función hepatobiliar
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Sebastián Lavanderos B. 2do. Medicina UDP
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FUNCIÓN HEPATOBILIAR
VISIÓN GENERAL DE LA FISIOLOGÍA HEPÁTICA Después de la piel, el hígado y el cerebro son los
órganos más grandes del cuerpo humano. El hígado
pesa entre 1200 y 1500 g, lo que es de un 2 a un 5% del
peso corporal de un adulto y de un ~4 a un 5% de un
recién nacido. El hígado se encuentra en una posición
estratégica del sistema circulatorio, porque recibe la
sangre portal, que drena el estómago, intestino
delgado, intestino grueso, páncreas y bazo. De esta
manera, el hígado tiene una función fundamental en
manejar los nutrientes asimilados por el intestino
delgado. Sin embargo, las funciones del hígado son
mucho más diversas, sirve como fábrica de químicos,
sistema excretor, glándula exocrina y endocrina.
EL HÍGADO BIOTRANSFORMA Y DEGRADA SUSTANCIAS
TOMADAS DE LA SANGRE Y LAS DEVUELVE A ÉSTA O LAS
EXCRETA HACIA LA BILIS
Entre las funciones principales del hígado
encontramos metabolizar, detoxificar e inactivar
tanto compuestos endógenos (esteroides y otras
hormonas) como exógenos (drogas y toxinas).
Además, gracias a su gran capacidad vascular y
abundancia de fagocitos (células de Kupffer), el
hígado le provee a la circulación un importante
mecanismo de filtración, removiendo materia
particulada, incluyendo bacterias, endotoxinas,
parásitos y RBCs viejos.
Asimismo, el hígado tiene la capacidad de convertir
importantes hormonas y vitaminas a formas más
activas. Ejemplos como la vitamina D y la
transformación de T4 a T3 son importantes de
mencionar. Igualmente, enzimas hepáticas procesan
químicos lipofílicos para hacerlos más solubles y de
esta forma poder excretarlos en la bilis.
La Bilis es un complejo producto de secreción
producido por el hígado. La secreción biliar tiene 2
funciones principales:
1. Eliminar productos de desecho endógenos
y exógenos como la bilirrubina y colesterol.
2. Promover la digestión y absorción intestinal
de lípidos.
La composición de la bilis es modificada
significativamente gracias a las propiedades
secretoras y absortivas de las células epiteliales de los
ductos biliares intra y extrahepáticos. Además, los
solutos biliares se concentran más cuando son
almacenados en la vesícula biliar.
EL HÍGADO ALMACENA CARBOHIDRATOS, LÍPIDOS,
VITAMINAS Y MINERALES; Y SINTETIZA CARBOHIDRATOS,
PROTEÍNAS Y METABOLITOS INTERMEDIARIOS
Los productos de la comida digerida, incluyendo a los
carbohidratos, péptidos, vitaminas y algunos lípidos
son ávidamente extraídos de la sangre portal por el
hígado. Estos sustratos pueden ser entonces
almacenados en los hepatocitos o liberados a la
circulación sistémica, ya sea libres o unidos a una
molécula transportadora, esto de acuerdo a las
necesidades metabólicas del cuerpo.
El hígado también sintetiza –muy reguladamente-
muchas sustancias esenciales para las demandas
metabólicas del cuerpo. Estas incluyen a la albúmina
y otras proteínas plasmáticas, glucosa, colesterol,
ácidos grasos para la síntesis de triglicéridos y
fosfolípidos. El hígado debe también proveer
sustratos como combustibles para otros órganos, en
especial en estado de ayuno. Por ejemplo, el hígado
produce los cuerpos cetónicos, que pueden ser
usados por el SNC en periodos de ayuno haciendo
que consuma menos glucosa que no abunda en este
periodo. Entonces, el hígado tiene un rol importante
y único en el metabolismo energético de todos los
órganos.
ANATOMÍA FUNCIONAL DEL HÍGADO Y DEL
ÁRBOL BILIAR
LOS HEPATOCITOS SON CÉLULAS EPITELIALES
SECRETORAS QUE SEPARAN EL LUMEN DE LOS
CANALÍCULOS BILIARES DEL ENDOTELIO FENESTRADO DE
LOS SINUSOIDES VASCULARES
Una forma de ver la organización del hígado es
imaginarnos un lóbulo clásico como un hexágono en
sección transversal, con una rama de la vena hepática
al centro y a cada uno de sus 6 vértices triadas
compuestas de ramas de la aá hepática, vv portal y
ducto biliar. Los hepatocitos son el ~80% del volumen
del parénquima de un hígado humano. Estos forman
un epitelio, de una célula de espesor, que constituye
una barrera funcional entre 2 compartimentos llenos
de fluido con composiciones iónicas diferentes: el
pequeño lumen canalicular que contiene a la bilis, y
el mucho más grande sinusoide, que contiene
sangre. Los hepatocitos cambian la composición de
estos fluidos mediante el transporte vectorial de
solutos a través del hepatocito. Este transporte
vectorial depende de la distribución polarizada de
transportadores específicos, tanto en la membrana
apical que da al lumen canalicular, y la membrana
basolateral, que da al espacio pericelular entre
hepatocitos y al sinusoide lleno de sangre.
El espacio de Dissé, o espacio perisinusoidal, es el
agujero extracelular entre las células endoteliales que
conforman los sinusoides y las membranas
basolaterales de los hepatocitos, que poseen
microvellosidades que se proyectan al espacio de
Dissé para facilitar el contacto con los solutos en la
sangre sinusoidal. Estas microvellosidades aumentan
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marcadamente la membrana basolateral, que cuenta
por el ~85% del área total de superficie del
hepatocito.
Los canalículos biliares, que son hacia donde se
secreta la bilis inicialmente, se forman por las
membranas apicales de hepatocitos contiguos, que
tienen forma de hendidura, que al superponerse
forman un canalículo de ~1 µm de diámetro. Aunque
este canalículo es muy estrecho, su gran cantidad de
microvellosidades amplifica su área de superficie, de
manera que la membrana canalicular constituye
hasta el 15% de la superficie total de la membrana.
Gracias a esta alta relación superficie-volumen, la
superficie apical total disponible para el movimiento
de agua y solutos en el hígado humano es de 10,5 m2.
La unión entre las membranas apicales de 2
hepatocitos yuxtapuestos, y que separa el lumen
canalicular del espacio pericelular –que es contiguo al
espacio de Dissé- compromete varios elementos,
como tight junctions y desmosomas. Estas uniones
pueden ser clasificadas como de tensión intermedia.
La presencia de Gap Junctions permite la comu-
nicación funcional entre hepatocitos adyacentes.
Los hepatocitos no tienen una membrana basal real,
descansan en un andamiaje complejo provisto por la
matriz extracelular en el espacio de Dissé, que tiene
colágeno, fibronectina, undulina, laminina y
proteoglicanos. Las células se unen a la matriz
mediante proteínas especiales. Esta matriz no sólo
provee soporte estructural, sino también influencia y
mantiene la expresión fenotípica de los hepatocitos y
las células sinusoidales.
EL HÍGADO TIENE CÉLULAS ENDOTELIALES,
MACRÓFAGOS Y CÉLULAS ESTRELLADAS EN LOS
ESPACIOS SINUSOIDALES
Poco más del 6% del volumen del parénquima
hepático son células distintas a los hepatocitos,
incluyendo células endoteliales (2,8%), células de
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Kupffer (2,1%) y células estrelladas (que guardan
grasa o de Ito, 1,4%). Las células endoteliales que
limitan los sinusoides forman una estructura
fenestrada. Los solutos plasmáticos, pero no los
RBCs pueden moverse libremente hacia el espacio de
Dissé. Hay evidencia que indica que las
fenestraciones regulan la entrada de solutos al
espacio de Dissé al contraerse.
Las células de Kupffer se encuentran en el espacio
sinusoidal. Estas remueven material particulado de la
circulación. Las células estrelladas se encuentran en
el espacio de Dissé, y se caracterizan por tener
grandes gotas de grasa en su citoplasma. Estas
células son importantes en el almacenamiento de la
vitamina A, y hay evidencia que sugiere que se
pueden transformar en miofibroblastos. En daño
hepático, estas células se activan y participan en la
fibrogénesis, a través del remodelamiento de la
matriz extracelular y deposición de colágeno,
produciendo cirrosis.
EL HÍGADO TIENE IRRIGACIÓN DUAL, PERO DRENAJE
SIMPLE
La irrigación hepática proviene de 2 fuentes. Un ~75%
proviene de la vena porta, y la aá hepática contribuye
con el ~25% restante. La sangre de las vénulas porta y
arteriolas hepáticas se combina en una red compleja
de sinusoides hepáticos. Estos convergen en venas
centrales terminales, que, a su vez, se unen para
formar la vena hepática. Ramas de la vv portal, aá
hepática y un ducto biliar (una triada), así como
linfáticos y nervios, viajan juntos como un tracto
portal.
El suministro arterial para los ductos biliares viene
principalmente de la aá hepática derecha. Sus
arteriolas forman un plexo muy rico en capilares que
rodea los ductos biliares mientras pasan por los
tractos portales. La sangre que fluye a través de este
plexo peribiliar se vacía en los sinusoides por ramas
de la vv portal así que esta sangre recoge solutos de
los ductos biliares y los manda de nuevo al
hepatocito. De esta manera, el plexo peribiliar provee
los medios para modificar la secreción biliar mediante
el intercambio bidireccional de compuestos como
proteínas, iones inorgánicos y ácidos biliares entre la
bilis y sangre en el tracto portal.
