Galvorming

De lever scheidt ongeveer 500-600 ml gal per dag af. Gal is isoosmotisch ten opzichte van plasma en bestaat voornamelijk uit water, elektrolyten, galzouten, fosfolipiden (voornamelijk lecithine), cholesterol, bilirubine en andere endogene of exogene componenten zoals eiwitten die de gastro-intestinale functie reguleren, geneesmiddelen of hun metabolieten. Bilirubine is een afbraakproduct van heemcomponenten tijdens de afbraak van hemoglobine. De vorming van galzouten, ook wel galzuren genoemd, veroorzaakt de secretie van andere galbestanddelen, met name natrium en water. De functies van galzouten omvatten de uitscheiding van potentieel toxische stoffen (bijv. bilirubine, geneesmiddelmetabolieten), het oplossen van vetten en vetoplosbare vitaminen in de darm om hun absorptie te vergemakkelijken, en het activeren van de osmotische reiniging van de darm.

De synthese en secretie van gal vereisen mechanismen van actief transport, evenals processen zoals endocytose en passieve diffusie. Gal wordt gevormd in de canaliculi tussen aangrenzende hepatocyten. De secretie van galzuren in de canaliculi is de snelheidsbeperkende stap in de galvorming. Secretie en absorptie vinden ook plaats in de galwegen.

In de lever komt gal uit het intrahepatische verzamelsysteem terecht in de proximale, of gemeenschappelijke, ductus hepaticus. Ongeveer 50% van de gal die buiten de maaltijden om uit de ductus hepaticus wordt afgescheiden, komt via de ductus cysticus in de galblaas terecht; de overige 50% gaat rechtstreeks naar de gemeenschappelijke ductus gal, gevormd door de samenvloeiing van de gemeenschappelijke en de ductus cysticus. Buiten de maaltijden om komt een klein deel van de gal rechtstreeks uit de lever. De galblaas absorbeert tot 90% van het water uit de gal, concentreert het en slaat het op.

Gal stroomt vanuit de galblaas naar de ductus choledochus. De ductus choledochus komt samen met de ductus pancreaticus om de ampulla van Vater te vormen, die uitmondt in de twaalfvingerige darm. Voordat de ductus pancreaticus uitmondt, vernauwt de ductus pancreaticus zich in diameter tot < 0,6 cm. De sluitspier van Oddi omgeeft zowel de ductus pancreaticus als de ductus choledochus; bovendien heeft elke ductus zijn eigen sluitspier. Gal stroomt normaal gesproken niet retrograad de ductus pancreaticus in. Deze sluitspiertjes zijn zeer gevoelig voor cholecystokinine en andere darmhormonen (bijv. gastrine-activerend peptide) en voor veranderingen in de cholinerge tonus (bijv. door anticholinergica).

Tijdens een standaardmaaltijd begint de galblaas samen te trekken en ontspannen de sluitspieren van de galwegen zich onder invloed van uitgescheiden darmhormonen en cholinerge stimulatie, wat de verplaatsing van ongeveer 75% van de galblaasinhoud naar de twaalfvingerige darm bevordert. Omgekeerd neemt tijdens vasten de sluitspiertonus toe, wat de vulling van de galblaas bevordert. Galzouten worden slecht geabsorbeerd door passieve diffusie in de proximale dunne darm; de meeste galzuren bereiken het distale ileum, waar 90% actief wordt geabsorbeerd in het portale veneuze bed. Eenmaal terug in de lever worden galzuren effectief onttrokken en snel omgezet (bijvoorbeeld door binding van vrije zuren) en terug in de gal uitgescheiden. Galzouten circuleren 10-12 keer per dag door het enterohepatische circuit.

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

Anatomie van de galwegen

Galzouten, geconjugeerd bilirubine, cholesterol, fosfolipiden, eiwitten, elektrolyten en water worden door hepatocyten afgescheiden in de galkanaaltjes. Het galafscheidingsapparaat omvat transporteiwitten in het kanaalmembraan, intracellulaire organellen encytoskeletstructuren. Tight junctions tussen hepatocyten scheiden het lumen van de kanaaltjes van de levercirculatie.

