Утворення жовчі

Печінка виділяє приблизно 500–600 мл жовчі на день. Жовч ізоосмотична з плазмою та складається переважно з води, електролітів, солей жовчних кислот, фосфоліпідів (переважно лецитину), холестерину, білірубіну та інших ендогенних або екзогенних компонентів, таких як білки, що регулюють функцію шлунково-кишкового тракту, ліки або їх метаболіти. Білірубін є продуктом розпаду компонентів гему під час розпаду гемоглобіну. Утворення солей жовчних кислот, також відомих як жовчні кислоти, викликає секрецію інших складових жовчі, зокрема натрію та води. Функції солей жовчних кислот включають виведення потенційно токсичних речовин (наприклад, білірубіну, метаболітів ліків), розчинення жирів та жиророзчинних вітамінів у кишечнику для полегшення їх всмоктування та активацію осмотичного очищення кишечника.

Синтез і секреція жовчі вимагають механізмів активного транспорту, а також таких процесів, як ендоцитоз і пасивна дифузія. Жовч утворюється в канальцях між сусідніми гепатоцитами. Секреція жовчних кислот у канальцях є етапом, що лімітує швидкість утворення жовчі. Секреція та всмоктування також відбуваються в жовчних протоках.

У печінці жовч із внутрішньопечінкової збірної системи потрапляє в проксимальний, або загальний, печінковий проток. Приблизно 50% жовчі, що виділяється поза їжею із загальної печінкової протоки, потрапляє в жовчний міхур через міхурову протоку; решта 50% потрапляє безпосередньо в загальну жовчну протоку, утворену злиттям загальної печінкової та міхурової проток. Поза їжею невелика частина жовчі надходить безпосередньо з печінки. Жовчний міхур поглинає до 90% води з жовчі, концентруючи та зберігаючи її.

Жовч потрапляє з жовчного міхура в загальну жовчну протоку. Загальна жовчна протока з'єднується з панкреатичною протокою, утворюючи ампулу Фатера, яка відкривається в дванадцятипалу кишку. Перед з'єднанням з панкреатичною протокою загальна жовчна протока звужується в діаметрі до < 0,6 см. Сфінктер Одді оточує як панкреатичну, так і загальну жовчні протоки; крім того, кожна протока має свій власний сфінктер. Жовч зазвичай не тече ретроградно в панкреатичну протоку. Ці сфінктери дуже чутливі до холецистокініну та інших гормонів кишечника (наприклад, гастрин-активуючого пептиду), а також до змін холінергічного тонусу (наприклад, через антихолінергічні засоби).

Під час стандартного прийому їжі жовчний міхур починає скорочуватися, а сфінктери жовчних проток розслабляються під впливом секретованих кишкових гормонів та холінергічної стимуляції, що сприяє переміщенню приблизно 75% вмісту жовчного міхура у дванадцятипалу кишку. І навпаки, під час голодування тонус сфінктера підвищується, що сприяє наповненню жовчного міхура. Солі жовчних кислот погано всмоктуються шляхом пасивної дифузії в проксимальному відділі тонкої кишки; більшість жовчних кислот досягають дистального відділу клубової кишки, де 90% активно всмоктуються в портальну венозну русло. Повернувшись у печінку, жовчні кислоти ефективно екстрагуються та швидко модифікуються (наприклад, зв'язуються вільні кислоти) та секретуються назад у жовч. Солі жовчних проток циркулюють по ентерогепатичному колу 10-12 разів на день.

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

Анатомія жовчних проток

Жовчні солі, кон'югований білірубін, холестерин, фосфоліпіди, білки, електроліти та вода секретуються гепатоцитами в жовчні канальці. Апарат жовчовиділення включає транспортні білки мембрани канальців, внутрішньоклітинні органели тацитоскелетні структури. Щільні з'єднання між гепатоцитами відокремлюють просвіт канальців від печінкової кровоносної системи.

Каналічна мембрана містить транспортні білки для жовчних кислот, білірубіну, катіонів та аніонів. Мікроворсинки збільшують її площу. Органели представлені апаратом Гольджі та лізосомами. Везикули використовуються для транспортування білків (наприклад, IgA) від синусоїдальної до канальцевої мембрани, а також для доставки транспортних білків, синтезованих у клітині, для холестерину, фосфоліпідів та, можливо, жовчних кислот від мікросом до канальцевої мембрани.

Цитоплазма гепатоцитів навколо канальців містить цитоскелетні структури: мікротрубочки, мікрофіламенти та проміжні філаменти.

Мікротрубочки утворюються шляхом полімеризації тубуліну та утворюють мережу всередині клітини, особливо поблизу базолатеральної мембрани та апарату Гольджі, беручи участь у везикулярному транспорті, опосередкованому рецепторами, секреції ліпідів та за певних умов жовчних кислот. Утворення мікротрубочок пригнічується колхіцином.

Будова мікрофіламентів передбачає взаємодію полімеризованих (F) та вільних (G) актинів. Мікрофіламенти, зосереджені навколо канальцевої мембрани, визначають скоротливість та рухливість каналів. Фалоїдин, який посилює полімеризацію актину, та цитохалазин B, який її послаблює, пригнічують рухливість каналів та викликають холестаз.