LOS HEPATOCITOS SE PUEDEN ORDENAR COMO
LÓBULOS HEPÁTICOS CLÁSICOS, LÓBULOS PORTALES O
UNIDADES ACINARES
La compleja estructura hepática hace difícil definir
una unidad funcional simple capaz de desarrollar por
sí sola la función hepática. Por esto existen varias
formas de organizar el hígado. Una es en el lóbulo
hepático clásico, que pone a la vv central como el
núcleo de éste, y considera a todos los hepatocitos
drenados por una sola vv central, y se encuentra
rodeado de dos o más triadas portales. También
podemos ver al hígado como lóbulos portales, en
donde el núcleo pasa a ser la triada, e incluye a todos
los hepatocitos drenados por un ductillo biliar
singular y se encuentra rodeado por dos o más vvs
centrales. Una tercera forma de ver el hígado es
agrupar a los hepatocitos de acuerdo a su suministro
de sangre arterial en acinos portales. Estos son
masas pequeñas y tridimensionales de hepatocitos
que son irregulares en tamaño y forma, y se
encuentran entre un eje formado por una línea entre
dos triadas y otro eje formado por una línea entre
dos vvs centrales.
LOS HEPATOCITOS PERIPORTALES SE ESPECIALIZAN EN
METABOLISMO OXIDATIVO, MIENTRAS QUE LOS
PERICENTRALES DETOXIFICAN DROGAS
Se ha propuesto una relación que establece zonas de
irrigación de acuerdo a la oxigenación de la sangre
que llega a las células que constituyen un acino
portal. Los hepatocitos cerca del núcleo vascular
formado por la vv portal y aá hepática son irrigados
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primero, por lo que reciben las concentraciones más
altas de sangre y solutos. Estos hepatocitos
periportales son los que residen en la zona I, y
gracias a esto son más resistentes a deficiencias
circulatorias o nutricionales. También son más
resistentes a daño celular y son los primeros en
regenerarse. Los hepatocitos en la zona II intermedia
y los de la zona más distal o pericentral, cerca de la
vv hepática terminal (vv central) en la zona III son
perfundidos secuencialmente con la sangre que fue
modificada por los hepatocitos anteriores. De esta
manera, se exponen a concentraciones cada vez más
bajas de nutrientes y oxígeno. Es difícil determinar los
límites de estas zonas.
Hay enzimas que se expresan diferencialmente en
estas zonas. En la zona I, son importantes el
metabolismo oxidativo con β-oxidación, el
metabolismo de aminoácidos, la ureagénesis,
gluconeogénesis, síntesis de colesterol y formación
de bilis. En la zona III el panorama cambia y adquiere
importancia la síntesis de glicógeno a partir de
glucosa, glicólisis, liponeogénesis, cetogénesis,
metabolismo xenobiótico y la formación de
glutamina, además de los mecanismos de
detoxificación general y la biotransformación de
drogas. Y, aunque parece que cada hepatocito es
potencialmente capaz de realizar todas las funciones
metabólicas, la actividad enzimática predominante
está dada por la adaptación al microambiente que
determina la microcirculación hepática.
LA BILIS DRENA DESDE SU SITIO DE SECRECIÓN EN EL
CANALÍCULO HACIA PEQUEÑOS DUCTOS TERMINALES,
LUEGO HACIA DUCTOS CADA VEZ MÁS GRANDES DEL
ÁRBOL BILIAR, Y EVENTUALMENTE AL DUODENO, A
TRAVÉS DE UN GRAN DUCTO BILIAR COMÚN
Un hígado adulto humano normal tiene más de 2 km
de ductillos y ductos biliares, con un volumen de
~20cm3 y una superficie de ~400 cm2.
Microvellosidades en su superficie apical aumentan
esta área unas ~5,5 veces.
Ya vimos que los canalículos hacia los cuales se
secreta la bilis forman una red en 3D de tubos entre
los hepatocitos, con muchas interconexiones
anastomóticas. De aquí, la bilis entra a los ductillos (o
canales de Hering), estos drenan a un sistema de
ductos perilobulares, que, a su vez, vacían su
contenido en ductos biliares interlobulares. Estos
últimos forman una red anastomótica que rodea de
cerca a las ramas de la vv portal, y son rodeados por
un epitelio cúbico o columnar que tiene
microvellosidades en su superficie luminal. Estas
células tienen un aparato de Golgi muy desarrollado,
y numerosas vesículas, que probablemente
participan en el intercambio de sustancias entre el
citoplasma, bilis y plasma sanguíneo a través de
endocitosis y exocitosis.
Los ductos biliares interlobulares van formando
ductos cada vez más grandes, primero los ductos
septales y luego los ductos lobares, después dos
ductos hepáticos que se van a unir formando un
ducto hepático común. A lo largo del árbol biliar, las
células epiteliales biliares o colangiocitos, son
similares en su estructura, excepto por su tamaño y
altura, además de sus transportadores y receptores.
Se enfatiza sobre sus propiedades absortivas y
secretoras, que contribuyen de manera significativa
al proceso de formación de la bilis.
El ducto hepático común emerge del porta hepatis,
luego de la unión de los ductos hepáticos derecho e
izquierdo. Se une al ducto cístico que sale de la
vesícula biliar para formar el conducto biliar común.
En adultos, este mide ~7 cm de longitud, y ~0,5 a
1,5cm de diámetro. En la mayoría de las personas, el
conducto biliar común y el conducto pancreático se
unen formando un antro común conocido como la
ampolla de Váter, en el lugar donde se une a la pared
duodenal, este canal común es rodeado por capas
circulares y longitudinales de músculo liso, el llamado
esfínter de Oddi, que contrae el lumen del conducto
biliar y por tanto regula el flujo de bilis hacia el
duodeno.
LA VESÍCULA BILIAR CONCENTRA Y ALMACENA LA BILIS,
Y PUEDE ENVIAR ÁCIDO BILIAR EN ALTA
CONCENTRACIÓN, DE MANERA CONTROLADA, HACIA EL
DUODENO, PARA SOLUBILIZAR LOS LÍPIDOS DE LA DIETA
La vesícula biliar se ubica en una fosa bajo el lóbulo
derecho del hígado. Esta estructura distensible con
forma de pera tiene una capacidad de 30 a 50 mL en
adultos. Su superficie absortiva se ve aumentada por
numerosos dobleces prominentes que son
importantes en la actividad concentradora de la bilis.
La vesícula biliar se encuentra conectada en su cuello
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al conducto cístico, que drena al conducto biliar
común. El conducto cístico continúa con la estructura
histológica de la vesícula biliar, consistente en
epitelio columnar de superficie, lámina propia,
muscular y serosa de la vesícula biliar. En vez de tener
un esfínter, tiene en su cuello una válvula espiral (de
Heister), formada por la membrana mucosa que
regula el flujo hacia y desde la vesícula biliar.
ABSORCIÓN, PROCESAMIENTO Y SECRECIÓN DE
COMPUESTOS POR LOS HEPATOCITOS El hígado metaboliza una gran cantidad de
compuestos traídos por la circulación portal y
sistémica, tanto endógenos como exógenos, que son
manejados en 4 pasos: (1) El hepatocito importa el
compuesto desde la sangre a través de la membrana
basolateral (o sinusoidal), luego, (2) el hepatocito
transporta el material en la célula y puede
(3) degradarlo o modificarlo químicamente para
luego (4) excretarlo a la bilis a través de su
membrana apical (o canalicular). De esta manera,
decimos que los compuestos son secretados de
manera vectorial a través del hepatocito.
UNA BOMBA NA-K EN LA MEMBRANA BASOLATERAL DEL
HEPATOCITO PROVEE LA ENERGÍA PARA TRANSPORTAR
SOLUTOS A TRAVÉS DE CANALES Y TRANSPORTADORES
La bomba Na-K de la membrana basolateral mantiene
una baja [Na+]i y alta [K+]i. Una bomba ATP
dependiente de Ca+2 basolateral mantiene una [Ca+2]i
extremadamente baja. El hepatocito usa el gradiente
de Na+ hacia dentro como combustible para muchos
transportadores activos, como el intercambiador Na-
H, el cotransportador Na/HCO3 y los transportadores
de aminoácidos impulsados por Na+. Este gradiente
también se usa para un transportador de ácido biliar,
pero esto se discutirá después. El hepatocito ingresa
glucosa a través del mecanismo GLUT2 de difusión
facilitada, insensible a insulina.
La membrana basolateral tiene un Vm de -30 a -40 mV,
dotada de canales para K+ y Cl-. La conductancia
basolateral al K+ ayuda a mantener un Vm negativo.