Het canalisculaire membraan bevat transporteiwitten voor galzuren, bilirubine, kationen en anionen. Microvilli vergroten het oppervlak. De organellen worden vertegenwoordigd door het Golgi-apparaat en lysosomen. Vesikels worden gebruikt om eiwitten (bijvoorbeeld IgA) van het sinusvormige naar het canalisculaire membraan te transporteren en om in de cel gesynthetiseerde transporteiwitten voor cholesterol, fosfolipiden en mogelijk galzuren van de microsomen naar het canalisculaire membraan te transporteren.

Het cytoplasma van de hepatocyt rond de tubuli bevat cytoskeletstructuren: microtubuli, microfilamenten en intermediaire filamenten.

Microtubuli worden gevormd door polymerisatie van tubuline en vormen een netwerk in de cel, met name in de buurt van het basolaterale membraan en het Golgi-apparaat. Ze nemen deel aan receptorgemedieerd vesiculair transport, secretie van lipiden en, onder bepaalde omstandigheden, galzuren. De vorming van microtubuli wordt geremd door colchicine.

De constructie van microfilamenten omvat de interactie tussen gepolymeriseerde (F) en vrije (G) actinen. Microfilamenten, geconcentreerd rond het canaliserende membraan, bepalen de contractiliteit en beweeglijkheid van de kanalen. Falloïdine, dat de actinepolymerisatie bevordert, en cytochalasine B, dat deze verzwakt, remmen de beweeglijkheid van de kanalen en veroorzaken cholestase.

Intermediaire filamenten bestaan uit cytokeratine en vormen een netwerk tussen plasmamembranen, de celkern, intracellulaire organellen en andere cytoskeletstructuren. Breuk van intermediaire filamenten leidt tot verstoring van intracellulaire transportprocessen en vernietiging van het lumen van de tubuli.

Water en elektrolyten beïnvloeden de samenstelling van de tubulaire secretie door de tight junctions tussen hepatocyten te penetreren dankzij de osmotische gradiënt tussen het lumen van de tubuli en de ruimten van Disse (paracellulaire stroming). De integriteit van de tight junctions hangt af van de aanwezigheid van het ZO-1-eiwit met een moleculair gewicht van 225 kDa aan de binnenkant van het plasmamembraan. Breuk van de tight junctions gaat gepaard met het binnendringen van opgeloste grotere moleculen in de tubuli, wat leidt tot verlies van de osmotische gradiënt en de ontwikkeling van cholestase. Regurgitatie van tubulaire gal in de sinusoïden kan worden waargenomen.

De galkanalen monden uit in ductuli, soms ook wel cholangiolen of kanalen van Hering genoemd. De ductuli bevinden zich voornamelijk in de portale zones en monden uit in de interlobulaire galwegen, de eerste galwegen die vergezeld worden door takken van de leverarterie en de poortader en zich bevinden in de portale triades. De interlobulaire ductuli vloeien samen tot septumbuizen totdat er twee hoofdleverbuizen ontstaan, die ontspringen uit de rechter- en linkerlobben ter hoogte van de porta hepatis.

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

Afscheiding van gal

Galvorming vindt plaats met deelname van een aantal energieafhankelijke transportprocessen. De secretie ervan is relatief onafhankelijk van de perfusiedruk. De totale galstroom bij mensen bedraagt ongeveer 600 ml/dag. Hepatocyten zorgen voor de secretie van twee fracties gal: afhankelijk van galzuren ("225 ml/dag") en onafhankelijk daarvan ("225 ml/dag"). De resterende 150 ml/dag wordt afgescheiden door galwegcellen.

De secretie van galzouten is de belangrijkste factor bij de vorming van gal (de fractie die afhankelijk is van galzuren). Water volgt de osmotisch actieve galzouten. Veranderingen in osmotische activiteit kunnen de opname van water in de gal reguleren. Er is een duidelijk verband tussen de secretie van galzouten en de galstroom.

Het bestaan van een galfractie die onafhankelijk is van galzuren, wordt aangetoond door de mogelijkheid om gal te produceren die geen galzouten bevat. Zo is een continue galstroom mogelijk ondanks de afwezigheid van uitscheiding van galzouten; de watersecretie wordt veroorzaakt door andere osmotisch actieve opgeloste stoffen zoals glutathion en bicarbonaten.

