žlčovod; okrem toho má každý žlčovod svoj vlastný zvierač. Žlč normálne neprúdi retrográdne do pankreatického vývodu. Tieto zvierače sú vysoko citlivé na cholecystokinín a iné črevné hormóny (napr. peptid aktivujúci gastrín) a na zmeny cholinergického tonusu (napr. v dôsledku anticholinergík).

Počas štandardného jedla sa žlčník začne sťahovať a zvierače žlčovodov sa uvoľňujú pod vplyvom vylučovaných črevných hormónov a cholinergickej stimulácie, čo podporuje presun približne 75 % obsahu žlčníka do dvanástnika. Naopak, počas hladovania sa tonus zvierača zvyšuje, čo podporuje plnenie žlčníka. Žlčové soli sa zle vstrebávajú pasívnou difúziou v proximálnom tenkom čreve; väčšina žlčových kyselín sa dostane do distálneho ilea, kde sa 90 % aktívne vstrebáva do portálneho venózneho riečiska. Po návrate do pečene sa žlčové kyseliny účinne extrahujú a rýchlo sa modifikujú (napríklad sa viažu voľné kyseliny) a vylučujú späť do žlče. Žlčové soli cirkulujú enterohepatálnym obehom 10 – 12-krát denne.

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

Anatómia žlčovodov

Žlčové soli, konjugovaný bilirubín, cholesterol, fosfolipidy, bielkoviny, elektrolyty a voda sú vylučované hepatocytmi do žlčových kanálikov. Aparát na vylučovanie žlče zahŕňa transportné proteíny membrány kanálikov, intracelulárne organely acytoskeletálne štruktúry. Tesné spojenia medzi hepatocytmi oddeľujú lúmen kanálikov od pečeňového obehového systému.

Kanalikulárna membrána obsahuje transportné proteíny pre žlčové kyseliny, bilirubín, katióny a anióny. Mikroklky zväčšujú jej plochu. Organely sú reprezentované Golgiho aparátom a lyzozómami. Vezikuly slúžia na transport proteínov (napríklad IgA) zo sínusoidy do kanalikulárnej membrány a na doručenie transportných proteínov syntetizovaných v bunke pre cholesterol, fosfolipidy a prípadne žlčové kyseliny z mikrozómov do kanalikulárnej membrány.

Cytoplazma hepatocytov okolo tubulov obsahuje cytoskeletálne štruktúry: mikrotubuly, mikrofilamenty a intermediárne filamenty.

Mikrotubuly vznikajú polymerizáciou tubulínu a tvoria sieť vo vnútri bunky, najmä v blízkosti bazolaterálnej membrány a Golgiho aparátu, pričom sa podieľajú na vezikulárnom transporte sprostredkovanom receptormi, sekrécii lipidov a za určitých podmienok aj žlčových kyselín. Tvorbu mikrotubulov inhibuje kolchicín.

Konštrukcia mikrofilamentov zahŕňa interakciu polymerizovaných (F) a voľných (G) aktínov. Mikrofilamenty, koncentrované okolo kanálikovej membrány, určujú kontraktilitu a motilitu kanálikov. Faloidín, ktorý zvyšuje polymerizáciu aktínu, a cytochalazín B, ktorý ju oslabuje, inhibujú motilitu kanálikov a spôsobujú cholestázu.

Intermediárne filamenty sú zložené z cytokeratínu a tvoria sieť medzi plazmatickými membránami, jadrom, intracelulárnymi organelami a inými cytoskeletálnymi štruktúrami. Ruptúra intermediárnych filamentov vedie k narušeniu intracelulárnych transportných procesov a obliterácii lúmenu tubulov.

Voda a elektrolyty ovplyvňujú zloženie tubulárneho sekrétu prenikaním cez tesné spojenia medzi hepatocytmi v dôsledku osmotického gradientu medzi lúmenom tubulov a Disseho priestormi (paracelulárne prúdenie). Integrita tesných spojení závisí od prítomnosti proteínu ZO-1 s molekulovou hmotnosťou 225 kDa na vnútornom povrchu plazmatickej membrány. Ruptúra tesných spojení je sprevádzaná vstupom rozpustených väčších molekúl do tubulov, čo vedie k strate osmotického gradientu a rozvoju cholestázy. Môže sa pozorovať regurgitácia tubulárnej žlče do sinusoidov.

Žlčové kanáliky ústia do duktulí, niekedy nazývaných cholangioly alebo Heringove kanáliky. Duktuly sa nachádzajú prevažne v portálnych zónach a ústia do interlobulárnych žlčovodov, ktoré sú prvými zo žlčovodov sprevádzanými vetvami pečeňovej tepny a portálnej žily a nachádzajú sa v portálnych triádach. Interlobulárne kanáliky sa spájajú a vytvárajú septálne kanáliky, až kým sa nevytvoria dva hlavné pečeňové kanáliky, ktoré vychádzajú z pravého a ľavého laloku v oblasti porta hepatis.

