Formazione della bile

Il fegato secerne circa 500-600 ml di bile al giorno. La bile è isoosmotica rispetto al plasma ed è composta principalmente da acqua, elettroliti, sali biliari, fosfolipidi (principalmente lecitina), colesterolo, bilirubina e altri componenti endogeni o esogeni come proteine che regolano la funzione gastrointestinale, farmaci o i loro metaboliti. La bilirubina è un prodotto di degradazione dei componenti dell'eme durante la degradazione dell'emoglobina. La formazione di sali biliari, noti anche come acidi biliari, provoca la secrezione di altri costituenti biliari, in particolare sodio e acqua. Le funzioni dei sali biliari includono l'escrezione di sostanze potenzialmente tossiche (ad esempio, bilirubina, metaboliti dei farmaci), la solubilizzazione dei grassi e delle vitamine liposolubili nell'intestino per facilitarne l'assorbimento e l'attivazione della pulizia osmotica dell'intestino.

La sintesi e la secrezione della bile richiedono meccanismi di trasporto attivo, nonché processi come l'endocitosi e la diffusione passiva. La bile si forma nei canalicoli tra epatociti adiacenti. La secrezione di acidi biliari nei canalicoli è il passaggio che limita la velocità di formazione della bile. La secrezione e l'assorbimento avvengono anche nei dotti biliari.

Nel fegato, la bile proveniente dal sistema collettore intraepatico entra nel dotto epatico prossimale, o comune. Circa il 50% della bile secreta fuori dai pasti dal dotto epatico comune entra nella cistifellea attraverso il dotto cistico; il restante 50% entra direttamente nel dotto biliare comune, formato dalla confluenza del dotto epatico comune e del dotto cistico. Fuori dai pasti, una piccola parte della bile proviene direttamente dal fegato. La cistifellea assorbe fino al 90% dell'acqua dalla bile, concentrandola e immagazzinandola.

La bile fluisce dalla cistifellea nel dotto biliare comune. Il dotto biliare comune si unisce al dotto pancreatico per formare l'ampolla di Vater, che si apre nel duodeno. Prima di unirsi al dotto pancreatico, il dotto biliare comune si restringe di diametro fino a < 0,6 cm. Lo sfintere di Oddi circonda sia il dotto pancreatico che il dotto biliare comune; inoltre, ciascun dotto ha il proprio sfintere. La bile normalmente non fluisce retrograda nel dotto pancreatico. Questi sfinteri sono altamente sensibili alla colecistochinina e ad altri ormoni intestinali (ad esempio, il peptide attivante la gastrina) e alle alterazioni del tono colinergico (ad esempio, dovute ad agenti anticolinergici).

Durante un pasto standard, la cistifellea inizia a contrarsi e gli sfinteri del dotto biliare si rilassano sotto l'influenza degli ormoni intestinali secreti e della stimolazione colinergica, che promuove il movimento di circa il 75% del contenuto della cistifellea nel duodeno. Al contrario, durante il digiuno, il tono sfinterico aumenta, favorendo il riempimento della cistifellea. I sali biliari sono scarsamente assorbiti per diffusione passiva nell'intestino tenue prossimale; la maggior parte degli acidi biliari raggiunge l'ileo distale, dove il 90% viene assorbito attivamente nel letto venoso portale. Una volta tornati nel fegato, gli acidi biliari vengono estratti efficacemente e rapidamente modificati (ad esempio, gli acidi liberi vengono legati) e secreti nuovamente nella bile. I sali biliari circolano attraverso il circuito enteroepatico 10-12 volte al giorno.

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Anatomia dei dotti biliari

Sali biliari, bilirubina coniugata, colesterolo, fosfolipidi, proteine, elettroliti e acqua vengono secreti dagli epatociti nei canalicoli biliari. L'apparato di secrezione biliare comprende proteine di trasporto della membrana canalicolare, organelli intracellulari e strutturecitoscheletriche. Giunzioni strette tra gli epatociti separano il lume dei canalicoli dal sistema circolatorio epatico.