LOS HEPATOCITOS INCORPORAN ÁCIDOS BILIARES,
OTROS ANIONES ORGÁNICOS Y CATIONES ORGÁNICOS A
TRAVÉS DE SUS MEMBRANAS BASOLATERALES
ÁCIDOS Y SALES BILIARES
Los ácidos biliares principales son el ácido cólico y el
ácido quenodesoxicólico, ambos sintetizados por el
hepatocito. Otros ácidos biliares “secundarios” se
forman en el intestino cuando bacterias dehidroxilan
a los primarios. La mayoría de las moléculas de ácido
biliar son neutras, por lo que son ácidos biliares
(H·BA) y por tanto poco solubles en agua. Algunas de
estas moléculas se deprotonan y convierten en sales
biliares (BA-). El hígado puede conjugar los ácidos
biliares primarios a glicina o taurina (Z), así como a
sulfato o gluconorato (Y). La mayoría de los ácidos
biliares secretados por el hígado en la bilis se
encuentran conjugados, estos tienen carga negativa
y también son sales biliares. Las sales biliares son
mucho más solubles en agua que los ácidos biliares
correspondientes.
El intestino delgado absorbe algunos ácidos y sales
biliares, por lo que aparecen en el plasma sanguíneo,
en su mayoría unidos a albúmina, y se presentan al
hepatocito para ser re absorbidos. Esto es un
ejemplo de circulación enterohepática. Antes de la
absorción, se disocian de la albúmina.
La absorción de ácidos biliares es mediada por un
transportador asociado a Na+ conocido como
polipéptido cotransportador de Na-tauroclorato o
NTCP. Este puede transportar ácidos biliares sin
conjugar, pero tiene una afinidad mayor por los
conjugados. Además, puede transportar otras cosas,
como esteroides, oligopéptidos cíclicos o drogas. Su
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actividad es baja en los fetos y neonatos, y aumenta
con el desarrollo.
El 50% de los ácidos biliares sin conjugar puede entrar
al hepatocito por difusión pasiva no iónica, ya que los
ácidos biliares sin conjugar son ácidos débiles de la
forma:
La forma neutra H·BA puede difundir hacia la célula.
La conjugación de los ácidos los hace más
hidrosolubles, y promueve la disociación del protón
de su cadena lateral. Ambas cosas hacen que el ácido
biliar sea menos capaz de atravesar las membranas a
través de difusión pasiva no iónica.
ANIONES ORGÁNICOS
Los polipéptidos transportadores de aniones
orgánicos o OATPs, son un grupo de transportadores
de membrana que transportan solutos anfipáticos,
incluyendo sales biliares, tinturas orgánicas,
conjugados de esteroide, hormona tiroidea,
oligopéptidos aniónicos, drogas, toxinas y otros
xenobióticos. Parece ser impulsado por el gradiente
de Cl- o por glutatión.
Entonces, la absorción basolateral de ácidos biliares
al hepatocito es un proceso complejo que involucra
tanto un transportador dependiente de Na+ (NTCP)
como uno independiente de él (OTCP), así como la
difusión no iónica de ácidos biliares sin conjugar.
BILIRRUBINA
Los eritrocitos viejos son tomados por macrófagos
del sistema reticuloendotelial, donde la degradación
de la hemoglobina lleva a la liberación de bilirrubina a
la sangre. El cómo entra la bilirrubina no conjugada al
hepatocito es algo que permanece controversial. La
bilirrubina puede salir de la circulación y entrar a las
células no hepáticas por difusión, produciendo
ictericia, sin embargo, se ha observado en
experimentos con ratas que los hepatocitos
incorporan más rápido bilirrubina unida a albúmina
que bilirrubina libre, lo que nos indica que existe un
proceso de difusión mediado por un transportador.
Han sido propuestos mecanismos electroneutros,
electrogénicos y dependientes de Cl-. También se
piensa que puede haber unos OATPs involucrados en
el proceso, pero no se ha identificado bien.
CATIONES ORGÁNICOS
Las aminas aromáticas y alifáticas son los cationes
orgánicos principales que transporta el hígado. Estas
incluyen drogas importantes como colinérgicos,
anestésicos locales y antibióticos, así como solutos
endógenos como la colina, tiamina y nicotinamida. La
membrana basolateral del hepatocito contiene los
transportadores de cationes orgánicos OCT1 y OCT2,
que median la difusión facilitada electrogénica de
estos. Este transporte es independiente de Na+ y
reversible de dirección.
COMPUESTOS ORGÁNICOS NEUTROS
Son incorporadas por un mecanismo independiente
de Na+ pero dependiente de energía, aunque no se
sabe cuál. La más conocida es la ouabaína. Algunos
de estos compuestos son transportados por OATP8.
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EL MOVIMIENTO DE SUSTANCIAS DENTRO DEL
HEPATOCITO OCURRE A TRAVÉS DE VESÍCULAS O CON
AYUDA DE PROTEÍNAS DE UNIÓN
SALES BILIARES
Son transportadas en la célula unidas a 3 proteínas,
que son la dihidrodiol deshidrogenasa, glutatión S-
transferasa B y la proteína de unión a ácidos grasos.
Las sales biliares libres también podrían atravesar el
hepatocito por difusión rápida.
A altas concentraciones sinusoidales puede darse
también que los ácidos biliares hidrofóbicos se
incrusten en las membranas de vesículas
intracelulares. Esto podría causar una orientación de
las vesículas hacia la membrana canalicular, esto es
transporte vesicular
BILIRRUBINA
Después de ser incorporada por la membrana
basolateral se transporta al RE donde se conjuga con
ácido gluconórico. El resultante es altamente
hidrofóbico, y antes se creía que su transporte
intracelular era mediado por proteínas como la
glutatión transferasa B. Últimamente se ha
observado que se transporta espontáneamente
entre vesículas de fosfolípido, por lo que
investigadores han sugerido un mecanismo directo
membrana a membrana como el principal. Esto se ve
influenciado por una razón colesterol/fosfolípido alta,
por lo que el gradiente de colesterol desde la
membrana basolateral hacia la membrana del RE
podría dirigir el flujo de la bilirrubina al RE.
EN LA FASE I DE LA BIOTRANSFORMACIÓN DE ANIONES
ORGÁNICOS Y OTROS COMPUESTOS LOS HEPATOCITOS
USAN PRINCIPALMENTE ENZIMAS DEL CITOCROMO P-450
El hígado metaboliza y detoxifica muchos
compuestos endógenos y exógenos. Algunos son
tomados por los hepatocitos y degradados
completamente en los lisosomas. Para esto existen
transportadores lisosomales específicos para la
absorción lisosomal de ácido siálico, cisteína y
vitamina B12. Las hidrolasas ácidas lisosomales
rompen sulfatos, ácidos grasos y mitades de azúcares
de moléculas más grandes.
Los hepatocitos manejan otros compuestos a través
de mecanismos de biotransformación que ocurren
usualmente en 2 fases. En la fase I ocurren reacciones
de oxidación y reducción, catalizadas en su mayoría
por citocromos P-450. Estas reacciones incluyen
hidroxilación, dealquilación y dehalogenación, entre
otras, pero en todas se repite que se agrega un
oxígeno al sustrato. Esto hace el sustrato más polar, y
lo enlista para modificaciones posteriores en
reacciones de fase II. Por ejemplo, cuando la reacción
de fase I crea un grupo OH, la reacción de fase II
puede aumentar la hidrosolubilidad de ROH
conjugándolo a algo que sea muy hidrofílico, como el
gluconorato, sulfato o glutatión:
→
→
Finalmente, el compuesto conjugado es secretado a
la sangre o bilis.
Las enzimas principales involucradas en las
reacciones de fase I son los citocromos P-450. Se
llaman así porque absorben luz a 450 nm cuando
están unidos a CO, y se encuentran principalmente en
el RE y catalizan típicamente reacciones de
hidroxilación.
Las oxidasas P-450 se encuentran en 2 conjuntos de
órganos: los que sintetizan hormonas esteroideas
(corteza adrenal, testículos, ovarios y placenta) en
donde se ubican tanto en el RE como en las
mitocondrias y en el hígado, en donde se ubican sólo
en el RE y catalizan reacciones de hidroxilación. Estas
incluyen el metabolismo de drogas y carcinógenos
químicos, la síntesis de ácido biliar y la activación e
inactivación de vitaminas. Estas mismas reacciones
también ocurren en los intestinos y pulmones, entre
otros tejidos.
En general, los procesos de fase I agregan o exponen
un grupo funcional, OH en el caso de las P-450, que
hace a la molécula reactiva a las reacciones de fase II.
EN LA FASE II DE LA BIOTRANSFORMACIÓN, LOS
HEPATOCITOS CONJUGAN LOS PRODUCTOS DE LA FASE I
PARA HACERLOS MÁS SOLUBLES Y PODER EXCRETARLOS A
LA SANGRE O BILIS
En la fase II el hepatocito conjuga los metabolitos
generados en la fase I para producir compuestos más
hidrofílicos, como gluconóridos, sulfatos y ácidos
mercaptúricos. Estos productos de fase II están listos
para ser secretados a la sangre o bilis. Estas
reacciones se consideran el paso clave en la
detoxificación.
Los hepatocitos usan 3 reacciones principales de
conjugación:
1. Conjugación a gluconorato. Es realizada por
las uridina difosfato gluconorosil transferasas
(UGTs), que residen en el REL del hígado, y se
pueden dividir en 2 familias de acuerdo a su
especificidad de sustratos. Las de la familia 1
catalizan la conjugación de ácido gluconórico
con fenoles o bilirrubina. Las de la familia 2
catalizan la glucoronidación de esteroides o
ácidos biliares. Como las UGTs de la familia 1
son esenciales para conjugar bilirrubina, su
ausencia congénita da como resultado ictericia
desde el nacimiento y una encefalopatía por
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bilirrubina, como se ve en pacientes con el
síndrome de Crigler-Najjar tipo I.
