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1 Dr. Fernando D. Saraví El hígado (Fig. 1) es la glándula más grande del cuerpo y recibe un caudal sanguíneo de ~ 25 % del gasto del ventrículo izquierdo. Tiene una masa de 1.2 a 1.8 kg, que guarda relación con la masa corporal (Fig. 2) y también con la superficie corporal. Su situación única en el aparato circulatorio permite que el hígado reciba sangre venosa procedente del estómago, páncreas, intestino delgado, colon y bazo, a través de la vena porta. Por ello, el hígado es el primer órgano que entra en contacto con la mayoría de los nutrientes absorbidos en el intestino, los cuales pueden entonces ser en parte incorporados a los hepatocitos y modificados según las necesidades del organismo (por ej., el almacenamiento de glucosa como glucógeno). Los fármacos absorbidos luego de su administración oral también llegan al hígado antes que a la circulación general, y pueden ser incorporados a los hepatocitos y sufrir allí una biotransformación presistémica (llamada coloquialmente “metabolismo de primer paso”). Por la misma razón, el hígado se comporta como un filtro para microorganismos y antígenos procedentes del tubo digestivo, que interactúan con los macrófagos presentes en los sinusoides hepáticos (células de Kupffer). En situaciones patológicas, las células tumorales que alcanzan la circulación portal con frecuencia se alojan en el hígado, donde pueden ser destruidas o – de lo contrario – desarrollar metástasis. El hígado sintetiza casi todas las proteínas plasmáticas, con excepción de las inmunoglobulinas. Tiene además un papel central en el metabolismo de proteínas, lípidos e hidratos de carbono, el metabolismo intermedio y la regulación de la glucemia. Almacena glucógeno, hierro, cobre y vitaminas. Es el principal órgano para la metabolización de hormonas esteroides. Es una glándula endocrina que secreta hormonas como el IGF- 1, que media la acción de la somatotropina y la hepcidina, que regula el metabolismo del hierro. Es, finalmente, una glándula exocrina que produce bilis, que es a la vez importante para la digestión intestinal de lípidos pero además permite que el hígado funcione como un emuntorio u órgano de eliminación de desechos, como la bilirrubina. La bilis es la única vía de eliminación del exceso de colesterol y también posibilita la excreción de fármacos liposolubles. ANATOMÍA FUNCIONAL DEL HÍGADO El parénquima hepático se caracteriza porque todas sus partes cumplen las mismas funciones. Este hecho, sumado a la extraordinaria capacidad regenerativa del hígado, permite el trasplante hepático parcial de donantes vivos. Generalmente, se trasplanta al receptor el lóbulo derecho del donante. Tanto en el donante como en el receptor, en un período de 6 a 8 semanas el hígado se reconstituye por completo, estructural y funcionalmente, en proporción al tamaño corporal (en roedores, la regeneración se completa dentro de los 7 días). La estructura del árbol biliar se describe más adelante, a propósito de la formación y modificación de la bilis. Hepatocitos Se estima que existen en término medio 10 11 hepatocitos en un hígado adulto, lo que corresponde a 80 % de la masa del parénquima. Los hepatocitos son células epiteliales especializadas y metabólicamente muy activas, como lo sugiere la abundante cantidad de Secreciones digestivas 4: Función hepática y secreción biliar Posgrado-00 Sello 2 mitocondrias y el gran desarrollo del retículo endoplásmico y del aparato de Golgi (Fig. 3). Forman cordones de una sola célula de espesor que separan dos compartimientos de composición muy diferente: por una parte los sinusoides, que contienen sangre, y por otra los conductillos biliares. Los hepatocitos están estructural, química y funcionalmente polarizados, ya que las propiedades de la membrana relacionada con los vasos sanguíneos (llamada basolateral) difieren de las propiedades de la membrana (llamada apical) que relaciona los hepatocitos entre sí y forma los canalículos biliares. Los sistemas transportadores de la membrana apical y basolateral difieren entre sí y permiten el transporte vectorial (en un único sentido) de diversas sustancias. La membrana basolateral presenta microvellosidades que aumentan enormemente el área de contacto con el líquido intersticial; se estima que la membrana basolateral corresponde a más de 80 % de la superficie del hepatocito. En la membrana apical existen varios tipos de uniones intercelulares: Desmosomas que vinculan mecánicamente los hepatocitos entre sí, uniones estrechas que forman una barrera difusional entre el compartimiento intersticial y la luz de los canalículos biliares, y uniones comunicantes que vinculan entre sí los citoplasmas de hepatocitos vecinos, permitiendo el paso de sustancias de hasta ~ 1 kDa (Fig. 3). Las uniones estrechas entre los hepatocitos están formadas por ocludina anclada intracelularmente a las proteínas ZO1 y ZO2 (que a su vez están vinculadas al citoesqueleto). A diferencia de otros epitelios, los hepatocitos carecen de una verdadera membrana basal. No obstante, existe una matriz extracelular compleja, compuesta por colágeno, proteoglicanos, fibronectina, undulina y laminina. Los hepatocitos se adhieren a esta matriz mediante proteínas de adhesión presentes en la membrana basolateral. Además de proporcionar sostén mecánico, la matriz contribuye a mantener las características fenotípicas de los hepatocitos y las células endoteliales. El lobulillo hepático Existen varias formas de conceptualizar la unidad funcional del hígado. Aquí se adoptará la manera clásica, según la cual la unidad funcional es el lobulillo hepático, una estructura aproximadamente hexagonal en una sección transversal, con un diámetro de ~ 2 mm (Fig. 4). Los hepatocitos reciben un aporte sanguíneo mixto. Aproximadamente 75 % del caudal proviene de ramitas de la vena porta; el resto es provisto por arteriolas que provienen de ramas de la arteria hepática. La sangre portal solamente irriga a los lobulillos, mientras que la arteria hepática también da ramas para la cápsula de Glisson, los conductillos y conductos biliares, los nervios y los vasa vasorum de las ramas de las venas hepáticas. 3 La sangre que ingresa a los lobulillos circula por los sinusoides hepáticos desde la periferia del lobulillo hasta su centro, donde drena en una ramita de la vena hepática. Entre los hepatocitos se forman los canalículos biliares, cuyo contenido drena hacia los ductos biliares situados en la periferia. De esta forma, el sentido de circulación de la sangre en el lobulillo es opuesto al sentido neto de circulación de la secreción biliar: centrípeta en el caso de la sangre y centrífuga para la bilis. Los canalículos tienen un diámetro de solamente 1 m y carecen de pared propia, ya que están formados por la aposición de las membranas apicales de hepatocitos vecinos. Los canalículos biliares forman una red anastomótica tridimensional que conecta los diferentes niveles del lobulillo (Fig. 4). Se estima que, en un adulto, los canalículos tienen en conjunto una superficie total de ~ 10 m 2 . Los canalículos desembocan en los conductillos biliares, formados por una única capa de colangiocitos rodeada de una membrana basal. Microcirculación hepática El sector de la irrigación hepática denominada microcirculación comprende todos los vasos de calibre inferior a 300 m, lo cual incluye las ramas terminales de la vena porta, las arteriolas procedentes de la arteria hepática, los sinusoides y las venas centrales de los lobulillos (Fig. 5 A). Las ramitas de la vena porta y las arteriolas hepáticas transcurren por el denominado espacio de Mall. En el espacio de Mall, ambos tiposde vaso forman, junto con los conductillos biliares, las llamadas tríadas portales. Las ramas terminales de la vena porta, de 15 a 35 m de diámetro y 50 a 70 m de longitud, se continúan en los sinusoides y éstos drenan radialmente hacia la vena central del lobulillo en un trayecto de ~ 250 m. El diámetro medio de los sinusoides es de solamente 7 m en su extremo portal, pero crece hasta 15 m de diámetro en su extremo central. Los sinusoides de un lobulillo también se anastomosan entre sí mediante ramas laterales. Las arteriolas hepáticas emiten ramitas muy delgadas que se anastomosan con las ramas terminales de la vena porta. 