La membrana canalicolare contiene proteine di trasporto per acidi biliari, bilirubina, cationi e anioni. I microvilli ne aumentano l'area. Gli organelli sono rappresentati dall'apparato di Golgi e dai lisosomi. Le vescicole servono a trasportare proteine (ad esempio, IgA) dalla membrana sinusoidale a quella canalicolare, e a trasportare proteine di trasporto sintetizzate nella cellula per colesterolo, fosfolipidi ed, eventualmente, acidi biliari dai microsomi alla membrana canalicolare.

Il citoplasma dell'epatocita attorno ai tubuli contiene strutture citoscheletriche: microtubuli, microfilamenti e filamenti intermedi.

I microtubuli si formano per polimerizzazione della tubulina e formano una rete all'interno della cellula, in particolare in prossimità della membrana basolaterale e dell'apparato di Golgi, partecipando al trasporto vescicolare mediato da recettori, alla secrezione di lipidi e, in determinate condizioni, alla secrezione di acidi biliari. La formazione di microtubuli è inibita dalla colchicina.

La costruzione dei microfilamenti coinvolge l'interazione di actine polimerizzate (F) e libere (G). I microfilamenti, concentrati attorno alla membrana canalicolare, determinano la contrattilità e la motilità dei canali. La falloidina, che favorisce la polimerizzazione dell'actina, e la citocalasina B, che la indebolisce, inibiscono la motilità del canale e causano colestasi.

I filamenti intermedi sono composti da citocheratina e formano una rete tra le membrane plasmatiche, il nucleo, gli organelli intracellulari e altre strutture del citoscheletro. La rottura dei filamenti intermedi porta all'interruzione dei processi di trasporto intracellulare e all'obliterazione del lume dei tubuli.

Acqua ed elettroliti influenzano la composizione della secrezione tubulare penetrando attraverso le giunzioni strette tra gli epatociti a causa del gradiente osmotico tra il lume dei tubuli e gli spazi di Disse (flusso paracellulare). L'integrità delle giunzioni strette dipende dalla presenza della proteina ZO-1 con un peso molecolare di 225 kDa sulla superficie interna della membrana plasmatica. La rottura delle giunzioni strette è accompagnata dall'ingresso di molecole disciolte più grandi nei tubuli, che porta a una perdita del gradiente osmotico e allo sviluppo di colestasi. Si può osservare rigurgito di bile tubulare nei sinusoidi.

I canalicoli biliari si svuotano nei dotti biliari, talvolta chiamati colangioli o canali di Hering. I dotti biliari si trovano principalmente nelle zone portali e si svuotano nei dotti biliari interlobulari, che sono i primi dotti biliari ad essere accompagnati da rami dell'arteria epatica e della vena porta e si trovano nelle triadi portali. I dotti interlobulari si fondono per formare dotti settali fino a formare due dotti epatici principali, che emergono dai lobi destro e sinistro nella regione dell'ilo epatico.

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Secrezione della bile

La formazione della bile avviene attraverso una serie di processi di trasporto dipendenti dall'energia. La sua secrezione è relativamente indipendente dalla pressione di perfusione. Il flusso totale di bile nell'uomo è di circa 600 ml/giorno. Gli epatociti provvedono alla secrezione di due frazioni di bile: una dipendente dagli acidi biliari ("225 ml/giorno") e una indipendente da essi ("225 ml/giorno"). I restanti 150 ml/giorno sono secreti dalle cellule dei dotti biliari.

La secrezione di sali biliari è il fattore più importante nella formazione della bile (la frazione dipendente dagli acidi biliari). L'acqua segue i sali biliari osmoticamente attivi. Le variazioni dell'attività osmotica possono regolare l'ingresso di acqua nella bile. Esiste una chiara correlazione tra la secrezione di sali biliari e il flusso biliare.

L'esistenza di una frazione biliare indipendente dagli acidi biliari è dimostrata dalla possibilità di produrre bile priva di sali biliari. Pertanto, è possibile la continuazione del flusso biliare nonostante l'assenza di escrezione di sali biliari; la secrezione di acqua è dovuta ad altri soluti osmoticamente attivi come il glutatione e i bicarbonati.