2. Conjugación a sulfato. Sulfotransferasas,
ubicadas en el citosol más que en el REL,
catalizan la sulfatación de esteroides,
catecoles y compuestos extraños como
alcohol y metabolitos de hidrocarbonos
carcinógenos. Su ubicación celular distinta con
las UGTs sugiere que actúan
cooperativamente más que competitiva-
mente. En general, los sulfatos no son tóxicos
y son eliminados rápidamente, con la
excepción de algunos ésteres de sulfato de
algunos carcinógenos.
3. Conjugación a glutatión. Los hepatocitos
también conjugan compuestos a glutatión
reducido (GSH) para excretarlos y luego
procesarlos en los ductos biliares o riñones.
Las enzimas glutatión-S-transferasas, que son
principalmente citosólicas, catalizan la
conjugación de ciertos sustratos como
metabolitos electrofílicos, compuestos lipo-
fílicos, productos de la peroxidación de lípidos
y hálidos de alquil y aril a la cisteína en la mitad
del GSH. En algunos casos, los conjugados son
luego secretados a la bilis y modificados en la
célula epitelial del ducto biliar por una -
glutamil transpeptidasa removiendo el residuo
de glutamil. El destino de los conjugados a S-
glutatión se desconoce en su mayoría. Algunos
se van a la circulación enterohepática, otros se
secretan al plasma y son filtrados por los
riñones, donde una -glutamil trans-peptidasa
remueve el residuo de glutamil en el túbulo
contorneado proximal y luego una dipeptidasa
le remueve un residuo de glicina dejándolo
como un conjugado a S-cisteína, que es luego
secretado en la orina o acetilado en el riñón o
hígado para formar un derivado de ácido
mercaptúrico que es luego secretado en la
orina.
OTRAS CONJUGACIONES
Otras formas de conjugación inculyen la metilación
(catecoles, aminas y tioles), acetilación (aminas e
hidracinas) y conjugación con aminoácidos (ácidos
biliares) como la taurina, glicina o glutamina.
INTERACCIONES DE XENOBIÓTICOS CON LOS RECEPTORES
NUCLEARES SXR Y CAR CONTROLAN LAS REACCIONES
DE FASE I Y FASE II
El receptor de esteroides y xenobióticos (SXR) es un
receptor nuclear que se expresa en el hígado e
intestino. Una mezcla de sustancias se unen a este
factor de transcripción relativamente “promiscuo”
que entonces se une a elementos de respuesta en el
ADN y altera la expresión de varias enzimas que
metabolizan drogas así como transportadores que
excretan metabolitos de drogas. Entonces, el SXR
sirve como un regulador maestro del metabolismo de
xenobióticos. Este receptor upregula enzimas del
citocromo P-450 de la fase I, que metabolizan más
del 50% de las drogas en humanos, así como la
glutatión-S-transferasa de fase II. También upregula
el transportador MDR1 (de resistencia a múltiples
drogas 1).
Otro receptor nuclear, el receptor constitutivo de
androstano (CAR) es también un importante
regulador del metabolismo de drogas. El CAR regula
todos los componentes del metabolismo de la
bilirrubina, incluyendo la absorción (posiblemente vía
OATP), conjugación (UTG1A1) y excreción (vía MRP2 o
proteína asoc. de resistencia a múltiples drogas 2).
LOS HEPATOCITOS SECRETAN ÁCIDOS BILIARES,
ANIONES ORGÁNICOS, CATIONES ORGÁNICOS Y LÍPIDOS
A TRAVÉS DE SU MEMBRANA APICAL (CANALICULAR)
En la membrana apical, el transporte de solutos es
generalmente unidireccional, desde la célula al lumen
canalicular, pero existen excepciones, como los
aminoácidos y adenosina, que son reabsorbidos de la
bilis vía mecanismos de transporte secundario
impulsados por Na+.
SALES BILIARES
El transporte de sales biliares desde el hepatocito al
lumen canalicular ocurre a través de un
transportador dependiente de ATP llamado bomba
exportadora de sales biliares (BSEP). Su afinidad por
las sales biliares es muy alta (tauroqueno-
desoxicolato > taurocolato > tauroursodesoxicolato >
glicocolato). Sólo las sales biliares cargadas
negativamente son efectivamente excretadas.
ANIONES ORGÁNICOS
Los aniones orgánicos que no son sales biliares se
mueven del citoplasma del hepatocito al lumen
canalicular a través de la MRP2, que es electrogénica
y ATP-dependiente, además, tiene una gran
especificidad por su sustrato, que son particular-
mente conjugados de fase II. Estos incluyen
diglucurónido de bilirrubina, ácidos biliares
sulfatados, ácidos biliares gluconoridados y muchos
xenobióticos. Otros aniones, como el HCO3- y el SO4
-2
son excretados por intercambiadores de aniones.
CATIONES ORGÁNICOS
La excreción biliar de cationes orgánicos no se
entiende bien. Con la excepción del transporte
mediado por proteínas MDR como la BSEP, las
proteínas MDR hepáticas pertenecen a la familia ABC
de transportadores. El MDR1 está presente en la
membrana canalicular, donde media la excreción de
algunos cationes orgánicos hacia el canalículo biliar,
incluyendo xenobióticos, citotoxinas, drogas anti-
cáncer y otras drogas.
Sebastián Lavanderos B. 2do. Medicina UDP
9
Otros cationes orgánicos parecen ser excretados por
un transporte impulsado por gradientes de H+, de
hecho, se ha demostrado la presencia de un
intercambiador electroneutro H-catión orgánico,
pero no se ve muy lógico, ya que probablemente no
existan gradientes muy grandes de H+ en los
canalículos biliares. En algunos casos parecería que
los cationes orgánicos se mueven pasivamente a
través de la membrana apical hacia el canalículo,
donde son secuestrados por micelas biliares.
LÍPIDOS BILIARES
Los fosfolípidos son uno de los componentes
principales de la bilis. El transportador MDR3 es una
“flipasa” que promueve la translocación activa de
fosfatidilcolina (PC) desde la hoja interna a la externa
de la membrana canalicular, para que de esta forma
las sales biliares la extraigan de la hoja externa de la
membrana y la PC pase a ser un componente de la
bilis en donde ayuda a la formación de micelas.
La bilis es también una de las vías principales para la
eliminación del colesterol. Los transportadores
ABCG5 y ABCG8 localizados en la membrana
canalicular lo excretan hacia la bilis. Este mecanismo
permanece bajo discusión.
LOS HEPATOCITOS ABSORBEN PROTEÍNAS A TRAVÉS DE
SUS MEMBRANAS BASOLATERALES VÍA ENDOCITOSIS
ESPECÍFICA MEDIADA POR RECEPTOR Y POR
ENDOCITOSIS INESPECÍFICA DE FLUIDOS
El hepatocito toma macromoléculas desde el plasma
sanguíneo como proteínas plasmáticas a través de
endocitosis. Las transporta a través del citoplasma y
luego las secreta a la bilis por exocitosis. Se han
identificado 3 tipos de endocitosis en la membrana
basolateral:
1. Endocitosis de Fluidos. Involucra tomar un
poco de fluido extracelular con sus solutos
y es resultado de una invaginación e
internalización de membrana. Es poco
específico y no discriminativo.
2. Endocitosis Absortiva. Involucra la unión no
específica de proteínas a la membrana
plasmática antes de la endocitosis, y resulta
más eficiente para tomar proteínas.
3. Endocitosis mediada por receptor. Es
cuantitativamente el mecanismo más
importante para incorporar macromolécu-
las. Después de la endocitosis, el receptor
se recicla hacia la membrana plasmática y el
ligando se puede excretar a la bilis o
degradarse en los lisosomas. Este
mecanismo está involucrado en la remoción
hepática de proteínas como la insulina, IgA,
asialoglicoproteínas y factor de crecimiento
epidermal.
FORMACIÓN DE LA BILIS
LA SECRECIÓN DE BILIS CANALICULAR ES ACTIVA E
ISOTÓNICA
La formación de la bilis ocurre en 3 pasos discretos.
Primero, los hepatocitos secretan activamente bilis
hacia los canalículos biliares. Segundo, los conductos
biliares intra y extrahepáticos no sólo transportan la
bilis sino que también le secretan un fluido acuoso
rico en HCO3-. Estos dos pasos producen ~900 mL/día
de la llamada “bilis hepática”. Tercero, entre comidas
(4 h), aproximadamente la mitad de la bilis hepática
(esto es ~450 mL/día) es enviada a la vesícula biliar,
que la guarda y concentra, removiéndole
isosmóticamente sales y agua. Como resultado, la
vesícula biliar concentra los solutos clave remanentes
en la bilis –sales biliares, bilirrubina, colesterol y
lecitina- unas 10 a 20 veces. Los 500 mL/día de bilis
que llegan al duodeno a través de la ampolla de Váter
son entonces una mezcla de bilis hepática “diluida” y
de bilis de la vesícula biliar “concentrada”.