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

Vylučovanie žlče

Tvorba žlče prebieha za účasti viacerých energeticky závislých transportných procesov. Jej sekrécia je relatívne nezávislá od perfúzneho tlaku. Celkový prietok žlče u ľudí je približne 600 ml/deň. Hepatocyty zabezpečujú sekréciu dvoch frakcií žlče: závislú od žlčových kyselín („225 ml/deň“) a nezávislú od nich („225 ml/deň“). Zvyšných 150 ml/deň vylučujú bunky žlčovodov.

Vylučovanie žlčových solí je najdôležitejším faktorom pri tvorbe žlče (frakcia závislá od žlčových kyselín). Voda nasleduje po osmoticky aktívnych žlčových soliach. Zmeny osmotickej aktivity môžu regulovať vstup vody do žlče. Existuje jasná korelácia medzi vylučovaním žlčových solí a prietokom žlče.

Existencia žlčovej frakcie nezávislej od žlčových kyselín je dokázaná možnosťou produkcie žlče neobsahujúcej žlčové soli. Pokračovanie toku žlče je teda možné aj napriek absencii vylučovania žlčových solí; vylučovanie vody je spôsobené inými osmoticky aktívnymi rozpustenými látkami, ako je glutatión a bikarbonáty.

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

Bunkové mechanizmy sekrécie žlče

Hepatocyt je polárna sekrečná epiteliálna bunka s bazolaterálnymi (sínusoidálnymi a laterálnymi) a apikálnymi (tubulárnymi) membránami.

Tvorba žlče zahŕňa zachytávanie žlčových kyselín a iných organických a anorganických iónov, ich transport cez bazolaterálnu (sínusoidálnu) membránu, cytoplazmu a kanalikulárnu membránu. Tento proces je sprevádzaný osmotickou filtráciou vody obsiahnutej v hepatocytoch a paracelulárnom priestore. Identifikácia a charakterizácia transportných proteínov sínusoidných a kanalikulárnych membrán je zložitá. Štúdium sekrečného aparátu kanálikov je obzvlášť náročné, ale v súčasnosti bola vyvinutá metóda na získanie dvojitých hepatocytov v krátkodobej kultúre, ktorá sa v mnohých štúdiách osvedčila. Klonovanie transportných proteínov nám umožňuje charakterizovať funkciu každého z nich samostatne.

Proces tvorby žlče závisí od prítomnosti určitých transportných proteínov v bazolaterálnych a kanalikulárnych membránach. Hnacou silou sekrécie je Na ⁺, K ⁺ -ATPáza bazolaterálnej membrány, ktorá vytvára chemický gradient a potenciálny rozdiel medzi hepatocytom a okolitým priestorom. Na ⁺, K ⁺ -ATPáza vymieňa tri intracelulárne sodíkové ióny za dva extracelulárne draslíkové ióny, pričom udržiava koncentračný gradient sodíka (vysoká vonkajšia, nízka vo vnútri) a draslíka (nízka vonkajšia, vysoká vo vnútri). V dôsledku toho má bunkový obsah v porovnaní s extracelulárnym priestorom záporný náboj (–35 mV), čo uľahčuje príjem kladne nabitých iónov a vylučovanie záporne nabitých iónov. Na ⁺, K ⁺ -ATPáza sa v kanalikulárnej membráne nenachádza. Tekutina membrány môže ovplyvniť aktivitu enzýmu.

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

Zachytenie na povrchu sínusoidnej membrány

Bazolaterálna (sínusoidálna) membrána má viacero transportných systémov na príjem organických aniónov, ktoré majú prekrývajúce sa substrátové špecificity. Transportné proteíny boli predtým charakterizované zo štúdií na živočíšnych bunkách. Nedávne klonovanie ľudských transportných proteínov poskytlo lepšie pochopenie ich funkcie. Proteín transportujúci organické anióny (OATP) je nezávislý od sodíka a transportuje množstvo molekúl vrátane žlčových kyselín, bromsulfaleínu a pravdepodobne bilirubínu. Predpokladá sa, že aj iné transportéry transportujú bilirubín do hepatocytov. Žlčové kyseliny konjugované s taurínom (alebo glycínom) sú transportované proteínom kotransportujúcim sodík/žlčovú kyselinu (NTCP).

^{Proteín, ktorý vymieňa Na+} /H ⁺ a reguluje pH vo vnútri bunky, sa podieľa na prenose iónov cez bazolaterálnu membránu. Túto funkciu vykonáva aj kotransportný proteín pre Na ⁺ /HCO3– _.^Na povrchu bazolaterálnej membrány dochádza aj k zachytávaniu sulfátov, neesterifikovaných mastných kyselín a organických katiónov.