4 Los sinusoides son vasos capilares especializados, cuya pared está formada por células endoteliales que, al igual que los hepatocitos – y a diferencia de otros capilares – carecen de una membrana basal en el hígado sano. Son aplanadas y su volumen es escaso, por lo cual aunque son numerosas (~ un tercio del total de células del hígado) solamente ocupan 3 % del volumen hepático. Las células endoteliales de los sinusoides poseen fenestraciones de 170 nm de diámetro, carentes de diafragma, que se agrupan en acúmulos de 10 a 50, llamados placas de cribado. Las placas de cribado corresponden a ~ 7 % de la superficie de las células endoteliales. Las fenestraciones son estructuras dinámicas, reguladas por el citoesqueleto, cuyo diámetro puede variar según la presión de la luz, diversas sustancias vasoactivas y ciertas toxinas. Las fenestraciones permiten el pasaje de macromoléculas circulantes e incluso remanentes de quilomicrones. Además, el endotelio posee receptores de distintos tipos, como receptores Fc para complejos inmunes, receptores para transferrina, receptores barrenderos y receptores para apolipoproteínas. Estas y otras sustancias pueden atravesar el endotelio por pinocitosis. En la luz endotelial, adheridas a las células endoteliales, están los macrófagos fijos conocidos como células de Kupffer, que derivan de monocitos (Fig. 5 B). Su número es estable en el hígado sano, pero puede aumentar por reclutamiento y diferenciación de monocitos circulantes ante un estímulo inflamatorio. Las células de Kupffer son capaces de remover eficientemente – por endocitosis o fagocitosis – diversas partículas, toxinas y microorganismos que ingresan a los sinusoides. El ambiente intersticial delimitado por las células endoteliales y la membrana basolateral de los hepatocitos se denomina espacio de Disse. En el espacio de Disse se encuentran las células estrelladas (también llamadas células de Ito), que son análogas a las células estrelladas del páncreas. Estas células almacenan lípidos y vitamina A. Además poseen actividad contráctil, de modo que pueden funcionar como pericitos que, al contraerse, aumentan la resistencia hidrodinámica de los sinusoides. En el espacio de Disse también se encuentran células dendríticas, que son células presentadoras de antígeno “profesionales” y linfocitos granulares grandes con actividad tipo natural killer (NK). CAUDAL SANGUÍNEO HEPÁTICO Como se mencionó previamente, el hígado recibe ~ 25 % del gasto cardíaco en reposo. Esto corresponde a 1200 a 1500 mL de sangre por minuto, de modo que el caudal sanguíneo en los sinusoides es próximo a 1 mL/min/g de tejido. Normalmente, el caudal de la vena porta es responsable por 75 % del flujo total; el 25 % restante es aportado por la arteria hepática. La presión en las ramas terminales de la vena porta es de 3 a 4 mmHg; en las arteriolas hepáticas de 22 a 30 mmHg. Como en los sinusoides las presiones son muy bajas (entre 0.7 y 1.5 mmHg), se infiere que los sinusoides presentan una elevada resistencia hidrodinámica en su ingreso. Esta resistencia es proporcionada por células endoteliales especializadas, carentes de fenestraciones, ya que no existen genuinos esfínteres precapilares. 5 Mantener una baja presión hidrostática en los sinusoides es importante, porque la elevada permeabilidad de los sinusoides permite fácilmente la filtración neta de líquido. Por esta razón se produce ascitis (acumulación de líquido en la cavidad abdominal) cuando la presión de los sinusoides se eleva crónicamente, como ocurre en la cirrosis hepática y en la insuficiencia cardíaca derecha. Cuando aumenta en forma sostenida la presión en la vena porta (por ej., cirrosis), aumenta la presión en las venas esofágicas, con las cuales la vena porta establece anastomosis, y ello produce várices esofágicas y hemorragia (agravada porque los pacientes cirróticos suelen tener déficit en los factores de la coagulación). En el ser humano vivo, el hígado contiene ~ 500 mL de sangre (10 % de la volemia). Tanto la vena porta como la arteria hepática poseen inervación vasoconstrictora simpática. Frente a una hipotensión arterial, el aumento reflejo de la descarga simpática hace que hasta la mitad de la sangre presente en el hígado – 250 mL- se desplace hacia el sistema arterial, contribuyendo a combatir la hipotensión (en el perro, esta función es cumplida por el bazo, como principal reservorio de sangre que puede desplazarse en forma refleja hacia el sector arterial). Respuesta amortiguadora arterial hepática La proporción del caudal total debido a la vena porta no es fija. Cuando cae de manera aguda el caudal en la vena porta, aumenta el caudal en las arteriolas hepáticas. Este fenómeno se conoce como respuesta amortiguadora arterial hepática, ya que atenúa significativamente la reducción del caudal causada por reducción del flujo portal. La respuesta amortiguadora arterial hepática normal (en ratas) se ilustra en la Fig. 6 A. En la cirrosis hepática, el caudal portal está crónicamente reducido, pero si se lo reduce adicionalmente de manera aguda, se observa que la respuesta amortiguadora se conserva (Fig. 6 B). Debe notarse que el caudal sanguíneo porta no está regulado directamente, de modo que si hay una reducción del caudal en la arteria hepática ello no produce ningún aumento recíproco del caudal venoso portal. La respuesta amortiguadora se debe principalmente que la reducción del caudal venoso portal causa un aumento de la concentración de adenosina en el espacio de Mall. La adenosina, producto de la actividad metabólica de los hepatocitos, es un eficaz vasodilatador de las arteriolas hepáticas. Es posible que participen también otros vasodilatadores, como óxido nítrico y neuropéptidos liberados por terminaciones nerviosas, pero su importancia relativa no está 6 determinada aún. Regulación microcirculatoria Para una presión de perfusión constante, el caudal sanguíneo en los sinusoides hepáticos es principalmente regulado por factores locales. Las células endoteliales, las células estrelladas, las células de Kupffer y los propios hepatocitos son fuente de sustancias vasoactivas como óxido nítrico (NO), monóxido de carbono (CO), sulfuro de hidrógeno (H2S) y endotelina-1, entre las más importantes (Fig. 7). Con excepción de la endotelina-1, las sustancias mencionadas son gases vasodilatadores. El óxido nítrico es producido por las sintasas de óxido nítrico 2 y 3. El monóxido de carbono es producido por el metabolismo del grupo hemo por las hemooxigenasas 1 y 2. El sulfuro de hidrógeno es producido por la cistationina--liasa. Se cree que el principal blanco de los agentes vasoactivos en los sinusoides son las células estrelladas. La liberación tónica de óxido nítrico mantiene normalmente un estado de vasodilatación en los sinusoides, ya que la inhibición de su síntesis aumenta la resistencia hemodinámica. Probablemente el monóxido de carbono producido por la hemooxigenasa 2 de los hepatocitos contribuye a mantener elestado basal. El papel del sulfuro de hidrógeno es al presente menos claro. La endotelina-1 no contribuye sustancialmente en la situación normal, pero puede tener un papel importante en la isquemia y reperfusión hepáticas. Vasos linfáticos El hígado posee una vasta red de vasos linfáticos, que son una parte integral de la circulación en el órgano. El sistema linfático del hígado se clasifica en una red superficial y otra profunda. La mayor parte de la linfa circula por esta última y proviene principalmente del parénquima.Se estima que la linfa procedente del hígado constituye el 25 % al 50 % de linfa que drena por el conducto torácico. El caudal linfático del hígado adulto es de 25 a 50 mL/h, es decir 600 a 1200 mL/día. El caudal linfático puede aumentar mucho cuando aumenta la presión en los sinusoides, como acontece en la cirrosis y la insuficiencia cardíaca derecha. El aumento crónico de la presión sinusoidal estimula incluso la formación de nuevos linfáticos (linfangiogénesis). El drenaje linfático aumentado retarda el desarrollo de ascitis. Los capilares linfáticos parten como extremos ciegos situados en el espacio de Disse, que se dirigen hacia vasos colectores situados en torno de las venas centrolobulillares o en el espacio de Mall, donde se encuentran las tríadas portales. En realidad, las tríadas portales debieran llamarse “tétradas” (conjunto de cuatro elementos), ya que los conductillos biliares y las ramas terminales de la vena porta y la arteria hepática también son acompañadas por un vaso linfático. No obstante, este vaso linfático no es fácilmente visible al microscopio, de modo que 7 el término “tríada” está fijado por el uso. La linfa procedente de la mayoría de los órganos y tejidos posee una concentración de proteínas de 25 % de la concentración plasmática. Por el contrario, la linfa procedente de los sinusoides tiene una concentración de proteínas mucho mayor (80 % de la plasmática), debido a que la elevada permeabilidad de los sinusoides causa una alta concentración de proteínas plasmáticas en el espacio de Disse. Consumo hepático de oxígeno El consumo de oxígeno del organismo en reposo es de 250 a 300 mL/min. El hígado es responsable por ~ 25 % de dicho consumo (62 a 75 mL/min). La sangre venosa portal tiene una pO2 media de 40 mmHg (saturación = 75 %) y la sangre arterial una pO2 media de 95 mmHg (saturación = 98 %). Por esta razón, aunque la arteria hepática proporciona solamente un cuarto del caudal, 75 % del oxígeno que consume el hígado es normalmente aportado por la sangre arterial. La pO2 cae notablemente a lo largo de los sinusoides. Es de 60 a 65 mmHg en el extremo portal y de 30 35 mmHg en el extremo centrolobulillar. La pO2 media en los hepatocitos es ~ 15 mmHg inferior a la presión en los sinusoides (45 a 50 mmHg en el extremo portal y 15 a 20 mmHg en el extremo opuesto). Zonificación del metabolismo hepático Si bien todos los hepatocitos tienen, en principio, propiedades metabólicas semejantes, la expresión y función de diversas enzimas varía de manera diferencial dependiendo de la presión de oxígeno prevalente. Esto permite clasificar los hepatocitos por zonas con diferentes propiedades funcionales (zonificación): la zona I (periportal) está formada por los hepatocitos más próximos al extremo portal del sinusoide y la zona III (pericentral) por los hepatocitos más próximos a la vena central del lobulillo. La zona II corresponde a un área de transición entre I y III. Más recientemente se ha notado que, además de la pO2, diversos nutrientes, metabolitos, hormonas y citokinas pueden modular la zonificación. A nivel celular, la señalización por la vía Wnt/-catenina aparece como un regulador central de la zonificación. La actividad de esta vía es mayor en los hepatocitos próximos a la vena central del lobulillo. Otros reguladores, cuyo papel es actualmente menos claro, son sonic hedgehog y. como señal extracelular, el factor de crecimiento hepatocítico (HGF). En la Tabla 1 se muestran algunas de las funciones de los hepatocitos que muestran zonificación. Debe notarse que, en general, la especialización en las diferentes funciones mencionadas no es excluyente de las otras funciones, sino que existe un gradiente de actividad creciente o decreciente (según el caso) entre las tres zonas, como se diagrama en la Fig 8 para el metabolismo de la glucosa. Una excepción a esta regla es la síntesis de glutamina, que se produce exclusivamente en las dos o tres capas de células más próximas a la vena central del lobulillo. La zonificación también afecta a las células de los sinusoides. Por ejemplo, las células endoteliales tienen mayor capacidad endocitótica en la zona I, pero mayor permeabilidad (fenestraciones) en la zona III. Las células de Kupffer poseen mayor capacidad fagocítica en la zona I, pero mayor capacidad citotóxica en la zona III. Los linfocitos granulosos tienen mayor capacidad citotóxica en la zona I. Finalmente, las células estrelladas tienen mayor capacidad de almacenamiento de vitamina A y de síntesis de matriz extracelular en la zona I. Tabla 1: Zonificación de las funciones de los hepatocitos Zona I (periportal) Zona III (perivenosa) Metabolismo energético oxidativo Liberación de glucosa Glucogenólisis Gluconeogénesis Producción de urea Síntesis de proteínas plasmáticas Albúmina, fibrinógeno, 2- macroglobulina Síntesis de colesterol Producción de bilis Captación de glucosa Síntesis de glucógeno Cetogénesis Liponeogénesis Formación de glutamina Oxidación de fármacos Conjugación de fármacos Síntesis de proteínas plasmáticas Angiotensinógeno, -fetopro- teína, 1-antitripsina Síntesis de ácidos biliares 8 FUNCIONES METABÓLICAS DEL HÍGADO Muchas de las numerosas funciones del hígado han sido tratadas en capítulos precedentes. Por ejemplo, la síntesis de proteínas plasmáticas y la eliminación de bilirrubina en LA SANGRE: COMPOSICIÓN Y FUNCIONES; ERITROCATERESIS; la síntesis de factores de coagulación en HEMOSTASIA y el papel del hígado en el metabolismo intermedio en METABOLISMO INTERMEDIO, PÁNCREAS ENDOCRINO Y REGULACIÓN DE LA GLUCEMIA. Por consiguiente, aquí se tratará solamente de aspectos importantes de la función hepática que no se han tratado previamente. Detoxificación del amoníaco y síntesis de urea El hígado tiene un papel central en la eliminación del amoníaco (NH3) que se produce en el organismo. En solución, el amoníaco está en equilibrio con su forma ionizada, el amonio (NH4 + ) según la reacción: NH3 + H + ↔ NH4 + El pK’ de esta reacción es 9.25, por lo cual el amonio es la forma predominante al pH de los líquidos corporales en una proporción de aproximadamente 100:1. La concentración plasmática de “amoníaco” en general incluye tanto el amoníaco como el amonio. El amoníaco difunde fácilmente a través de las membranas. La difusión de la forma iónica (amonio) es muy limitada, de modo que su transferencia a través de la membrana requiere algún mecanismo de transporte. El amoníaco circulante no tiene ninguna función fisiológica conocida, pero es tóxico para el sistema nervioso central, donde afecta la función de la astroglia y, secundariamente, de las neuronas. Su acumulación causa una encefalopatía metabólica grave, potencialmente mortal, que se produce en pacientes cirróticos con insuficiencia hepática severa. La concentración plasmática normal de amoníaco es de 20 a 35 mol/L, y no debe superar 40 mol/L. El amoníaco circulante proviene principalmente (50 %) del tracto digestivo, en particular el colon, y del riñón (40 %), dondees producido a partir de la desaminación de glutamina (ver ESTADO ÁCIDO-BÁSICO). El resto (10 %) procede en partes iguales del metabolismo del ácido adenílico en el músculo esquelético y de la liberación de glutamina por eritrocitos envejecidos. La sangre venosa portal posee normalmente una concentración de amoníaco hasta 10 veces mayor que la sangre venosa periférica. En el tracto digestivo hay dos procesos capaces de producir amoníaco: la degradación enzimática de la urea por una ureasa y la desaminación de aminoácidos. 9 Las células intestinales carecen de ureasa, pero muchas bacterias poseen esta enzima, entre ellas el Helicobacter pylori. 1 Se estima que 20 a 30 % de la urea producida en el hígado es degradada en el tracto digestivo. La desaminación de aminoácidos, en particular glutamina, pero también alanina y leucina, por el epitelio del intestino delgado produce amoníaco, que difunde hacia la sangre. En el colon, 90 % del amoníaco es producido por acción bacteriana. Debido al pH relativamente bajo de la luz del colon, parte del amoníaco producido queda atrapado como amonio y se elimina con las heces. El riñón es, cuantitativamente, la segunda fuente importante de amoníaco. La producción renal de amoníaco es importante en la regulación del estado ácido-básico, mediante la metabolización de glutamina con producción de novo de bicarbonato (que es reabsorbido) y de amoníaco, que permite la excreción de protones como NH4 + . La excreción renal de amonio es normalmente responsable por 10 % de la eliminación de nitrógeno (el resto se elimina como urea), pero en la acidosis crónica puede aumentar hasta 10 veces (ver ESTADO ÁCIDO-BÁSICO). Ahora bien, solamente 50 % del amoníaco producido en los riñones es excretado 1 La acción de la ureasa de H. pylori es la base de un método para diagnosticar la infección. Se administra urea marcada con 13 C. En pacientes infectados, rápidamente se puede detectar 13 CO2 en el aire espirado, producto de la acción bacteriana. en la orina. El resto alcanza la circulación sistémica, de modo que la sangre venosa renal tiene mayor concentración de amonio que la sangre arterial renal. Si bien pequeñas cantidades de amonio pueden ser utilizadas por el músculo y el sistema nervioso en la síntesis de glutamina, el hígado es, con mucho, el principal sitio de biotransformación. El hígado extrae 85 % del amoníaco que le llega por la sangre. Esto se debe a que los hepatocitos son las únicas células que poseen todos los componentes del ciclo de la urea (también conocido como ciclo de Krebs-Henseleit); Fig. 9 A. El amonio es transformado en las mitocondrias en carbamoil fosfato, que es incorporado a la ornitina para producir citrulina. La citrulina es exportada al citosol, donde reacciona con aspartato. El compuesto resultante es produce fumarato (que puede ingresar al ciclo de Krebs) y arginina, que es transformada a ornitina y urea. La ornitina es incorporada a las mitocondrias y la urea difunde a la circulación. El hígado también puede disponer del amoníaco mediante la síntesis de glutamina, catalizada por la glutamina sintetasa. La metabolización del amoníaco está zonificada (Fig. 9 B). La urea es producida por los hepatocitos periportales, que incorporan normalmente la mayor parte del amoníaco (como amonio) mediante un sistema de baja afinidad pero gran capacidad, de modo que la mayor parte del amoníaco que llega al hígado se incorpora a los hepatocitos periportales. Estas mismas células incorporan glutamina y, por medio de la glutaminasa, producen amonio que se incorpora al ciclo de la urea. 10 Por