El primer paso de la formación de la bilis no puede ser
el ultrafiltrado, porque la presión hidrostática en los
canalículos es mucho mayor que la presión de
perfusión de los sinusoides. La formación de la bilis,
más bien, es un proceso activo. Es sensible a cambios
en la temperatura e inhibidores metabólicos. La
formación de la bilis requiere de la secreción activa y
dependiente de energía de solutos orgánicos e
inorgánicos hacia el lumen canalicular, seguido del
movimiento pasivo de agua a través de las tight
junctions entre hepatocitos, que lleva consigo otros
solutos, fenómeno denominado arrastre de solventes.
La membrana canalicular expresa AQP8, que se
encuentran en vesículas en condiciones basales, pero
se redistribuyen rápidamente al dominio canalicular
bajo la estimulación de cAMP, aumentando de esta
manera la permeabilidad apical a agua. De esta
manera, el transporte de agua hacia los canalículos
biliares ocurre a través de vías transcelulares y
paracelulares. Más abajo en el árbol biliar (en los
conductos y la vesícula biliar) el tamaño de los poros
es mayor por lo que el arrastre de solventes pierde
importancia. Los solutos orgánicos no entran a la bilis
distal a los canalículos.
LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS PRINCIPALES QUE
ENCONTRAMOS EN LA BILIS SON LOS ÁCIDOS BILIARES,
COLESTEROL Y FOSFOLÍPIDOS
La bilis tiene 2 funciones importantes: (1) provee la
única ruta de excreción de muchos solutos que no
pueden ser excretados por el riñón y (2) las sales y
ácidos biliares secretados son requeridos para la
digestión y absorción normal de lípidos.
Tanto la bilis hepática como la de la vesícula biliar son
secreciones complejas isosmóticas con el plasma, y
consisten de agua, electrolitos inorgánicos y una
Sebastián Lavanderos B. 2do. Medicina UDP
10
variedad de solutos orgánicos, como la bilirrubina,
colesterol, ácidos grasos y fosfolípidos. El catión
predominante en la bilis es el Na+, y los aniones
predominantes son el HCO3- y el Cl-. Los solutos con
importancia funcional en la bilis son los ácidos biliares
formadores de micelas, los fosfolípidos y la IgA.
Los ácidos biliares promueven la absorción de los
lípidos de la dieta a través de sus propiedades
formadoras de micelas. Los hepatocitos sintetizan
ácidos biliares primarios desde colesterol. La
excreción biliar y conversión de colesterol a ácidos
biliares son las rutas principales de la excreción y
catabolismo del colesterol, haciendo de esta manera
a la formación de la bilis un proceso fundamental
para el balance total de colesterol corporal. Los
ácidos biliares secundarios se producen cuando
bacterias dehidroxilan los primarios en el íleon y
colon. Los fosfolípidos en la bilis ayudan a solubilizar
el colesterol y a disminuir los efectos citotóxicos de
otros ácidos biliares en los hepatocitos y células de
los conductos biliares La IgA inhibe el crecimiento
bacterial en la bilis.
Los productos de desecho que encontramos en la
bilis incluyen al colesterol, pigmentos biliares,
minerales traza, esteroles de plantas, drogas
lipofílicas y metabolitos, complejos antígeno-
anticuerpo y glutatión oxidado. La bilis también es la
ruta de excreción para las cosas que no se filtran en
el glomérulo renal, ya sea porque están asociadas a
proteínas o elementos figurados en la sangre.
Aunque estos compuestos son generalmente
lipofílicos, incluyen a los metales pesados. Algunos
ácidos biliares sólo se unen parcialmente a la
albúmina, y por tanto, pueden entrar al filtrado
glomerular. Sin embargo, son ávidamente
reabsorbidos por el túbulo renal. En salud, no hay
ácidos biliares en la orina.
EL FLUJO BILIAR CANALICULAR TIENE UN COMPONENTE
CONSTANTE, APORTADO POR LA SECRECIÓN DE
MOLÉCULAS ORGÁNICAS PEQUEÑAS Y UN COMPONENTE
APORTADO POR LA SECRECIÓN DE ÁCIDOS BILIARES
El flujo biliar total es la suma del flujo biliar de los
hepatocitos hacia los canalículos (flujo canalicular) y
el flujo adicional de los colangiocitos hacia los ductos
biliares (flujo ductular). En la mayoría de las especies,
la tasa de secreción biliar canalicular aumenta de
manera más menos lineal con la tasa de secreción
biliar. El flujo biliar canalicular es la suma de 2
componentes: (1) uno “constante”, que es indepen-
diente de la secreción de ácido, y otro (2) que
aumenta linealmente con la secreción de ácido biliar
(dependiente de ácido). En los humanos, la mayoría
del flujo canalicular biliar es dependiente de ácidos
biliares. Si añadimos a esto las secreciones ductulares
que también son “constantes”, tenemos el flujo
biliar total.
FLUJO INDEPENDIENTE DE ÁCIDOS BILIARES EN LOS
CANALÍCULOS
La secreción de compuestos orgánicos probable-
mente proporciona la fuerza motriz principal para el
flujo independiente de ácidos biliares. Por ejemplo, el
glutatión, presente en la bilis a altas concentraciones,
podría generar una fuerza motriz osmótica muy
potente para la formación de bilis canalicular.
FLUJO DEPENDIENTE DE ÁCIDOS BILIARES EN LOS
CANALÍCULOS
Las sales biliares cargadas negativamente en la bilis
se encuentran en forma micelar, y son polianiones.
De esta manera, se encuentran realmente fuera de la
solución, y tienen un coeficiente de actividad
osmótica muy bajo. Sin embargo, los contra-aniones
positivos que acompañan a estos ácidos biliares
micelares sí se encuentran en solución acuosa, y
podrían representar a la fuerza motriz osmótica para
el movimiento de agua en el flujo dependiente de
ácidos biliares.
El flujo biliar no siempre se correlaciona con la
actividad osmótica del ácido biliar. En algunos casos,
los ácidos biliares aumentan el flujo de agua y
electrolitos a través de otros mecanismos, como por
ejemplo estimulando mecanismos de cotransporte
con Na+, o modulando la actividad de otros
transportadores de soluto.
Los ácidos biliares en el lumen también pueden
estimular la secreción de otros solutos al atraparlos
en el lumen. Estos solutos incluyen a la bilirrubina y
otros aniones orgánicos, así como lípidos como el
colesterol y fosfolípidos. Las micelas mixtas formadas
por los ácidos biliares aparentemente secuestran
estos solutos, disminuyendo de esta manera su
[efectiva] luminal y favoreciendo su entrada.
LA SECRETINA ESTIMULA A LOS COLANGIOCITOS DE LOS
DUCTILLOS Y DUCTOS PARA QUE SECRETEN UN FLUIDO
ACUOSO RICO EN HCO3-
Como se discutió antes, los colangiocitos son la
segunda fuente mayor de fluido de la bilis hepática.
Estas células tienen numerosos transportadores,
Sebastián Lavanderos B. 2do. Medicina UDP
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como el intercambiador AE2 apical Cl-HCO3, 6 de las 11
AQP humanas conocidas y muchos canales apicales
de Cl-, incluyendo al CFTR. En un mecanismo similar al
de las células de los ductos pancreáticos, el
intercambiador Cl-HCO3, en paralelo con los canales
de Cl- para el reciclaje de este, puede secretar un
fluido rico en HCO3-.
Una red compleja de hormonas, que actúan
principalmente a través de cAMP, regulan la función
secretora de los colangiocitos. Existen receptores de
secretina en las membranas basolaterales de los
colangiocitos, lo que explica por qué la secretina
produce coleresis rica en agua, esto es, bilis rica en
HCO3- (o alcalina), pero diluida en ácidos biliares. De
la misma manera, las hormonas glucagón y VIP
también producen coleresis rica en HCO3- a nivel de
los conductos. Estas hormonas [cAMP]i y de esta
manera estimulan a los canales apicales de Cl- y al
intercambiador Cl-HCO3.
Los colangiocitos son también capaces de reabsorber
fluidos y electrolitos, como lo sugiere la adaptación
que ocurre después de remover la vesícula biliar (una
colecistectomía). La bilis que se encuentra en el
conducto biliar de una persona colesistectomizada en
animales en ayuno es similar en su composición a la
bilis concentrada que se encuentra normalmente en
la vesícula biliar. De esta manera, los conductos han
tomado parcialmente la función de la vesícula biliar.
La hormona somatostatina inhibe el flujo biliar
bajando la [cAMP]i, efecto opuesto de la secretina.
Esta inhibición puede ser causada ya sea por
estimulación de la reabsorción de fluidos por los
ductos biliares o por la inhibición de la secreción
ductular del fluido rico en HCO3-.
Algunos solutos, como el ácido biliar hidrofóbico
ácido ursodesoxicólico, pueden ser absorbidos por los
colangiocitos desde la bilis y luego ser devueltos a los
hepatocitos para repetir la secreción, induciendo de
esta manera una coleresis significativa.
LA VESÍCULA BILIAR GUARDA Y CONCENTRA LA BILIS, Y
LA MANDA AL DUODENO CUANDO SE COME
La vesícula biliar no es una estructura necesaria para
la secreción de la bilis, pero sirve para concentrarla,
elevando la concentración de ácidos biliares de 10 a
20 veces en los periodos interdigestivos. La
concentración tónica del esfínter de Oddi facilita el
llenado de la vesícula biliar, al mantener una presión
positiva en el conducto biliar común.