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

Intracelulárny transport

Transport žlčových kyselín v hepatocytoch zabezpečujú cytozolické proteíny, medzi ktorými hlavnú úlohu má 3a-hydroxysteroiddehydrogenáza. Menší význam majú glutatión-S-transferáza a proteíny, ktoré viažu mastné kyseliny. Na transporte žlčových kyselín sa podieľa endoplazmatické retikulum a Golgiho aparát. Vezikulárny transport sa zrejme aktivuje iba pri významnom prítoku žlčových kyselín do bunky (v koncentráciách presahujúcich fyziologické).

Transport proteínov a ligandov v tekutej fáze, ako je IgA a lipoproteíny s nízkou hustotou, sa dosahuje vezikulárnou transcytózou. Čas prenosu z bazolaterálnej do kanalikulárnej membrány je približne 10 minút. Tento mechanizmus je zodpovedný len za malú časť celkového prietoku žlče a závisí od stavu mikrotubulov.

Tubulárna sekrécia

Kanalikulárna membrána je špecializovaná oblasť plazmatickej membrány hepatocytov obsahujúca transportné proteíny (väčšinou ATP-dependentné) zodpovedné za transport molekúl do žlče proti koncentračnému gradientu. Kanalikulárna membrána tiež obsahuje enzýmy, ako je alkalická fosfatáza a GGT. Glukuronidy a glutatión-S-konjugáty (napr. bilirubín diglukuronid) sú transportované kanalikulárnym multišpecifickým organickým aniónovým transportérom (cMOAT) a žlčové kyseliny sú transportované kanalikulárnym transportérom žlčových kyselín (cBAT), ktorého funkcia je čiastočne riadená negatívnym intracelulárnym potenciálom. Tok žlče, nezávislý od žlčových kyselín, je zrejme určený transportom glutatiónu a tiež tubulárnou sekréciou bikarbonátu, pravdepodobne za účasti výmenného ^{proteínuCl⁻} / _HCO3⁻.

Dva enzýmy z rodiny P-glykoproteínov hrajú dôležitú úlohu v transporte látok cez kanálikovú membránu; oba enzýmy sú závislé od ATP. Proteín multiliekovej rezistencie 1 (MDR1) transportuje organické katióny a tiež odstraňuje cytostatické liečivá z rakovinových buniek, čo spôsobuje ich rezistenciu na chemoterapiu (odtiaľ názov proteínu). Endogénny substrát MDR1 nie je známy. MDR3 transportuje fosfolipidy a pôsobí ako flipáza pre fosfatidylcholín. Funkcia MDR3 a jeho význam pre sekréciu fosfolipidov do žlče boli objasnené v experimentoch na myšiach bez mdr2-P-glykoproteínu (analóg ľudského MDR3). Pri absencii fosfolipidov v žlči spôsobujú žlčové kyseliny poškodenie žlčového epitelu, duktulitídu a periduktulárnu fibrózu.

Voda a anorganické ióny (najmä sodík) sa vylučujú do žlčových kapilár pozdĺž osmotického gradientu difúziou cez negatívne nabité polopriepustné tesné spojenia.

Vylučovanie žlče je regulované mnohými hormónmi a sekundárnymi poslmi, vrátane cAMP a proteínkinázy C. Zvýšené intracelulárne koncentrácie vápnika inhibujú vylučovanie žlče. Prechod žlče cez kanáliky nastáva vďaka mikrofilamentom, ktoré zabezpečujú pohyblivosť a kontrakcie kanálikov.

Duktulárna sekrécia

Epitelové bunky distálnych vývodov produkujú sekrét bohatý na bikarbonát, ktorý modifikuje zloženie kanalikulárnej žlče (tzv. duktulárny tok). Počas sekrécie sa produkuje cAMP a niektoré membránové transportné proteíny vrátane proteínu výmeny Cl–/HCO3– ^a regulátora transmembránovej vodivosti _cystickej^fibrózy, membránového kanála pre Cl– ^{regulovaného} cAMP. Duktulárnu sekréciu stimuluje sekretín.

Predpokladá sa, že kyselina ursodeoxycholová je aktívne absorbovaná duktálnymi bunkami, vymieňaná za bikarbonáty, recirkuluje v pečeni a následne znovu vylučovaná do žlče („cholehepatický skrat“). To môže vysvetľovať choleretický účinok kyseliny ursodeoxycholovej, sprevádzaný vysokou biliárnou sekréciou bikarbonátov pri experimentálnej cirhóze.

Tlak v žlčovodoch, pri ktorom dochádza k vylučovaniu žlče, je normálne 15 – 25 cm H2O. Zvýšenie tlaku na 35 cm H2O vedie k potlačeniu vylučovania žlče a vzniku žltačky. Vylučovanie bilirubínu a žlčových kyselín sa môže úplne zastaviť a žlč sa stáva bezfarebnou (biela žlč) a pripomína hlienovú tekutinu.

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