su parte, los hepatocitos pericentrales no producen urea, sino que sintetizan glutamina mediante la enzima glutamina sintetasa. Parte del amoníaco que permanece en los sinusoides después de atravesar la zona periportal es captado como amonio por la glicoproteína Rhesus B (RhBG), que posee alta afinidad. En condiciones normales, la producción hepática neta de glutamina es nula, porque la cantidad de glutamina consumida por los hepatocitos periportales es similar a la cantidad de glutamina sintetizada por los hepatocitos pericentrales. No obstante, cuando existe acidosis se reduce la síntesis de urea y adquiere importancia la síntesis pericentral de glutamina. La producción neta de glutamina durante la acidosis permite una mayor producción renal de amoníaco y consecuentemente mayor excreción de H + como amonio, lo cual tiende a compensar la acidosis y restablecer el estado ácido-básico. En la Fig. 10 se resume la homeostasis del amoníaco en el organismo. La mayor parte se elimina como urea en la orina, y una fracción menor (aunque pasible de ser aumentada) como amonio. Metabolismo del colesterol y triacilglicéridos Debido a su baja solubilidad en el medio acuoso del plasma, los lípidos deben transportarse asociados a macromoléculas de naturaleza proteínica, llamadas apolipoproteínas. El conjunto de las apolipoproteínas y los lípidos transportados con ellas se le denomina lipoproteínas. El papel de las apolipoproteínas incluye: 1. Proporcionar estabilidad estructural a las lipoproteínas; 2. Ligarse de manera específica y con alta afinidad a receptores presentes en la membrana plasmática celular (dicha unión determinará el posterior curso metabólico de los lípidos componentes); y 3. Actuar como cofactores para las enzimas encargadas del metabolismo lipoproteínico. Las diferentes fracciones liproteínicas contienen ciertas apolipoproteínas que les son específicas. En las lipoproteínas, los lípidos menos hidrosolubles – como los ésteres de colesterol y los triacilglicéridos – se encuentran en el centro de la micela, mientras que los fosfolípidos y el colesterol libre, que son más polares, forman una monocapa superficial junto con las apolipoproteínas (Fig. 11). La densidad de las lipoproteínas depende directamente de la proporción de apolipoproteínas y de lípidos que contengan. A mayor proporción de lípidos, menor la densidad (Fig. 12). El hígado produce lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL, del inglés Very Low Density Lipoproteins) , cuya principal apolipoproteína se denomina B-100. Las VLDL poseen una densidad inferior a 1.006 g/cm 3 , son la forma de transporte de lípidos desde el hígado hacia los tejidos periféricos, y su secreción hepática aumenta con dietas ricas en calorías. 11 En el endotelio capilar del tejido muscular y adiposo existe una enzima ligada a la membrana, la lipoproteínolipasa que reconoce y se liga a una de las apolipotroteínas (apoC- II) de las VLDL. La lipoproteínolipasa hidroliza triacilglicéridos, y los ácidos grasos liberados pasan al músculo, donde sirven como sustrato metabólico, o al tejido adiposo, donde son reesterificados a triacilglicéridos. El remanente de la partícula de lipoproteínas posee menor tamaño y mayor densidad (1.006 a 1.019 g/cm 3 ) y se denomina IDL , es decir intermediate density lipoprotein. Aproximadamente 50 % de las IDL son metabolizadas adicionalmente a lipoproteínas de baja densidad (= LDL; densidad 1.019 a 1.063 g/cm 3 ), las cuales en condiciones normales son responsables por 2/3 del colesterol plasmático total. El resto de las partículas de IDL son recuperadas por el hígado mediante interacción con receptores presentes en la membrana de los hepatocitos, llamados LDLR y PRL, capaces de interactuar con la apoliproteína E de las IDL y LDL. Los receptores, y por tanto la tasa de extracción de LDL e IDL, están regulados en parte por las necesidades de colesterol de los hepatocitos. Una vez dentro del hepatocito, las lipoproteínas puedenser nuevamente cargadas y recicladas, o bien degradadas a sus componentes. La regulación de la concentración de estos receptores es el mecanismo principal por el cual se ajusta la concentración plasmática de LDL. Los lípidos procedentes de la dieta que son absorbidos en el tracto digestivo son incorporados por las células del epitelio intestinal o enterocitos a partículas de lipoproteínas muy grandes y de muy baja densidad (menor que 0.950 g/cm 3 ) y 80 a 500 nm de diámetro denominadas quilomicrones. La principal apolipotroteína de los quiomicrones es la llamada B-48. Los quilomicrones alcanzan la circulación fundamentalmente por vía linfática. Una vez en la sangre, los quilomicrones adquieren otras apolipoproteínas, como apo-C, apo-C III y apo-E. En estas condiciones, por medio de su unión a apo-E, los quilomicrones pueden ser atacados por la LPLasa del endotelio. Cuando las VLDL y los quilomicrones son privados de parte de sus triacilglicéridos, el exceso de colesterol libre (no esterificado) y fosfolípidos se transfiere a las lipoproteínas de muy alta densidad (HDL o high density lipoproteins, densidad 1.063 a 1.210 g/cm 3 ) . Las HDL se producen en el hígado y en el intestino y actúan como sumideros capaces de incorporar colesterol no esterificado, el cual es reesterificado por la enzima lecitina-colesterol acil-transferasa (LCAT). Los ésteres de colesterol se acumulan en el núcleo de las HDL, cuya superficie puede entonces ligar más colesterol libre. Las HDL transportan así el colesterol desde la periferia hacia el hígado, siguiendo el camino inverso de las VLDL. El colesterol recuperado por esta vía puede ser: 1. Reciclado para la síntesis de VLDL 2. Utilizado en la síntesis de ácidos biliares, o 3. Eliminado en la bilis. Las principales relaciones entre las lipoproteínas y su interacción con los tejidos se esquematizan en la Fig. 13. El hígado es el sitio de síntesis del colesterol circulante en forma de lipoproteínas. La enzima que constituye el paso limitante de la síntesis de colesterol es la 3-hidroxi- 3- metilglutaril coenzima A reductasa. Los inhibidores competitivos de esta enzima, llamados estatinas (por ej., simvastatina y atorvastatina) son los fármacos más eficaces para reducir el colesterol LDL (hasta 60 %). La menor disponibilidad de colesterol en el 12 hepatocito produce una disminución en la síntesis de VLDL y un incremento compensatorio en el número de receptores de membrana (LDLR). A su vez, el mayor número de receptores aumenta la tasa de depuración de LDL e IDL y reduce sus concentraciones plasmáticas. Biotransformación de fármacos El hígado es el principal órgano en el cual los fármacos incorporados al organismo son modificados. La biotransformación de fármacos es importante para finalizar el efecto de muchas drogas, cuyos productos metabólicos carecen de actividad biológica. No obstante, algunos de estos productos pueden conservar actividad o incluso ser más activos que el fármaco original (por ej., el 4-glucurónido de morfina posee mayor actividad que la morfina misma). Con menor frecuencia una sustancia (llamada profármaco) necesita ser biotransformado para adquirir actividad biológica. Por ej., el enalapril es en sí mismo inactivo, pero es transformado en enalaprilat, que es un eficaz inhibidor de la enzima de conversión de angiotensina. Ocasionalmente, una vía de transformación puede dar lugar a un metabolito tóxico, como ocurre en la intoxicación con paracetamol. La biotransformación es asimismo un sitio potencial de interacción entre fármacos. Por ejemplo, dos compuestos pueden competir por el mismo sistema de biotransformación. Por otra parte, la administración crónica de ciertos fármacos, como el fenobarbital, producen el fenómeno de inducción enzimática, que consiste en un aumento de la actividad de biotransformación que puede acortar la vida media de muchos fármacos. Las formas de biotransformación se clasifican en reacciones de fase I, que son diversas formas de oxidación, y reacciones de fase II, que son reacciones de conjugación (Fig. 14). Algunos fármacos pasan sucesivamente por ambas fases, otros por solamente una de ellas y otros no sufren biotransformación. En general, ambos tipos de reacciones de biotransformación tienden a reducir la liposolubilidad y aumentar 13 la hidrosolubilidad de los fármacos, facilitando así su excreción renal. La principal vía de biotransformación de fase I es el sistema de la oxidasa de función mixta. En ella tienen un papel central la enzima citocromo C reductasa y diversos citocromos P450 que se abrevian CYP. Los CYP se agrupan en familias y subfamilias según una nomenclatura convencional. Por ej., CYP3A4 indica el citocromo 4 de la subfamilia A de la familia 3. En la Fig. 15 se esquematiza el ciclo de reacción de la oxidasa de función mixta, que tiene lugar