Un ~50% de la bilis hepática pasa a la vesícula biliar.
Aquí, se reabsorbe isotónicamente NaCl y NaHCO3 vía
el epitelio de la vesícula biliar, que deja de esta
manera una bilis igualmente isotónica pero con
mayores concentraciones de sales biliares, K+ y Ca+2.
El transporte neto de fluidos a través de este epitelio
se encuentra regulado por hormonas. El VIP y la
serotonina inhiben la reabsorción neta de fluidos y
electrolitos. Al revés, el bloqueo α-adrenérgico de la
liberación neuronal de VIP aumenta la absorción de
fluidos. Los mecanismos de transporte se detallan en
la siguiente imagen:
Aunque la vesícula biliar reabsorbe NaCl a través del
intercambio paralelo de Na-H y Cl-HCO3 en la
membrana apical, el intercambio de Na-H supera al
de Cl-HCO3, dando como resultado neto la secreción
de iones H+. Esto neutraliza el HCO3- y acidifica a la
bilis. Los H+ secretados por la vesícula biliar protonan
a los contenidos intraluminales, lo que aumenta
marcadamente la solubilidad de las sales de calcio en
la bilis y de esta manera reduce la probabilidad de
que estas sales de calcio precipiten y formen cálculos
biliares.
La secreción de moco por las células epiteliales de la
vesícula biliar da como resultado la formación de un
gel polimérico que protege a la superficie apical del
epitelio de la vesícula biliar de los efectos
potencialmente tóxicos de las sales biliares en él. Sin
embargo, la síntesis excesiva de moco podría ser
dañina.
EL TONO RELATIVO DE LA VESÍCULA BILIAR Y DEL
ESFÍNTER DE ODDI DETERMINA SI LA BILIS SECRETADA
POR EL HÍGADO FLUYE DESDE EL CONDUCTO HEPÁTICO
COMÚN HACIA LA VESÍCULA BILIAR O HACIA EL
DUODENO
La bilis que sale del hígado y fluye por el conducto
hepático común llega a una bifurcación que le
permite a la bilis seguir por el conducto cístico y
entrar a la vesícula biliar o seguir directo por el
conducto hepático común hasta alcanzar el duodeno.
El camino que siga la bilis depende de la resistencia
relativa de ambos caminos. La presión basal en el
lumen del conducto a nivel del esfínter es de 5 a 10
mmHg. La presión en el lumen del conducto biliar
común en descanso es también de 5 a 10 mmHg, en
comparación a una presión de ~0 mmHg en el
duodeno.
Sebastián Lavanderos B. 2do. Medicina UDP
12
La contracción basal del esfínter previene el reflujo
de los contenidos duodenales hacia el conducto biliar
común. En su estado basal, el esfínter exhibe
contracciones fásicas de alta presión varias veces por
minuto. Estas son principalmente peristálticas, y
dirigidas en sentido anterógrado para proveer fuerza
motriz al duodeno. De esta manera el esfínter de
Oddi actúa principalmente como un mecanismo de
ajuste de oclusión luminal y regulador del flujo biliar.
Mecanismos hormonales y colinérgicos parecen estar
involucrados en el vaciamiento de la vesícula biliar.
Los lípidos de la dieta estimulan la liberación de CCK,
que produce la contracción del músculo liso de la
vesícula biliar y evacuación de la vesícula biliar y una
respuesta coordinada que relaja al esfínter de Oddi
para que la bilis pueda salir hacia el duodeno.
CIRCULACIÓN ENTEROHEPÁTICA DE ÁCIDOS
BILIARES
LA CIRCULACIÓN ENTEROHEPÁTICA DE LOS ÁCIDOS
BILIARES ES UN CICLO CONSISTENTE DE LA SECRECIÓN
POR EL HÍGADO, LA REABSORCIÓN POR EL INTESTINO Y LA
DEVOLUCIÓN HACIA EL HÍGADO EN LA SANGRE PORTAL
PARA VOLVER A SER SECRETADO HACIA LA BILIS
Los ácidos biliares son importantes para promover la
absorción de los lípidos de la dieta en el intestino, La
cantidad de ácido biliar que el hígado secreta
normalmente depende de cuántas veces uno coma y
cuánta grasa tienen las comidas ingeridas. Los rangos
típicos son 12-36 g. La tasa de síntesis basal de ácidos
biliares a partir del colesterol es de sólo ~600 mg/día
en humanos sanos. Obviamente, el tracto
gastrointestinal debe tener un mecanismo eficiente
para reciclar estos ácidos biliares, lo que se conoce
como circulación enterohepática, en donde el íleon
terminal y colon absorben estos ácidos biliares y los
mandan por la circulación portal de vuelta al hígado.
El pool total de ácidos biliares en el tracto GI es de
~3g. Este pool debe recircular de 4 a 12 veces por día,
y una sola comida grasosa podría hacerlo recircular
unas 5 o más veces. Si la absorción de ácidos biliares
es defectuosa, la síntesis de novo puede ser tan alta
como 4 a 6 g/día.
LA CONSERVACIÓN INTESTINAL DE LOS ÁCIDOS BILIARES
ES EXTREMADAMENTE EFICIENTE Y ES MEDIADA POR
ABSORCIÓN APICAL ACTIVA EN EL ÍLEON TERMINAL Y POR
ABSORCIÓN PASIVA A LO LARGO DEL TRACTO INTESTINAL
La mayoría de la bilis secretada al duodeno se
encuentra conjugada. Muy pocas de estas sales
biliares son reabsorbidas en el tracto intestinal, hasta
que alcanzan el íleon terminal, donde se reabsorben.
Este arreglo permite que las sales biliares
permanezcan en un nivel alto en la mayoría del
intestino delgado, donde pueden participar en la
digestión y absorción de lípidos.
Sin embargo, la circulación enterohepática reabsorbe
un 95% o más de estas sales biliares excretadas. Un
poco de la absorción de los ácidos biliares por los
intestinos ocurre de manera pasiva a lo largo del
intestino delgado y el colon. Aun así, el componente
principal de la absorción de ácidos biliares es activo y
ocurre sólo en el íleon terminal.
La absorción pasiva de ácidos biliares ocurre a lo
largo de todo el intestino delgado y el colon, pero es
menos potente que la absorción activa. Puede ocurrir
por difusión iónica o no iónica. La difusión no iónica
(o pasiva) es como 10 veces mayor que la iónica.
La absorción activa de los ácidos biliares en el
intestino se encuentra restringida al íleon terminal.
Este proceso absorbe preferentemente las sales
biliares conjugadas cargadas negativamente, que es
la forma que no se absorbe bien por los mecanismos
pasivos. La absorción activa tiene cinética saturable,
inhibición competitiva y requiere Na+. El
transportador dependiente de Na+ responsable del
paso apical de la absorción activa se conoce como el
transportador apical de Na+/sales biliares ASBT. Una
vez que las sales biliares han entrado a los
enterocitos ileales por la membrana apical, salen por
la basolateral vía un transportador de solutos
orgánicos (Ostα/Ostβ) heterotrimérico.
El ASBT tiene una gran afinidad por las sales biliares
polares, ya que son pobremente absorbidas por
difusión no iónica. También es poco afín a las sales
biliares más lipofílicas, que pasan por difusión no
iónica, compensando de esta manera el trabajo que
la difusión no iónica no puede realizar.
Al entrar a la sangre portal, los ácidos biliares viajan
unidos a albúmina en su mayoría y a menor extensión
a lipoproteínas. El hígado remueve estos ácidos
biliares de la sangre portal a través de los
mecanismos de transporte que revisamos
anteriormente. La limpieza hepática de ácidos biliares
se expresa como el porcentaje de ácidos biliares
removidos en una sola pasada por el hígado. La
extracción hepática de ácidos biliares se relaciona
con la estructura de los ácidos y con su grado de
unión a la albúmina. Es mayor para ácidos biliares
lipofílicos y menor para los unidos a proteína.
La pequeña fracción de ácidos biliares que no son
absorbidos por ningún mecanismo sufren
modificación bacterial en el colon. Esta ocurre en dos
pasos. Primero, las bacterias desconjugan la bilis.
Segundo, le hacen una 7α-dehidroxilación formando
un ácido biliar secundario. Estos incluyen al
desoxicolato y al litocolato, y pueden ser entonces
reabsorbidos pasivamente en el colon o excretados
en las heces. Su destino depende de sus propiedades
fisicoquímicas y de su unión a los contenidos
Sebastián Lavanderos B. 2do. Medicina UDP
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luminales. Hasta 1/3 del desoxicolato formado en el
colon puede ser reabsorbido por difusión no iónica.
El litocolato, que es relativamente insoluble, se
absorbe mucho menos. Los ácidos biliares
secundarios formados por las bacterias del colon y
reciclados al hígado pueden someterse a
biotransformación a través de conjugación a glicina y
taurina.
De esta manera, la circulación enterohepática de los
ácidos biliares es impulsada por dos bombas
mecánicas: (1) la actividad motora de la vesícula biliar
y (2) la peristalsis de los intestinos para propulsar los
ácidos biliares al íleon terminal y el colon. También es
impulsada por dos bombas químicas: (1)
transportadores dependientes de energía ubicados
en el íleon terminal y (2) transportadores
dependientes de energía del hepatocito.