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Meccanismi cellulari della secrezione biliare

L'epatocita è una cellula epiteliale secretoria polare con membrane basolaterali (sinusoidali e laterali) e apicali (tubolari).

La formazione della bile comporta la cattura degli acidi biliari e di altri ioni organici e inorganici, e il loro trasporto attraverso la membrana basolaterale (sinusoidale), il citoplasma e la membrana canalicolare. Questo processo è accompagnato dalla filtrazione osmotica dell'acqua contenuta nell'epatocita e nello spazio paracellulare. L'identificazione e la caratterizzazione delle proteine di trasporto delle membrane sinusoidali e canalicolari sono complesse. Lo studio dell'apparato secretorio dei canalicoli è particolarmente difficile, ma è stato ormai sviluppato un metodo per ottenere epatociti doppi in una coltura a vita breve, che si è dimostrato affidabile in numerosi studi. La clonazione delle proteine di trasporto ci consente di caratterizzare la funzione di ciascuna di esse separatamente.

Il processo di formazione della bile dipende dalla presenza di alcune proteine di trasporto nelle membrane basolaterali e canalicolari. La forza motrice per la secrezione è la Na ⁺, K ⁺ - ATPasi della membrana basolaterale, che fornisce un gradiente chimico e una differenza di potenziale tra l'epatocita e lo spazio circostante. La Na ⁺, K ⁺ - ATPasi scambia tre ioni sodio intracellulari con due ioni potassio extracellulari, mantenendo un gradiente di concentrazione di sodio (alto all'esterno, basso all'interno) e potassio (basso all'esterno, alto all'interno). Di conseguenza, il contenuto cellulare ha una carica negativa (–35 mV) rispetto allo spazio extracellulare, il che facilita l'assorbimento di ioni carichi positivamente e l'escrezione di ioni carichi negativamente. La Na ⁺, K ^{+ -} ATPasi non è presente nella membrana canalicolare. La fluidità della membrana può influenzare l'attività enzimatica.

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Cattura sulla superficie della membrana sinusoidale

La membrana basolaterale (sinusoidale) presenta molteplici sistemi di trasporto per l'assorbimento di anioni organici, che presentano specificità di substrato sovrapposte. Le proteine di trasporto sono state caratterizzate in precedenza da studi su cellule animali. La recente clonazione di proteine di trasporto umane ha fornito una migliore comprensione della loro funzione. La proteina di trasporto degli anioni organici (OATP) è indipendente dal sodio e trasporta diverse molecole, tra cui acidi biliari, bromosulfaleina e probabilmente bilirubina. Si ritiene che anche altri trasportatori trasportino la bilirubina all'interno dell'epatocita. Gli acidi biliari coniugati con taurina (o glicina) sono trasportati dalla proteina di cotrasporto sodio/acido biliare (NTCP).

^{La proteina che scambia Na+} /H ⁺ e regola il pH all'interno della cellula partecipa al trasferimento di ioni attraverso la membrana basolaterale. Questa funzione è svolta anche dalla proteina di cotrasporto per Na ⁺ /HCO3- _.^Anche la cattura di solfati, acidi grassi non esterificati e cationi organici avviene sulla superficie della membrana basolaterale.

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Trasporto intracellulare

Il trasporto degli acidi biliari nell'epatocita è effettuato da proteine citosoliche, tra cui il ruolo principale spetta alla 3α-idrossisteroide deidrogenasi. Di minore importanza sono la glutatione-S-transferasi e le proteine che legano gli acidi grassi. Il reticolo endoplasmatico e l'apparato di Golgi partecipano al trasporto degli acidi biliari. Il trasporto vescicolare viene apparentemente attivato solo in presenza di un afflusso significativo di acidi biliari nella cellula (in concentrazioni superiori a quelle fisiologiche).