en la superficie de las membranas del retículo endoplásmico liso. El fármaco a ser metabolizado se combina con el citocromo, que posee un ión Fe 3+ (paso A). La citocromo C reductasa cataliza la reducción del Fe 3+ a Fe 2+ mediante la donación de un electrón (paso B). A continuación, la citocromo C reductasa transfiere un segundo electrón, que reacciona con oxígeno molecular (paso C) para dar anión superóxido. Uno de los átomos del oxígeno forma una molécula de agua y el otro átomo de oxígeno se emplea para oxidar el fármaco, que entonces es liberado (paso D), con lo cual el citocromo con Fe 3`+ queda libre para repetir el ciclo. La Fase II del metabolismo de los fármacos involucra diversas transferasas que conjugan a los fármacos con compuestos ionizables. Esta conjugación da generalmente como resultado la inactivación del fármaco original o de sus catabolitos activos y facilita su excreción por los riñones. La conjugación con sulfato y con ácido glucurónico son las dos reacciones de conjugación principales de la Fase II. Conjugación con glucuronato. Es mediada por enzimas microsomales llamadas UDP-glucuronil transferasas, de las cuales existen 15 en el ser humano. La formación del conjugado con ácido glucurónico representa uno de los principales procesos de degradación involucrados en la detoxificación y la inactivación de los fármacos. El producto final de estas reacciones es la formación del conjugado ionizado entre el glucurónido y el fármaco. Conjugación con sulfato. Las sulfotransferasas son enzimas citosólicas que requieren fosfoadenosina fosfosulfato como donante de sulfato. Hay dos familias principales. La sulfoconjugación puede ocurrir en los compuestos fenólicos y las aminas aromáticas. El producto final de esta reacción es el ester de sulfato ionizado del fármaco. Si bien esto generalmente es un mecanismo detoxificante, una excepción importante es el tamoxifeno (modulador selectivo del receptor de estrógeno empleado en el tratamiento del cáncer de mama) cuyo conjugado de sulfato es cancerígeno. Conjugación con glutatión (- glutamil-cisteinilglicina). Las glutatión S- transferasas tienen como sustratos a epóxidos, cetonas insaturadas, compuestos halogenados y otras sustancias. Los productos pueden excretarse por la bilis o por el riñón. En este último caso, son procesados adicionalmente para formar conjugados de ácido mercaptúrico. Estas transferasas son importantes en el metabolismo de citostáticos como tiotepa, cisplatino y clorambucilo. PRUEBAS DE FUNCIÓN HEPÁTICA Desde el punto de vista bioquímico, existen muchas determinaciones en plasma (suero) que se utilizan para evaluar la integridad funcional y estructural de los hepatocitos y las vías biliares. Las pruebas más utilizadas, cuyos valores 14 normalesse presentan en la Tabla 2, exploran los siguientes cuatro aspectos: 1. Función excretora del hígado. En forma rutinaria se determina la concentración sérica de bilirrubina total, no conjugada y conjugada. La bilirrubina no conjugada (“indirecta”) aumenta cuando hay sobreproducción de bilirrubina, como ocurre en la anemia hemolítica y la eritropoyesis ineficaz. La bilirrubina no conjugada también aumenta cuando está reducida – de manera congénita o adquirida – la capacidad hepática de captar o conjugar la bilirrubina. La bilirrubina conjugada o “directa” aumenta (junto con la no conjugada) cuando hay lesión hepatocelular, defecto en la excreción canalicular de bilirrubina u obstrucción de la vía biliar (colestasis). La elevación de la bilirrubina total por encima de 2 mg/dL causa ictericia. La elevación de la bilirrubina conjugada, que filtra por los capilares glomerulares, se acompaña de coluria. 2. Función sintética del hígado. Se evalúa mediante la concentración de proteínas plasmáticas, en particular la albúmina, y el tiempo de protrombina, relacionado con los factores de la coagulación (ver HEMOSTASIA). 3. Integridad de los hepatocitos. Se valora mediante la determinación en suero de dos enzimas sintetizadas por los hepatocitos: aspartato aminotransferasa (AST), antes llamada transaminasa glutámico-oxalacética (GOT) y alanina aminotransferasa (ALT), antes llamada transaminasa glutámico- pirúvica (GPT). La ALT es más específica de los hepatocitos, pero ambas transaminasas suelen determinarse juntas. Las transaminasas pueden determinarse en forma seriada para evaluar el curso de una enfermedad hepática. Un descenso de las transminasas suele indicar mejoría. No obstante, en la enfermedad hepática muy avanzada (cirrosis terminal) un nivel muy bajo de transaminasas puede indicar, ominosamente, que existen muy pocos hepatocitos funcionantes. 4. Integridad de la vía biliar. Ciertas enzimas de los colangiocitos aumentan en suero cuando hay daño y obstrucción en la vía biliar. Entre ellas está la fosfatasa alcalina (que no es muy específica, ya que también es producida por el hueso y la próstata), la -glutamil transpeptidasa y la 5- nucleotidasa. Secreción biliar La bilis es la secreción exocrina del hígado, que produce diariamente entre 600 y 1200 mL. La bilis es una solución que contiene micelas formadas por los ácidos biliares y fosfatidilcolina (lecitina) que permiten solubilizar compuestos poco hidrosolubles. La bilis es fundamental para la eliminación de colesterol y bilirrubina y para la normal digestión y absorción de los lípidos en el intestino. Dado el papel central de los ácidos biliares en la composición y funciones de la bilis, a continuación se reseñará su metabolismo. Tabla 2: Pruebas de función hepática* Determinación Rango normal Bilirrubina (mg/dL) Total No conjugada Conjugada Albúmina (g/L) Tiempo de Protrombina (s) Aspartato aminotrasferasa (AST = GOT), U/L Alanina aminotransferasa (ALT = GPT), U/L Fosfatasa alcalina, U/L -Glutamil transpeptidasa, U/L 5-Nucleotidasa, U/L 0.3 a 1.3 0.2 a 0.9 0.1 a 0.4 35 a 55 12 a 15 12 a 38 7 a 41 33 a 96 9 a 58 0 a 11 * Según www.valoresnormales.com. Los valores de referencia varían levemente según el laboratorio. 15 ÁCIDOS BILIARES: SÍNTESIS Y METABOLISMO Los ácidos biliares son compuestos anfipáticos, con porciones hidrófilas y lipófilas, que les permiten formar micelas en soluciones acuosas. En el hígado, los ácidos biliares son sintetizados a partir del colesterol, predominantemente en los hepatocitos pericentrales (Fig. 16). Existen dos vías de síntesis, llamadas clásica y alternativa. El paso limitante de la síntesis de ácidos biliares es la hidroxilación del colesterol (o de un oxiesterol en la vía alternativa) en posición 7 por la 7 -hidroxilasa (CYP7a1). Además, el hidroxilo ya presente en el colesterol en posición es epimerizado, es decir, movido a posición . Sobre el 7 - hidroxicolesterol resultante actúa la C27 dehidroxilasa que acorta la cadena lateral e introduce un grupo carboxilo para dar ácido quenodeoxicólico, con dos grupos hidroxilos. Si antes de la C27 dehidroxilasa actúa una 12 - hidroxilasa, el resultado es el ácido cólico, con tres grupos hidroxilos. La presencia de 2 o tres grupos hidroxilos orientados hacia el mismo lado de la molécula le confiere a los ácidos biliares una solubilidad en agua ausente en el colesterol. La hidrosolubilidad es adicionalmente aumentada por la conjugación de los ácidos biliares con taurina (75 %) o glicina (25 %). La reacción de conjugación forma un enlace amida entre el carboxilo del ácido biliar y el extremo amino de la taurina o la glicina. La hidroxilación y la posterior conjugación de los ácidos biliares son análogas a las reacciones de Fase I y de Fase II mencionadas sobre el metabolismo de los fármacos. Debido a su bajo pKa’ (~ 4 para el ácido glicocólico y ~ 2 para el ácido taurocólico), se encuentran predominantemente ionizados al pH de los líquidos corporales y forman sales con diversos cationes, particularmente Na + . A pesar de este hecho, generalmente se habla de manera indistinta de “sales biliares” y “ácidos biliares”. Los ácidos cólico y quenodeoxicólico son los únicos sintetizados en el hígado y se denominan ácidos biliares primarios. Ya en el colon, la flora bacteriana los modifica por deshidroxilación y desconjugación, originando el ácido desoxicólico a partir del ácido cólico y el ácido litocólico a partir del ácido quenodeoxicólico (este último también puede ser transformado a ácido ursodeoxicólico). Los ácidos desoxicólico y litocólico se denominan ácidos biliares secundarios. Una vez sintetizados y conjugados, los ácidos biliares son secretados hacia los canalículos biliares mediante un transportador específico llamado BSEP (Bile Salt Export Pump, también llamado ABCB11). Este transportador pertenece a la familia ABC (ATP- Binding Cassette) y emplea ATP como fuente de energía para el transporte. CIRCULACIÓN ENTEROHEPÁTICA DE ÁCIDOS BILIARES En la mayor parte del intestino delgado (duodeno, yeyuno y la porción inicial del íleon), los ácidos biliares pueden reabsorberse en forma pasiva (difusional) en una medida muy limitada por su elevado grado de ionización. No obstante, la mayor parte de los ácidos biliares 16 (80 a 90 %) se reabsorbe en forma activa en el íleon terminal (Fig. 17). La membrana apical de los enterocitos del íleon terminal tiene un transportador de ácidos biliares dependiente de Na + llamado ASBT (Apical Sodium-dependent Biliary acid Transporter). El ASBT media un transporte activo secundario que permite el ingreso de ácidos biliares conjugados empleando el gradiente electroquímico del Na + , con una estequiometría 2:1. En el citosol, los ácidos biliares se unen a una proteína ligadora de ácidos biliares llamada IBABP (Ileal Bile Acid Binding Protein). La salida de los ácidos biliares hacia el intersticio acontece por difusión facilitada por un transportador de la membrana basolateral llamado OST (Organic Solute Transporter). Hay dos formas de OST, llamadas alfa y beta. En su forma funcional, el transportador es un heterodímero . Los ácidos biliares que no son reabsorbidos en el intestino delgado son atacados por enzimas de la flora bacteriana del colon que los desconjugan y los deshidroxilan a ácidos biliares secundarios. Parte de estos es reabsorbido de manera pasiva y parte se elimina por las heces. Los ácidos biliares reabsorbidos en forma activa o pasiva alcanzan la circulación portal. En la sangre, 85 % de los ácidos biliares circulaunido a las proteínas del plasma (mayormente a la albúmina). Esta fracción está en equilibrio con la fracción que circula libre (15 %). En los sinusoides hepáticos, los hepatocitos recuperan ~ 99 % del total de ácidos biliares del plasma, de manera que sólo 1 % llega a la vena cava inferior. Por esta razón, la sangre venosa porta tiene una concentración de ácidos biliares 6 a 8 veces mayor (15 mol/L en el ayuno y 45 mol/L luego de una comida) que la sangre venosa periférica (2.5 mol/L y 5 mol/L, respectivamente). Cabe notar que ASBT y OST también se encuentran en la membrana apical y basolateral, respectivamente, del epitelio del túbulo contorneado proximal y median la reabsorción de ácidos biliares presentes en el filtrado glomerular. El transportador de la membrana basolateral de los hepatocitos se denomina NTCP (Na-Taurocholate Cotransporting Polypeptide) y es diferente de ASBT, aunque pertenece a la misma familia. En el ser humano, NTCP es una glicoproteína de 349 aminoácidos con siete dominios transmembrana que permite el ingreso de un ácido biliar en cotransporte con Na + , impulsado por el gradiente electroquímico del catión. Los hepatocitos recaptan tanto los ácidos biliares conjugados como los no conjugados. Estos últimos sufren conjugación antes de ser secretados nuevamente en la bilis, de modo que todos los ácidos biliares (primarios o secundarios) que secreta el hígado están conjugados. Uno de los ácidos biliares secundarios, el ácido litocólico, es citotóxico. En el hígado, además de ser conjugado con taurina o glicina, el ácido litocólico es conjugado con sulfato. El ácido litocólico sulfatado ya no se reabsorbe en el intestino, sino que es eliminado en las heces. La cantidad total (pool) de ácidos biliares en el organismo es de 2 a 3 g. No obstante, diariamente se secretan entre 12 y 36 g de ácidos biliares en la bilis, de modo que el pool recicla entre 6 y 12 veces cada día. La eliminación fecal diaria de ácidos biliares es de 400 a 600 mg, y esta misma cantidad debe ser 17 sintetizada diariamente por el hígado para mantener el pool constante. REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS BILIARES La constancia del pool de ácidos biliares se mantiene por varios mecanismos que regulan su síntesis a nivel hepático. El principal mecanismo involucra un receptor nuclear llamado receptor X de farnesoide o FXR (Farnesoid X Receptor); Fig. 18. Los receptores nucleares son una familiar de factores de transcripción activados por ligandos, que cumplen papeles diversos en la embriogénesis, el desarrollo y el metabolismo. Los ligandos capaces de activar el FXR son los ácidos biliares. Cuando FXR liga ún ácido biliar, se dimeriza con el receptor X para retinoides (RXR). En el núcleo del hepatocito, el heterodímero FXR-XRX activa la transcripción de BSEP, facilitando la excreción de ácidos biliares hacia los canalículos. De manera más indirecta (por inducción del represor nuclear SHP), FXR reduce la síntesis de ácidos biliares por inhibición de la expresión de la 7 -hidroxilasa que es el paso limitante de dicha síntesis. El FXR también contribuye a regular el recambio de ácidos biliares por sus efectos en los enterocitos del íleon terminal. En estas células, los ácidos biliares reabsorbidos activan FXR, el cual por una parte facilita el egreso de los ácidos biliares hacia el intersticio por activación de OST, y por otra aumenta la secreción del factor de crecimiento fibroblástico 19 (FGF19). En los hepatocitos, el FGF19 activa receptores con actividad de tirosina kinasa llamado FGFR4 (Fig. 18), en una interacción facilitada por la proteína de membrana -klotho (klotho también participa en la señalización por FGF23, que regula el recambio de fosfato; ver FISIOLOGÍA DEL HUESO Y RECAMBIO FOSFOCÁLCICO). La activación de los receptores FGFR4 reprime, mediante una vía en la que participan kinasas Janus (JNK), la expresión de la 7 -hidroxilasa (CYP7a1). Esta vía inhibitoria no depende del represor SHP. Llamativamente, los mismos hepatocitos pueden secretar FGF19, que entonces actuaría en forma autocrina o paracrina para limitar la síntesis de ácidos biliares. 18 En resumen, la síntesis de ácidos biliares es regulada según el grado de expresión de la 7 - hidroxilasa, el cual es reducido independientemente tanto por la concentración de ácidos biliares en el hepatocito (vía FXR) como en el epitelio del íleon terminal (vía FGF19). Si se aumenta la eliminación de ácidos biliares, su síntesis hepática se incrementa. Los fármacos conocidos como resinas secuestradoras de ácidos biliares (colestiramina, colestipol y coleveselam) ligan ácidos biliares en la luz intestinal e impiden su reabsorción. Estas resinas pueden reducir el colesterol plasmático de la fracción LDL en hasta 30 %. La falta de reciclaje de ácidos biliares resulta en una mayor utilización hepática de colesterol para la síntesis de novo de dichos compuestos. Además, el mayor consumo hepático de colesterol aumenta el número de receptores para LDL en ese órgano, y en consecuencia crece la tasa de depuración de LDL. Actualmente se reconoce que, además de su conocido papel en la digestión y absorción de lípidos, los ácidos biliares también funcionan como hormonas. Los ácidos biliares activan receptores intracelulares como FXR y sobre receptores de membrana de la superfamilia GPCR (como TGR5 y S1PR2). Mediante la activación de receptores de membrana los ácidos biliares intervienen en las vías de señalización de otras hormonas, como la insulina, en el hígado y probablemente en otros órganos y tejidos. FOSFATIDILCOLINA Y COLESTEROL BILIARES La fosfatidilcolina (lecitina) es un componente importante de la bilis, que forma micelas con los ácidos biliares. Ingresa a la bilis procedente de la propia membrana de los canalículos. Una enzima canalicular llamada MDR3 (en humanos) o “flipasa” utiliza ATP para hacer girar (to flip) las moléculas de fosfatidilcolina de la membrana, permitiendo la formación de vesículas en la luz canalicular, a las que luego se incorporan ácidos biliares (Fig. 19). El colesterol es exportado hacia el canalículo por un tercer transportador, ABCG5/G8, que también hidroliza ATP en el proceso. El colesterol forma micelas mixtas con los ácidos biliares y los fosfolípidos y asimismo se incorpora a las vesículas. De esta manera, pese a su muy limitada hidrosolubilidad, el colesterol puede alcanzar una concentración elevada en la bilis, que está formada por agua en 95 %. EXCRECIÓN DE BILIRRUBINA El metabolismo de la bilirrubina se describió a propósito de la eritrocateresis. En esta parte se dará mayor detalle al transporte de bilirrubina en los hepatocitos (Fig. 20) que, como otras funciones, presenta zonificación. La bilirrubina libre ingresa a los hepatocitos periportales ya sea por difusión o por transporte mediado por 19 los transportadores OAT1B1 y OAT1B3. En los hepatocitos periportales la bilirrubina es conjugada con ácido glucurónico por la uridina difosfato glucuronil transferasa UGT1A1. En los hepatocitos periportales, parte de la bilirrubina conjugada es transportada hacia los canalículos por los transportadores ABCC2 y – en menor medida – ABCG2. No obstante, una parte de la bilirrubina conjugada vuelve al sinusoide mediante el transportador ABCC3. Esta bilirrubina conjugada puede