El receptor de ácidos biliares FXR, que es un receptor
nuclear, controla muchos componentes de la
circulación enterohepática de ácidos biliares.
Primero, los ácidos biliares son potentes agonistas
del FXR, que regula la transcripción de muchos genes
involucrados en la homeostasis de los ácidos biliares.
4 ejemplos de feedback negativo por FXR activado
son: (1) FXR inhibe la expresión de la colesterol 7α-
hidroxilasa, enzima limitante de la síntesis de ácidos
biliares; (2) FXR induce la expresión de un factor de
transcripción inhibitorio (SHP) que controla la
actividad del receptor LRH-1 que se requiere para la
expresión de CYP7a1; (3) FXR upregula la BSEP
(aumentando la secreción de ácidos biliares) y
downregula la NTCP (disminuyendo la absorción de
ácidos biliares); y (4) FXR, a través de SHP,
downregula la ASBT y por tanto reduce la absorción
ileal de ácidos biliares. De esta manera, FXR coordina
la síntesis de ácidos biliares y su transporte por el
hígado e intestino.
EL HÍGADO COMO UN ÓRGANO METABÓLICO El hígado es un órgano metabólicamente activo y
altamente aeróbico. Recibe un ~28% del flujo total de
sangre, y extrae un ~20% del oxígeno utilizado por el
cuerpo. El hígado sintetiza y degrada carbohidratos,
proteínas y lípidos. Las moléculas pequeñas
productos de la digestión son eficientemente
ordenadas en el hígado para ser metabolizadas,
almacenadas o distribuidas a tejidos extrahepáticos
Circulación Enterohepática de los Ácidos Biliares
Sebastián Lavanderos B. 2do. Medicina UDP
14
como energía. El hígado provee energía para otros
tejidos exportando 2 sustratos que son críticos para
la oxidación en tejidos periféricos, la glucosa y los
cuerpos cetónicos (como el acetoacetato).
EL HÍGADO PUEDE SERVIR COMO FUENTE O
ALMACENAMIENTO DE GLUCOSA
El hígado es uno de los órganos clave que mantiene
las concentraciones de glucosa en un rango estrecho,
en un proceso dinámico, que involucra tanto la
síntesis endógena de glucosa como la utilización de
esta. La [glucosa] en ayuno es de 4 a 5 mM. Entre
comidas, cuando los niveles de insulina son bajos y
los de glucagón altos, el hígado sirve como una
fuente de glucosa plasmática, sintetizando glucosa y
obteniéndola a partir del rompimiento del glicógeno.
La síntesis de novo de glucosa se llama
gluconeogénesis, y es una de las funciones más
importantes del hígado. Es esencial para mantener
las [glucosa] plasmáticas normales, que es la fuente
principal de energía para la mayoría de los tejidos del
cuerpo. La glucosa se sintetiza en el lumen del RE, de
aminoácidos y lactato principalmente. La fructosa y
galactosa de la dieta también se convierten a
glucosa. Esta sale del RE por difusión facilitada (vía
GLUT7) y luego salen del hepatocito por GLUT2, que
se encuentra en su membrana basolateral.
La segunda forma mediante la cual el hígado manda
glucosa a la sangre es la glucógenolisis, que consiste
en el rompimiento de las reservas de glucógeno
hepáticas, que pueden llegar al 7-10% del peso del
hígado, a glucosa, que luego es liberada hacia la
sangre.
Después de una comida, cuando los niveles de
insulina son relativamente altos, el hígado hace el
trabajo contrario, y actúa como un pozo de glucosa,
absorbiéndola de la sangre portal y rompiéndola a
piruvato o usándola para sintetizar glucógeno. La
oxidación de la glucosa tiene dos fases. Una
anaeróbica, en donde se genera ácido pirúvico (la
glucólisis) y otra aeróbica, donde el ácido pirúvico se
oxida completamente a CO2 y H2O vía el Ciclo de
Krebs o de los ácidos cítricos.
Los carbohidratos que no son guardados como
glucógeno u oxidados son metabolizados a grasa.
Todos los procesos antes mencionados son
regulados por hormonas como la insulina y el
glucagón.
EL HÍGADO SINTETIZA MUCHAS PROTEÍNAS PLASMÁTICAS
IMPORTANTES, COMO LA ALBÚMINA, FACTORES DE
COAGULACIÓN Y TRANSPORTADORES, Y TAMBIÉN
METABOLIZA LOS AMINOÁCIDOS DE LA DIETA
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
Una de las funciones principales del hígado es
producir una variedad de proteínas que luego son
exportadas al plasma sanguíneo. Entre ellas
encontramos las proteínas plasmáticas principales,
que sirven para mantener la presión osmótica
coloidal del plasma, y otros factores involucrados en
la hemostasis (coagulación), fibrinólisis (romp-
imiento de los coágulos), proteínas transportadoras
que se unen a hormonas y otras sustancias en la
sangre, prohormonas y lipoproteínas. La síntesis de
proteínas hepática ocurre a una velocidad máxima de
15 a 50 g/día.
ABSORCIÓN DE AMINOÁCIDOS
Un rol principal del hígado es tomar y metabolizar los
aminoácidos de la dieta que son absorbidos por el
tracto gastrointestinal y son transportados al hígado
por la sangre portal. Este transporte ocurre a través
de mecanismos dependientes e independientes de
Na+. Algo inusual que se da en el hígado es que los
mismos transportadores pueden estar presentes en
la membrana apical y basolateral, como se ve por
ejemplo con los transportadores de glutamato
dependientes de Na+ (SLC1A1, SLC1A2), que se
expresan principalmente en la membrana apical, pero
el tratamiento con dexametasona (un cortico-
esteroide) puede inducir su expresión en la
membrana basolateral. En general, los
transportadores de aminoácidos a nivel hepático se
encuentran altamente regulados a nivel
transcripcional y post-traducción.
METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS
En condiciones fisiológicas, las concentraciones
totales e individuales de aminoácidos se encuentran
altamente reguladas. El hígado controla la
disponibilidad de aminoácidos a través de la
activación de ureagénesis después de una comida
abundante en proteínas y mediante la inhibición de
esta en ayuno o baja ingesta proteica. Al contrario de
la glucosa, que se puede guardar, los aminoácidos
deben ser usados o metabolizados inmediatamente.
La metabolización de los aminoácidos ocurre por
deaminación a α-cetoácidos y NH4+. Los α-cetoácidos
pueden ser metabolizados a piruvato, intermediarios
del ciclo de Krebs, acetil-CoA o acetoacetil-CoA. El
hígado detoxifica un ~95% del NH4+ a través del ciclo
de la Urea. También puede usar este NH4+ junto a
glutamato para producir glutamina. La urea generada
en el hepatocito por su ciclo sale de este a través de
un canal de urea que es en realidad AQP9, pasa a la
sangre y es excretada por los riñones en la orina. La
glutamina sintetizada en el hígado también pasa a la
sangre, algo de esta es metabolizada en el riñón a
glutamato y NH4+, que es secretado en la orina.
El hígado también es importante en la síntesis y
secreción de glutatión. El GSH es importante en la
detoxificación y protección al estrés oxidativo en
varios órganos. Eritrocitos con poco GSH son más
susceptibles a hemólisis. Ya que más del 90% del GSH
es sintetizado en el hígado, su flujo de la membrana
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basolateral al sinusoide es importante, y ocurre en
parte por un OATP y por MRP4 en cotransporte con
ácidos biliares. Además, MRP2 exporta algo de GSH
conjugado a través de la membrana canalicular hacia
la bilis, y un mecanismo desconocido exporta
cantidades pequeñas de GSH sin conjugar.
EL HÍGADO OBTIENE TRIGLICÉRIDOS Y COLESTEROL DE LA
DIETA AL TOMAR LOS RESIDUOS DE QUILOMICRONES A
TRAVÉS DE ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTOR
Los enterocitos del intestino delgado procesan los
ácidos grados consumidos como triglicéridos en la
dieta y los secretan hacia la linfa, como
quilomicrones, que son grandes agregados de
proteolípidos. Estos quilomicrones, formados de
triglicéridos (80-90%), fosfolípidos, colesterol y varias
apoproteínas pasan desde la linfa a la sangre por el
conducto torácico. La lipasa lipoproteica (LPL) en las
paredes de los endotelios capilares del tejido adiposo
y músculo digiere parcialmente los triglicéridos de los
quilomicrones. El resultado de esta digestión es
glicerol, ácidos grasos y quilomicrones más chicos,
que siguen por la circulación, sin triglicéridos y ricos
en colesterol, hasta que llegan al hígado. Acá, entran
a los hepatocitos, por un proceso saturable,
específico y de alta afinidad. Aunque los receptores
de LDL pueden reconocer remanentes de
quilomicrones, su vía de ingreso principal es por
receptores relacionados a LDL. El remanente de
quilomicrón se une al receptor en la membrana
basolateral, entra al hepatocito por endocitosis
mediada por receptor y es degradado en los
lisosomas. De esta manera, los quilomicrones
transportan los triglicéridos de la dieta hacia el tejido
adiposo y músculo, y sus remanentes transportan
triglicéridos y colesterol hacia los hepatocitos.