Il trasporto di proteine in fase fluida e ligandi come IgA e lipoproteine a bassa densità (LDL) avviene tramite transcitosi vescicolare. Il tempo di trasferimento dalla membrana basolaterale a quella canalicolare è di circa 10 minuti. Questo meccanismo è responsabile solo di una piccola parte del flusso biliare totale e dipende dallo stato dei microtubuli.

Secrezione tubulare

La membrana canalicolare è una regione specializzata della membrana plasmatica degli epatociti contenente proteine di trasporto (per lo più ATP-dipendenti) responsabili del trasporto di molecole nella bile contro gradiente di concentrazione. La membrana canalicolare contiene anche enzimi come la fosfatasi alcalina e la GGT. I glucuronidi e i coniugati glutatione-S (ad esempio la bilirubina diglucuronide) sono trasportati dal trasportatore multispecifico di anioni organici canalicolari (cMOAT), mentre gli acidi biliari sono trasportati dal trasportatore degli acidi biliari canalicolari (cBAT), la cui funzione è parzialmente controllata dal potenziale intracellulare negativo. Il flusso biliare, indipendente dagli acidi biliari, è apparentemente determinato dal trasporto del glutatione e anche dalla secrezione tubulare di bicarbonato, probabilmente con la partecipazione della proteina di scambio ^Cl- / _HCO3-^.

Due enzimi della famiglia delle glicoproteine P svolgono un ruolo importante nel trasporto di sostanze attraverso la membrana canalicolare; entrambi gli enzimi sono ATP-dipendenti. La proteina multifarmaco-resistenza 1 (MDR1) trasporta cationi organici e rimuove anche i farmaci citostatici dalle cellule tumorali, causandone la resistenza alla chemioterapia (da cui il nome della proteina). Il substrato endogeno di MDR1 è sconosciuto. MDR3 trasporta fosfolipidi e agisce come flippasi per la fosfatidilcolina. La funzione di MDR3 e la sua importanza per la secrezione di fosfolipidi nella bile sono state chiarite in esperimenti su topi privi di mdr2-glicoproteina P (un analogo della MDR3 umana). In assenza di fosfolipidi nella bile, gli acidi biliari causano danni all'epitelio biliare, duttulite e fibrosi periduttolare.

L'acqua e gli ioni inorganici (in particolare il sodio) vengono escreti nei capillari biliari lungo un gradiente osmotico per diffusione attraverso giunzioni strette semipermeabili caricate negativamente.

La secrezione biliare è regolata da numerosi ormoni e secondi messaggeri, tra cui cAMP e la proteina chinasi C. L'aumento delle concentrazioni intracellulari di calcio inibisce la secrezione biliare. Il passaggio della bile attraverso i canalicoli avviene grazie ai microfilamenti, che ne garantiscono la motilità e la contrazione.

Secrezione duttulare

Le cellule epiteliali dei dotti distali producono una secrezione ricca di bicarbonato che modifica la composizione della bile canalicolare (il cosiddetto flusso duttulare). Durante la secrezione, vengono prodotti cAMP e alcune proteine di trasporto di membrana, tra cui la proteina di scambio Cl-/HCO3- ^e il regolatore della conduttanza transmembrana ^{della fibrosi}_cistica, un canale di membrana per il Cl- ^regolato dal cAMP. La secrezione duttulare è stimolata dalla secretina.

Si presume che l'acido ursodesossicolico venga assorbito attivamente dalle cellule duttali, scambiato con i bicarbonati, ricircolato nel fegato e successivamente riescreto nella bile ("shunt colepatico"). Questo potrebbe spiegare l'effetto coleretico dell'acido ursodesossicolico, accompagnato da un'elevata secrezione biliare di bicarbonati nella cirrosi sperimentale.

La pressione nei dotti biliari, alla quale avviene la secrezione biliare, è normalmente di 15-25 cm H₂O. Un aumento della pressione a 35 cm H₂O porta alla soppressione della secrezione biliare e allo sviluppo di ittero. La secrezione di bilirubina e acidi biliari può interrompersi completamente e la bile diventa incolore (bile bianca) e assomiglia a un liquido mucoso.

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