ser captada por hepatocitos más cercanos a la vena central. La ventaja de esta transferencia de bilirrubina conjugada de hepatocitos periportales hacia hepatocitos perivenosos es que impide la saturación de los transportadores canaliculares en los hepatocitos periportales, distribuyendo la excreción de bilirrubinade manera más uniforme y presumiblemente más eficaz. EL ÁRBOL BILIAR INTRAHEPÁTICO La vía biliar se divide en una porción intrahepática y una porción extrahepática. La porción intrahepática incluye todos los conductos desde su inicio hasta las ramas que desembocan en los ductos hepáticos derecho e izquierdo (Fig. 21 A). Los canalículos desembocan en los canales de Hering, formados por hepatocitos y colangiocitos (que se describen luego), y a partir de éstos, se disponen los ductos biliares. La vía biliar intrahepática tiene un volumen muy pequeño (~ 20 m 3 ) pero su superficie estimada es de 400 cm 2 . Las microvellosidades de la membrana apical de los colangiocitos aumentan considerablemente la citada superficie. Los conductos intrahepáticos del ser humano fueron clasificados por Jurgen Ludwig según su diámetro, como sigue (Fig. 21 B): Vias biliares pequeñas: Dúctulos o colangiolos (< 15 m) Ductos interlobulillares (15 a 100 m) Ductos septales (100 a 300 m) Vías biliares grandes Ductos zonales (300 a 400 m) Ductos segmentarios (400 a 800 m) Ductos hepáticos (> 800 m). Si bien tanto las vías intrahepáticas pequeñas como las grandes están formadas por colangiocitos, la morfología y las propiedades funcionales de cada sector son diferentes. Los colangiocitos de las vías pequeñas son de menor altura (< 10 m) y carecen de receptores para secretina, aunque poseen receptores purinérgicos cuya función se describe más adelante. Los colangiocitos de esta región también poseen células troncales que permiten el mantenimiento del epitelio del árbol biliar y, llegado el caso, su regeneración. Los colangiocitos de las vías más grandes son más altos (hasta 14 m) y expresan receptores para secretina y otros agentes neurohumorales en su membrana basolateral. Las vías biliares son irrigadas por ramas de la arteria hepática. La sangre capilar drena hacia la vena porta o directamente hacia los sinusoides. 20 Aunque los colangiocitos forman solamente 4 % de las células parenquimatosas del hígado, son responsables de ~ 25 % de la secreción biliar, como se explica a continuación. FORMACIÓN Y MODIFICACIÓN DE LA BILIS La bilis no es un ultrafiltrado de plasma. De hecho, puede secretarse bilis contra presiones hidrostáticas superiores a las presentes en los sinusoides. El volumen de la secreción biliar que se forma en los canalículos responde a un mecanismo osmótico. La secreción activa de ácidos biliares al canalículo aumenta la osmolaridad canalicular. Las uniones estrechas entre los hepatocitos son relativamente permeables y permiten el pasaje de agua, que a su vez arrastra con ella solutos cristaloides por transporte convectivo (Fig. 22). Además de conducir la bilis hacia las vías extrahepáticas, las vías biliares cumplen la doble función de tornar la bilis menos viscosa y más alcalina. Entre los colangiocitos hay uniones estrechas menos permeables a los solutos que las existentes entre los hepatocitos, aunque dejan pasar agua libremente. Estas estructuras permiten que la bilis, inicialmente hipertónica, se torne isotónica con el plasma. Además, los ductos poseen sistemas de transporte que permiten la reabsorción de la glucosa y los aminoácidos, lo cual es importante para evitar el crecimiento de bacterias en la vía biliar, que puedan emplearlos como substratos. También secretan inmunoglobulina A a la bilis por medio del receptor multimérico, lo cual contribuye a mantener la vía biliar libre de microorganismos. En la membrana apical de los ductos hay una enzima llamada - glutamiltranspeptidasa, que hidroliza al glutatión, cuyos aminoácidos son luego reabsorbidos. El aumento de la concentración de esta enzima en el plasma indica daño de las células de las vías biliares. Los ductos tienen en su membrana apical el transportador de ácidos biliares ASBT y en su membrana basolateral el transportador OST, de modo que pueden reabsorber, en forma limitada, parte de los ácidos biliares (Fig. 23). Los ácidos biliares reabsorbidos luego retornan a la circulación portal y mediante ella, a los hepatocitos. Los colangiocitos pequeños poseen canales de cloro de tipo TMEM16A, que son activados por Ca 2+ y regulados por calmodulina. Dos clases de estímulos aumentan la actividad de estos canales en la vía biliar. Por una parte, en la membrana apical de los colangiocitos pequeños hay receptores purinérgicos tipo P2Y, que pueden ser activados por el ATP presente en la bilis en concentración micromolar. La activación de estos receptores estimula la fosfolipasa C unida a la membrana y esto resulta en un aumento del Ca 2+ intracelular. El Ca 2+ activa los canales TMEM16A de la membrana apical y 21 simultáneamente canales de K + modulados por Ca 2+ . La salida de K + hiperpolariza la célula, lo cual incrementa el gradiente electroquímico para la salida apical de Cl - , la cual a su vez facilita la salida de bicarbonato por el intercambiador aniónico AE2 (Fig. 24). Un segundo estímulo para la apertura de estos canales es mecánico, proporcionado por la tasa de corte de la bilis que circula por los canalículos. En ambos casos, el Cl - secretado se intercambia luego por bicarbonato, lo que contribuye a alcalinizar la bilis. Los colangiocitos grandes también pueden secretar bicarbonato a la vía biliar, en intercambio con Cl - , que en este caso sale de la célula por el canal CFTR (la secreción de bilis está alterada en los pacientes con fibrosis quística). El bicarbonato secretado, acompañado por Na + que ingresa por la vía paracelular, alcaliniza moderadamente la bilis (Fig. 23). Las vías biliares mayores secretan mucinas que cumplen una función lubricante y protectora, pero por lo demás no modifican significativamente la composición de la bilis. El caudal de bilis que circula por el conducto hepático común tiene tres componentes, de los cuales dos se originan en los canalículos y el tercero en los conductillos (Fig. 25). La contribución de los conductillos al flujo biliar también es relativamente constante, y alcanza hasta 25 % del flujo total máximo de bilis. Aproximadamente 75 % del volumen de bilis procede de los canalículos. Se distingue en ellos un flujo de bilis independiente de sales biliares y un flujo dependiente de sales biliares. Para este último, la tasa de secreción de bilis aumenta linealmente con la tasa de ácidos biliares secretados. En el ser humano, normalmente la tasa de producción de flujo independiente de sales biliares es similar a la del flujo que depende de éstos. El flujo independiente de sales biliares es relativamente constante, Se debe al efecto osmótico de la secreción de otros solutos, en particular glutatión reducido, oxidado y conjugado con aniones orgánicos. Esta secreción es dependiente de ATP y está mediada por un transportador de la familia ABC (ABCC2), también conocido como transportador multiespecífico de aniones orgánicos canalicular (cMOAT) y proteína de resistencia a múltiples drogas 2 (MRP2). La relación normal entre la concentración de ácidos biliares, fosfatidilcolina y colesterol en la bilis canalicular es ~ 10:3:1. Esta relación puede alterarse en la bilis almacenada en la vesícula. FUNCIÓN DE LA VESÍCULA BIIIAR Se denomina bilis hepática a aquélla que fluye 22 por el conducto hepático común y bilis vesicular a la que se ha almacenado en la vesícula biliar. En la vesícula, la bilis se deshidrata, su pH disminuye y aumenta la concentración de casi todos sus componentes, excepto de los cationes cloruro y bicarbonato (Tabla 3). La vesícula biliar es una estructura hueca, piriforme, distensible, cuyo volumen varía según su estadode llenado. Normalmente su capacidad es de 30 a 50 mL (puede aumentar mucho más en caso de obstrucción de la vía biliar). La pared de la vesícula está formada por un epitelio, una lamina propria, una capa muscular con fibras de músculo liso dispuestas en forma entrecruzada, una subserosa (conectiva) y, en su cara inferior solamente, una serosa. El epitelio de la vesícula secreta mucus, que forma un gel protector del epitelio. La función principal de la vesícula es almacenar bilis durante los períodos interdigestivos y eyectarla hacia el duodeno luego de la ingesta de alimentos. Se estima que de ~ 900 mL de bilis que el humano adulto secreta en término medio por día, la mitad fluye directamente hacia el duodeno y la otra mitad se almacena en la vesícula. Ahora bien, el flujo de bilis que no pasa por la vesícula es lento y más o menos continuo, pero el flujo de bilis vesicular acontece solamente después de