Проміжні філаменти складаються з цитокератину та утворюють мережу між плазматичними мембранами, ядром, внутрішньоклітинними органелами та іншими структурами цитоскелета. Розрив проміжних філаментів призводить до порушення процесів внутрішньоклітинного транспорту та облітерації просвіту канальців.

Вода та електроліти впливають на склад канальцевого секрету, проникаючи через щільні контакти між гепатоцитами завдяки осмотичному градієнту між просвітом канальців та просторами Діссе (парацелюлярний потік). Цілісність щільних контактів залежить від наявності білка ZO-1 з молекулярною масою 225 кДа на внутрішній поверхні плазматичної мембрани. Розрив щільних контактів супроводжується потраплянням розчинених більших молекул у канальці, що призводить до втрати осмотичного градієнта та розвитку холестазу. Може спостерігатися регургітація канальцевої жовчі в синусоїди.

Жовчні канальці впадають у протоки, які іноді називають холангіолами або канальцями Герінга. Протоки розташовані переважно в портальних зонах і впадають у міжчасточкові жовчні протоки, які є першими з жовчних проток, що супроводжуються гілками печінкової артерії та ворітної вени та знаходяться в портальних тріадах. Міжчасточкові протоки зливаються, утворюючи септальні протоки, доки не утворюються дві головні печінкові протоки, що виходять з правої та лівої часток в області воріт печінки.

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

Секреція жовчі

Утворення жовчі відбувається за участю низки енергозалежних транспортних процесів. Її секреція відносно незалежна від перфузійного тиску. Загальний потік жовчі у людини становить приблизно 600 мл/добу. Гепатоцити забезпечують секрецію двох фракцій жовчі: залежної від жовчних кислот ("225 мл/добу") та незалежної від них ("225 мл/добу"). Решта 150 мл/добу секретуються клітинами жовчних проток.

Секреція жовчних солей є найважливішим фактором утворення жовчі (фракції, що залежить від жовчних кислот). Вода слідує за осмотично активними жовчними солями. Зміни осмотичної активності можуть регулювати надходження води в жовч. Існує чітка кореляція між секрецією жовчних солей та потоком жовчі.

Існування фракції жовчі, незалежної від жовчних кислот, демонструється можливістю продукування жовчі, яка не містить солей жовчних кислот. Таким чином, продовження відтоку жовчі можливе, незважаючи на відсутність екскреції солей жовчних кислот; секреція води здійснюється за рахунок інших осмотично активних розчинених речовин, таких як глутатіон та бікарбонати.

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

Клітинні механізми секреції жовчі

Гепатоцит — це полярна секреторна епітеліальна клітина з базолатеральними (синусоїдальними та латеральними) та апікальними (трубчастими) мембранами.

Утворення жовчі включає захоплення жовчних кислот та інших органічних і неорганічних іонів, їх транспортування через базолатеральну (синусоїдальну) мембрану, цитоплазму та канальцеву мембрану. Цей процес супроводжується осмотичною фільтрацією води, що міститься в гепатоцитах та парацелюлярному просторі. Ідентифікація та характеристика транспортних білків синусоїдальної та канальцевої мембран є складними. Вивчення секреторного апарату канальців є особливо складним, але наразі розроблено метод отримання подвійних гепатоцитів у короткоживучій культурі, надійність якого доведена в багатьох дослідженнях. Клонування транспортних білків дозволяє охарактеризувати функцію кожного з них окремо.

Процес утворення жовчі залежить від наявності певних білків-переносників у базолатеральній та канальцевій мембранах. Рушійною силою секреції є Na ⁺, K ⁺ -АТФаза базолатеральної мембрани, що забезпечує хімічний градієнт та різницю потенціалів між гепатоцитом та навколишнім простором. Na ⁺, K ⁺ -АТФаза обмінює три внутрішньоклітинні іони натрію на два позаклітинні іони калію, підтримуючи градієнт концентрації натрію (високий зовні, низький всередині) та калію (низький зовні, високий всередині). В результаті вміст клітини має негативний заряд (–35 мВ) порівняно з позаклітинним простором, що сприяє поглинанню позитивно заряджених іонів та виведенню негативно заряджених іонів. Na ⁺, K ⁺ -АТФаза не міститься в канальцевій мембрані. Плинність мембрани може впливати на активність ферментів.

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

Захоплення на поверхні синусоїдальної мембрани

Базолатеральна (синусоїдальна) мембрана має кілька транспортних систем для поглинання органічних аніонів, які мають перекриваючуся субстратну специфічність. Транспортні білки були раніше охарактеризовані в дослідженнях на клітинах тварин. Нещодавнє клонування транспортних білків людини забезпечило краще розуміння їхньої функції. Білок, що транспортує органічні аніони (OATP), не залежить від натрію та транспортує ряд молекул, включаючи жовчні кислоти, бромсульфалеїн та, ймовірно, білірубін. Вважається, що інші транспортери також транспортують білірубін у гепатоцит. Жовчні кислоти, кон'юговані з таурином (або гліцином), транспортуються котранспортним білком натрію/жовчних кислот (NTCP).