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

Cellulaire mechanismen van galafscheiding

De hepatocyt is een polaire secretoire epitheelcel met basolaterale (sinusvormige en laterale) en apicale (tubulaire) membranen.

Galvorming omvat het vangen van galzuren en andere organische en anorganische ionen en hun transport door het basolaterale (sinusoïdale) membraan, cytoplasma en het canaliculaire membraan. Dit proces gaat gepaard met osmotische filtratie van water in de hepatocyt en de paracellulaire ruimte. Identificatie en karakterisering van transporteiwitten van de sinusoïdale en canaliculaire membranen zijn complex. De studie van het secretieapparaat van de canaliculi is bijzonder moeilijk, maar inmiddels is er een methode ontwikkeld om dubbele hepatocyten in een kortlevende kweek te verkrijgen, die in veel studies betrouwbaar is gebleken. Het klonen van transporteiwitten stelt ons in staat de functie van elk van hen afzonderlijk te karakteriseren.

Het proces van galvorming hangt af van de aanwezigheid van bepaalde dragereiwitten in de basolaterale en canaliculaire membranen. De drijvende kracht voor secretie is de Na ⁺, K ⁺ - ATPase van het basolaterale membraan, die zorgt voor een chemische gradiënt en potentiaalverschil tussen de hepatocyt en de omringende ruimte. Na ⁺, K ⁺ - ATPase wisselt drie intracellulaire natriumionen uit voor twee extracellulaire kaliumionen, waardoor een concentratiegradiënt van natrium (hoog aan de buitenkant, laag aan de binnenkant) en kalium (laag aan de buitenkant, hoog aan de binnenkant) in stand wordt gehouden. Als gevolg hiervan heeft de celinhoud een negatieve lading (–35 mV) in vergelijking met de extracellulaire ruimte, wat de opname van positief geladen ionen en de uitscheiding van negatief geladen ionen vergemakkelijkt. Na ⁺, K ⁺ -ATPase wordt niet gevonden in het canaliculaire membraan. Membraanvloeibaarheid kan de enzymactiviteit beïnvloeden.

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

Vangst op het oppervlak van het sinusvormige membraan

Het basolaterale (sinusoïdale) membraan heeft meerdere transportsystemen voor de opname van organische anionen, die overlappende substraatspecificiteiten hebben. De transporteiwitten zijn eerder gekarakteriseerd in diercelstudies. Recente klonering van humane transporteiwitten heeft geleid tot een beter begrip van hun functie. Organisch aniontransporterend eiwit (OATP) is natriumonafhankelijk en transporteert een aantal moleculen, waaronder galzuren, broomsulfaleïne en waarschijnlijk bilirubine. Er wordt aangenomen dat andere transporteiwitten ook bilirubine de hepatocyt in transporteren. Galzuren geconjugeerd met taurine (of glycine) worden getransporteerd door natrium/galzuur-cotransporterend eiwit (NTCP).

Het eiwit dat Na + /H ^+uitwisselt en de pH in de cel reguleert, neemt deel aan het transport van ionen over het basolaterale membraan. Deze functie wordt ook vervuld door het cotransporteiwit voor Na ⁺ /HCO ₃^–. De opname van sulfaten, niet-veresterde vetzuren en organische kationen vindt ook plaats op het oppervlak van het basolaterale membraan.

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

Intracellulair transport

Het transport van galzuren in de hepatocyt wordt uitgevoerd door cytosolische eiwitten, waarvan 3a-hydroxysteroïddehydrogenase de hoofdrol speelt. Van minder belang zijn glutathion-S-transferase en vetzurenbindende eiwitten. Het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-apparaat nemen deel aan het transport van galzuren. Vesiculair transport wordt blijkbaar alleen geactiveerd bij een significante instroom van galzuren in de cel (in concentraties die de fysiologische concentraties overschrijden).