Los hepatocitos también absorben por su membrana
basolateral ácidos grasos de cadena larga liberados
por la LPL que no fueron usados por otros tejidos.
Esta absorción ocurre por al menos 2 mecanismos:
absorción facilitada y un “flip-flop” específico a
través de la bicapa lipídica.
Para extraer energía de las grasas neutras derivadas
de los remanentes de quilomicrón, los hepatocitos
deben romper los triglicéridos a glicerol y ácidos
grasos. Los ácidos grasos que vienen del quilomicrón
y los que entran directo son entonces β-oxidados, lo
que da como resultado la formación de Acetil-CoA,
que entra al ciclo de Krebs y se oxida para producir
energía. El Acetil-CoA no usado por el hígado es
convertido por condensación de 2 acetiles-CoA en
ácido acetoacético. El hígado es el único órgano que
produce acetoacetato para el metabolismo muscular,
del cerebro y de los riñones, pero no lo usa para sus
propias necesidades. En ayuno o diabetes sin
controlar hay exceso de acetil-CoA que produce
acetoacetato, que se puede transformar a su vez en
β-hidroxibutirato y acetona, estos 3 productos son
los llamados cuerpos cetónicos. Otro destino de los
ácidos grasos en el hígado es su re esterificación a
glicerol, con la formación de triglicéridos que pueden
ser o bien guardados o exportados como VLDLs para
su uso por tejidos periféricos.
EL COLESTEROL, SINTETIZADO PRINCIPALMENTE EN EL
HÍGADO, ES UN COMPONENTE IMPORTANTE DE LAS
MEMBRANAS CELULARES, ADEMÁS DE SER UN
PRECURSOR DE LOS ÁCIDOS BILIARES Y HORMONAS
ESTEROIDEAS
Los mayores pools de colesterol del cuerpo incluyen
al colesterol y sus derivados biliares, el colesterol en
las membranas y el que es llevado por lipoproteínas
en la sangre, además de algunos tejidos que son ricos
en colesterol. Este está presente en las membranas y
bilis como colesterol libre en su mayoría. En el plasma
y algunos tejidos está esterificado con ácidos grasos
de cadena larga. Las principales fuentes de colesterol
son la ingesta por la dieta y la síntesis de novo. Sus
destinos principales son la secreción biliar, excreción
en las heces, desprendimiento de la piel y síntesis de
hormonas esteroideas. Sin embargo, en los
mamíferos la ruta más importante para eliminar el
colesterol es la conversión hepática del colesterol en
ácidos biliares.
El hígado es el principal órgano de control del
metabolismo del colesterol. Obtiene el colesterol de
3 fuentes principales. Primero de los remanentes de
quilomicrones, segundo de la síntesis de novo, y
tercero de la absorción de LDLs. Sin embargo, el
hígado exporta el colesterol de 2 maneras distintas:
(1) síntesis de ácidos biliares y excreción hacia la bilis
y (2) hacia la sangre como VLDLs.
SÍNTESIS DE COLESTEROL
Ocurre en el intestino e hígado y otros tejidos
extrahepáticos a partir de acetil-CoA en el REL y
citosol. Es inhibida por colesterol de la dieta y ayuno,
y aumenta con el drenaje biliar y obstrucción del
conducto biliar. El paso limitante de su conversión es
el catalizado por la enzima HMG-CoA-reductasa, y los
agentes clínicos que bajan los niveles de colesterol
inhiben esta enzima (estatinas).
EL HÍGADO ES EL ÓRGANO RESPONSABLE DE LA
HOMEOSTASIS DE COLESTEROL EN EL CUERPO, ASÍ COMO
DE LA SÍNTESIS Y DEGRADACIÓN DE LDL
El hígado es la central del metabolismo del colesterol.
Toma el colesterol de la dieta y lo exporta junto a sus
metabolitos hacia la bilis. También exporta colesterol
y otros lípidos como VLDLs y los toma de la sangre
como LDLs. También existen otras 2 lipoproteínas,
que son las HDLs (alta densidad) e IDLs (densidad
intermedia). Las diferencias en la densidad se deben
a su contenido proteico. La densidad aumenta
cuando aumenta la fracción de masa de proteínas.
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Sin importar de dónde venta el colesterol, el hígado
lo puede empaquetar junto a otros lípidos y
apoproteínas como VLDLs. Estos entran a la sangre y
llegan a los capilares del tejido adiposo y músculo,
donde la LPL degrada los VDLs en su superficie
luminal al igual que lo hace con los LDLs liberando
ácidos grasos. Al hacer esto, los VLDLs se encogen a
IDLs e incluso LDLs. La vida media de un VLDL es
menos de una hora, y en el plasma hay cantidades
minúsculas de IDLs.
La absorción de LDL por otros tejidos provee un
mecanismo de entrega de colesterol que puede ser
usado para la síntesis de membranas celulares y
hormonas esteroideas, o guardado como gotas de
ésteres de colesterol.
EL HÍGADO ES EL SITIO PRINCIPAL PARA EL
METABOLISMO Y ALMACENAMIENTO DE LAS VITAMINAS
LIPOSOLUBLES A, D, E Y K
La absorción intestinal de vitaminas es discutida en el
resumen de intestino.
VITAMINA A
La vitamina A (retinol y sus derivados), al igual que la
D, E y K, es absorbida de la dieta por el intestino y
transportada en quilomicrones o VLDLs. Después de
hidrólisis periférica de los triglicéridos los remanentes
de quilomicrones son absorbidos por el hígado, en
donde los ésteres de retinil pueden ser hidrolizados
para liberar retinol libre que luego puede ser
transportado hacia los sinusoides unido a proteínas
de unión a retinol (RBP) y pre albúmina, o pueden ser
almacenados como ésteres de retinol en las células
estrelladas (Ito), donde se almacena más del 80% de
vit. A hepática en condiciones normales. El retinol
también puede ser oxidado a retinal y ser convertido
a ácido retinoico, importante en la fototransducción.
El ácido retinoico es conjugado a gluconórido y
secretado en la bilis, donde es sometido a la
circulación enterohepática y excreción.
VITAMINA D
Las células de la piel –bajo la influencia de luz UV-
sintetizan vitamina D3. La vitamina D de la dieta
puede venir de fuentes animales (D3) o plantas (D2).
Sin importar de dónde venga, debe ser activada en el
hígado, donde ocurre una 25-hidroxilación de la
vitamina D por una enzima del citocromo P-450
hepática, y luego ocurre una 1-hidroxilación en el
riñón para dar como resultado 1,25-dihidroxivitamina
D, que tiene actividad biológica. La terminación de su
actividad ocurre en el hígado por una 24-hidroxilación
por una enzima del citocromo P-450.
VITAMINA E
Esta vitamina liposoluble es absorbida en el intestino
como α- y -tocoferol. Se incorpora a los
quilomicrones y VLDLs, que pasan a la linfa,
circulación y luego son hidrolizados como hemos
visto. Cuando son hidrolizados, algo de vitamina E es
transferida a los tejidos. El resto llega al hígado, que
discrimina entre estas 2 formas. El α-tocoferol es
secretado en VLDL y quizás HDL, y el -tocoferol es
metabolizado o excretado por el hígado.
Metabolismo del Colesterol
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VITAMINA K
La vitamina K es una vitamina liposoluble producida
por las bacterias intestinales. Esta es esencial para la
-carboxilación (por una -carboxilasa del RE) de
residuos de glutamato de factores de coagulación y
proteínas anticoagulantes. La absorción y manejo
intestinal de la vitamina K (en sus formas K1 y K2) es
similar a las anteriores.
EL HÍGADO GUARDA COBRE Y HIERRO
COBRE
Es un elemento traza esencial para el funcionamiento
de cuproenzimas como la citocromo C oxidasa y la
superóxido dismutasa. Aproximadamente la mitad
del cobre de la dieta es absorbido en el yeyuno y
alcanza al hígado en la sangre portal, en su mayoría
unido a albúmina. Una pequeña fracción se une a
aminoácidos (ppal. Histidina). Más del 80% del sobre
absorbido por el yeyuno cada día es excretado en la
bilis.
La proteína de transporte de Cobre Ctr1 importa
cobre por la membrana basolateral del hepatocito.
Luego se une a metalochaperonas como la Atox1 o
Murr1 que dirigen al cobre hacia cuproenzimas o a la
secreción biliar. La Atox1 interactúa con un
transportador ATP7B que manda el cobre con la
ceuroplasmina (liberada hacia la sangre) o a su
excreción biliar. Los complejos proteína biliar-cobre
no pueden ser reabsorbidos por el intestino delgado,
por lo que representan una vía para la excreción.
La ceuroplasmina, una globulina α2 sintetizada por
hígado, que une el 95% del cobre en la circulación
sistémica tiene actividad ferroxidasa, pero no es
importante en el transporte de membrana o
metabolismo del cobre.
HIERRO
EL hierro de la dieta es absorbido por la mucosa
duodenal y luego es transportado a la sangre unido a
transferrina, una proteína sintetizada en el hígado.
Este último lo absorbe, secreta y almacena. La
entrada del hierro a los hepatocitos es mediada por
un mecanismo de transporte superficial con
receptores de transferrina. En la célula existe un pool
de hierro para reacciones enzimáticas, pero en altas
cantidades es tóxico, por lo que en su mayoría se
encuentra unido a ferritina para anular su toxicidad.