^{Білок, який обмінює Na+} /H ⁺ та регулює pH всередині клітини, бере участь у перенесенні іонів через базолатеральну мембрану. Цю функцію також виконує білок котранспорту для Na ⁺ /HCO3– _.^{Захоплення} сульфатів, неестерифікованих жирних кислот та органічних катіонів також відбувається на поверхні базолатеральної мембрани.

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

Внутрішньоклітинний транспорт

Транспорт жовчних кислот у гепатоцитах здійснюється цитозольними білками, серед яких головна роль належить 3α-гідроксистероїддегідрогеназі. Менше значення мають глутатіон-S-трансфераза та білки, що зв'язують жирні кислоти. У транспорті жовчних кислот беруть участь ендоплазматичний ретикулум та апарат Гольджі. Везикулярний транспорт, очевидно, активується лише при значному надходженні жовчних кислот у клітину (у концентраціях, що перевищують фізіологічні).

Транспорт рідкофазних білків та лігандів, таких як IgA та ліпопротеїни низької щільності, здійснюється шляхом везикулярного трансцитозу. Час перенесення від базолатеральної до канальцевої мембрани становить близько 10 хвилин. Цей механізм відповідає лише за невелику частину загального потоку жовчі та залежить від стану мікротрубочок.

Канальцева секреція

Каналічна мембрана — це спеціалізована ділянка плазматичної мембрани гепатоцитів, що містить транспортні білки (переважно АТФ-залежні), відповідальні за транспортування молекул у жовч проти градієнта концентрації. Каналічна мембрана також містить такі ферменти, як лужна фосфатаза та ГГТП. Глюкуроніди та глутатіон-S-кон'югати (наприклад, білірубін диглюкуронід) транспортуються канальцевим мультиспецифічним транспортером органічних аніонів (cMOAT), а жовчні кислоти транспортуються канальцевим транспортером жовчних кислот (cBAT), функція якого частково контролюється негативним внутрішньоклітинним потенціалом. Потік жовчі, незалежно від жовчних кислот, очевидно, визначається транспортом глутатіону, а також канальцевою секрецією бікарбонату, можливо, за участю ^{білка обмінуCl⁻} / _HCO3⁻.

Два ферменти родини P-глікопротеїнів відіграють важливу роль у транспорті речовин через канальцеву мембрану; обидва ферменти є АТФ-залежними. Білок множинної лікарської стійкості 1 (MDR1) транспортує органічні катіони, а також видаляє цитостатичні препарати з ракових клітин, що зумовлює їхню стійкість до хіміотерапії (звідси й назва білка). Ендогенний субстрат MDR1 невідомий. MDR3 транспортує фосфоліпіди та діє як фліпаза для фосфатидилхоліну. Функція MDR3 та його значення для секреції фосфоліпідів у жовч були з'ясовані в експериментах на мишах, яким бракувало mdr2-P-глікопротеїну (аналогу людського MDR3). За відсутності фосфоліпідів у жовчі жовчні кислоти викликають пошкодження біліарного епітелію, дуктуліт та перидуктулярний фіброз.

Вода та неорганічні іони (особливо натрій) виділяються в жовчні капіляри вздовж осмотичного градієнта шляхом дифузії через негативно заряджені напівпроникні щільні контакти.

Секреція жовчі регулюється багатьма гормонами та вторинними месенджерами, включаючи цАМФ та протеїнкіназу С. Підвищена внутрішньоклітинна концентрація кальцію пригнічує секрецію жовчі. Проходження жовчі через канальці відбувається завдяки мікрофіламентам, які забезпечують рухливість та скорочення канальців.

Протокова секреція

Епітеліальні клітини дистальних відділів проток виробляють секрет, багатий на бікарбонат, який змінює склад канальцевої жовчі (так званий протоковий потік). Під час секреції виробляються цАМФ та деякі мембранні транспортні білки, включаючи білок обміну Cl–/HCO3– ^та регулятор трансмембранної провідності^{при муковісцидозі}_– мембранний канал для Cl–, ^{що регулюється} цАМФ. Протокова секреція стимулюється секретином.

Вважається, що урсодезоксихолева кислота активно поглинається клітинами протоків, обмінюється на бікарбонати, рециркулює в печінці та згодом знову виводиться з жовчю («холегепатичний шунт»). Це може пояснити жовчогінний ефект урсодезоксихолевої кислоти, що супроводжується високою біліарною секрецією бікарбонатів при експериментальному цирозі.

Тиск у жовчних протоках, при якому відбувається виділення жовчі, зазвичай становить 15-25 см H2O. Збільшення тиску до 35 см H2O призводить до пригнічення виділення жовчі та розвитку жовтяниці. Виділення білірубіну та жовчних кислот може повністю припинитися, а жовч стає безбарвною (біла жовч) і нагадує слизову рідину.

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