Transport van eiwitten en liganden in de vloeibare fase, zoals IgA en low-density lipoproteïnen, vindt plaats via vesiculaire transcytose. De transporttijd van het basolaterale naar het canaliculaire membraan bedraagt ongeveer 10 minuten. Dit mechanisme is slechts verantwoordelijk voor een klein deel van de totale galstroom en is afhankelijk van de toestand van de microtubuli.

Tubulaire secretie

Het canaliculaire membraan is een gespecialiseerd deel van het plasmamembraan van hepatocyten dat transporteiwitten bevat (meestal ATP-afhankelijk) die verantwoordelijk zijn voor het transport van moleculen naar gal tegen de concentratiegradiënt in. Het canaliculaire membraan bevat ook enzymen zoals alkalische fosfatase en GGT. Glucuroniden en glutathion-S-conjugaten (bijv. bilirubinediglucuronide) worden getransporteerd door de canaliculaire multispecifieke organische aniontransporter (cMOAT), en galzuren worden getransporteerd door de canaliculaire galzuurtransporter (cBAT), waarvan de functie gedeeltelijk wordt aangestuurd door de negatieve intracellulaire potentiaal. De galstroom, onafhankelijk van galzuren, wordt blijkbaar bepaald door glutathiontransport en ook door tubulaire secretie van bicarbonaat, mogelijk met deelname van Cl– ^/ HCO ₃^– uitwisselingseiwit.

Twee enzymen van de P-glycoproteïnefamilie spelen een belangrijke rol bij het transport van stoffen door het canaliserende membraan; beide enzymen zijn ATP-afhankelijk. Multidrug resistance protein 1 (MDR1) transporteert organische kationen en verwijdert tevens cytostatica uit kankercellen, waardoor deze resistent worden tegen chemotherapie (vandaar de naam van het eiwit). Het endogene substraat van MDR1 is onbekend. MDR3 transporteert fosfolipiden en fungeert als een flippase voor fosfatidylcholine. De functie van MDR3 en het belang ervan voor de secretie van fosfolipiden in gal werden verduidelijkt in experimenten met muizen zonder mdr2-P-glycoproteïne (een analoog van humaan MDR3). Bij afwezigheid van fosfolipiden in gal veroorzaken galzuren schade aan het galepitheel, ductulitis en periductulaire fibrose.

Water en anorganische ionen (vooral natrium) worden via een osmotische gradiënt uitgescheiden in de galcapillairen door diffusie via negatief geladen semi-permeabele tight junctions.

De galafscheiding wordt gereguleerd door vele hormonen en tweede boodschappers, waaronder cAMP en proteïnekinase C. Verhoogde intracellulaire calciumconcentraties remmen de galafscheiding. Galpassage door de kanaaltjes vindt plaats dankzij microfilamenten, die zorgen voor de beweeglijkheid en samentrekking van de kanaaltjes.

Ductulaire secretie

Epitheelcellen van de distale galwegen produceren een bicarbonaatrijke secretie die de samenstelling van de galwegen beïnvloedt (de zogenaamde galwegen). Tijdens de secretie worden cAMP en enkele membraantransporteiwitten geproduceerd, waaronder het Cl–/HCO3–uitwisselingseiwit ^en de _cystic^fibrosis transmembrane conductance regulator, een membraankanaal voor Cl– ^{dat gereguleerd wordt} door cAMP. De galwegensecretie wordt gestimuleerd door secretine.

Aangenomen wordt dat ursodeoxycholzuur actief wordt opgenomen door ductulaire cellen, wordt uitgewisseld voor bicarbonaten, wordt gerecirculeerd in de lever en vervolgens weer wordt uitgescheiden in de gal ('cholehepatische shunt'). Dit zou het choleretische effect van ursodeoxycholzuur kunnen verklaren, dat gepaard gaat met een hoge bicarbonatenafgifte in de gal bij experimentele cirrose.

De druk in de galwegen, waarbij galafscheiding plaatsvindt, bedraagt normaal gesproken 15-25 cm H₂O. Een drukverhoging tot 35 cm H₂O leidt tot onderdrukking van de galafscheiding en het ontstaan van geelzucht. De afscheiding van bilirubine en galzuren kan volledig stoppen, waardoor de gal kleurloos wordt (witte gal) en op een slijmerige vloeistof lijkt.

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