la ingesta de alimentos, cuando bajo control neuroendocrino la vesícula evacua hasta el 80 % de su contenido. Desde el punto de vista de la composición de la bilis, el almacenamiento en la vesícula se asocia con reabsorción neta de agua y NaCl y acidificación de la bilis. La absorción de Na + y Cl - se produce por dos intercambiadores acoplados en la membrana apical (Na + /H + y Cl - /HCO3 - ), con salida al intersticio de Cl - por canales de la membrana basolateral y de Na + por la Na, K- ATPasa. En la luz vesicular, el bicarbonato secretado reacciona con H + , formando CO2 (que difunde) y H2O. El agua se reabsorbe tanto por vía transcelular (acuaporinas 1 y 8) como por vía paracelular, gracias al gradiente osmótico creado por la reabsorción de NaCl (Fig. 26). El epitelio vesicular también tiene una capacidad limitada de reabsorber colesterol, ácidos biliares y fosfolípidos, por transportadores similares a los descriptos para los hepatocitos y enterocitos del íleon terminal. Litiasis vesicular La concentración de la bilis en la vesícula torna a este órgano vulnerable al desarrollo de cálculos (litiasis), de los cuales 70 % son de colesterol, con cantidades variables de sales cálcicas y proteínas. En el resto, predominan las sales cálcicas de bilirrubina (cálculos pigmentarios) o bien son cálculos mixtos (colesterol y bilirrubina). Tabla 3: Composición de la bilis Componente Bilis hepática Bilis vesicular pH 7.5 6.0 Agua (%) 95 90 Na + (mmol/L) 141 a 165 220 K + (mmol/L) 2.7 a 6.7 14 Ca 2+ (mmol/L) 1.2 a 3.2 15 Cl - (mmol/L) 77 a 117 31 HCO3 - (mmol/L) 12 a 55 19 Fósforo (g/L) 0.15 1.4 Ácidos biliares (g/L) 3 a 45 32 Colesterol (g/L) 1 a 3.2 6.3 Fosfolípidos (g/L) 1.4 a 8.1 34 Ácidos grasos (g/L) 1.0 a 3.2 24 Bilirrubina (g/L) 1.0 a 2.0 3 Proteína (g/L) 2.0 a 20 4.5 23 La litiasis vesicular tiene una prevalencia de aproximadamente 15 % en la población de Occidente (20 % en mujeres y 10 % en varones). En muchos casos permanece asíntomática, pero en ~ 20 % de los afectados ocasiona cólico biliar o colecistitis. El sexo femenino, el embarazo, los contraceptivos orales que contienen estrógeno y la obesidad son indicadores o factores de riesgo independientes. Si bien puede afectar a cualquier adulto (y niños, con frecuencia mucho menor), la paciente típica se caracteriza en inglés por las “4 F”: Female, Fat, Fertile and in her Forties. En la bilis vesicular, en condiciones normales el colesterol puede permanecer soluble (formando parte de micelas o vesículas) en una concentración de hasta 7.7 g/L (20 mmol/L). El acontecimiento fundamental para la formación de cálculos de colesterol es el exceso de colesterol relativo a las concentraciones de ácidos biliares y fosfolípidos. Tal exceso lleva a la formación de cristales de monohidrato de colesterol. El diagrama de fases de la Fig. 27 presenta diferentes concentraciones relativas de ácidos biliares, colesterol y fosfolípidos. En la región amarilla (A), incluyendo el óvalo rojo, el colesterol es completamente soluble y existe solamente una fase micelar. No obstante, en la subregión con líneas verticales el colesterol es metaestable, lo que significa que puede pasar a tornarse insoluble en ciertas condiciones. En las regiones azul (B) y celeste (C) aparecen cristales de colesterol. En las regiones verdes (D y E) no hay cristales porque la concentración relativa de colesterol es muy baja. Otros factores importantes en el desarrollo de cálculos vesiculares son la excesiva secreción vesicular de mucus y la lentitud del vaciamiento de la vesícula (“vesícula perezosa”). La predilección por el sexo femenino se explica (al menos en gran parte) por dos efectos conocidos de los estrógenos. El primero se refiere a su metabolismo hepático. Los estrógenos tienden a aumentar el tráfico de colesterol hacia el hígado y además estimulan la síntesis hepática de colesterol. El exceso de colesterol es eliminado en la bilis. El segundo es el efecto inhibidor de los estrógenos sobre el vaciamento de la vesícula. Los estrógenos interfieren con el efecto estimulante de la colecistokinina (CCK) sobre el músculo liso de la vesícula. El efecto es mediado por el receptor estrogénico , cuya activación lleva a un desacoplamiento de la vía de señalización intracelular de la CCK sobre el músculo liso de la vesícula. Durante el embarazo, la progesterona puede causar relajación del músculo liso de la vesícula. REGULACIÓN DE LA EYECCIÓN BILIAR La bilis cumple un papel importante en la emulsificación, digestión y absorción de lípidos y vitaminas liposolubles. Si bien existe un bajo flujo de bilis más o menos continuo de manera permanente, normalmente en el período posprandial la eyección de bilis aumenta considerablemente por la evacuación de la vesícula. Como se verá, tanto la evacuación de la vesícula como su llenado están regulados por mecanismos neuroendocrinos (Fig. 28). Evacuación posprandial Como ocurre para la secreción gástrica y pancreática, se reconocen fases cefálica, gástrica e intestinal de la secreción biliar. La fase intestinal es la más importante. El incremento posprandial de ingreso de bilis al duodeno se produce por la contracción de la vesícula biliar y la relajación simultánea del esfínter de Oddi (ver SECRECIONES DIGESTIVAS 3: JUGO PANCREÁTICO). Durante las fases cefálica y gástrica, aumenta la descarga vagal a la vesícula, donde la acetilcolina activa receptores muscarínicos M3 del músculo liso vesicular. Durante la fase 24 gástrica, la liberación de gastrina puede contribuir débilmente. En la fase intestinal, la llegada del quimo gástrico al duodeno, en particular si es rico en grasa, aumenta la secreción de CCK. La CCK produce una potente contracción de la vesícula por efecto directo sobre receptores CCK1 del músculo liso e indirecto porque facilita la liberación de acetilcolina de las neuronas posganglionares parasimpáticas. Al mismo tiempo, el quimo ácido estimula la liberación de secretina, que estimula la secreción de bicarbonato en los colangiocitos grandes de la vía biliar intrahepática. Bajo el efecto combinado de la descarga vagal y la liberación de CCK y secretina, se relaja el esfínter de Oddi y aumenta el flujo de bilis y jugo pancreático hacia el duodeno. Acumulación interprandial En los períodos interdigestivos se produce en el intestino el complejo motor migratorio (CMM), en cuya producción tiene un papel central la motilina. En la fase II del CMM hay un leve incremento de la motilidad vesicular que aumenta la secreción biliar basal. Como el complejo motor migratorio tiene funciones de barrido del contenido intestinal entre los períodos digestivos, se cree que la bilis liberada en esta fase contribuye a la limpiezay preparación para la futura llegada de alimentos al intestino. Fuera de la fase II del CMM, en el periodo interdigestivo la contracción tónica del esfínter de Oddi, que se incrementa fásicamente de manera rítmica, aumenta la resistencia a la salida de bilis por el conducto biliar, de modo que gran parte de la bilis (~ 50 %) circula hacia la vesícula por la menor resistencia del conducto cístico. A este efecto meramente mecánico de facilitación del llenado vesicular se añade un efecto hormonal se le añade un efecto hormonal, descubierto en ratones pero probablemente también operativo en el ser humano. El FGF15 del ratón (ortólogo del FGF19 humano) tiene un efecto relajante del músculo liso vesicular por la activación de receptores (se cree que de tipo FGFR 3) que aumentan el cAMP. Como se explicó antes, luego de su secreción en la etapa posprandial, los ácidos biliares que son activamente reabsorbidos en el íleon terminal estimulan por medio de FXR la secreción de FGF19 (o FGF15 en el ratón), que actúa como una hormona limitante de la síntesis de ácidos biliares. El efecto relajante de FGF15/GF19 eb la vesícula tiene como resultado facilitar el almacenamiento de bilis en dicho órgano, para ser liberada con la siguiente ingesta de alimentos. La vesícula humana contiene receptores para FGF19. Curiosamente, la concentración de FGF19 en la bilis vesicular es 100 veces mayor que su concentración en el plasma de la sangre sistémica. Este dato y la elevada expresión de FGF19 en el tejido vesicular humano sugieren que, además de producirse en el íleon terminal, FGF19 podría actuar como un regulador local (paracrino) del estado contráctil de la vesícula. La función vesicular contribuye a optimizar la digestión y la absorción de grasas. De todos modos, la función de la vesícula no es imprescindible y este órgano debe con frecuencia ser extirpado cuando se inflama (colecistitis). Las personas colecistectomizadas recuperan generalmente una función digestiva prácticamente normal, aunque es prudente que eviten comidas ricas en lípidos.
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