Pembentukan empedu

Hati mengeluarkan sekitar 500–600 ml empedu per hari. Empedu bersifat isoosmotik terhadap plasma dan terutama terdiri dari air, elektrolit, garam empedu, fosfolipid (terutama lesitin), kolesterol, bilirubin, dan komponen endogen atau eksogen lainnya seperti protein yang mengatur fungsi gastrointestinal, obat-obatan, atau metabolitnya. Bilirubin adalah produk pemecahan komponen heme selama pemecahan hemoglobin. Pembentukan garam empedu, juga dikenal sebagai asam empedu, menyebabkan sekresi konstituen empedu lainnya, terutama natrium dan air. Fungsi garam empedu meliputi ekskresi zat yang berpotensi beracun (misalnya, bilirubin, metabolit obat), pelarutan lemak dan vitamin yang larut dalam lemak di usus untuk memfasilitasi penyerapannya, dan aktivasi pembersihan osmotik usus.

Sintesis dan sekresi empedu memerlukan mekanisme transpor aktif, serta proses seperti endositosis dan difusi pasif. Empedu terbentuk di kanalikuli antara hepatosit yang berdekatan. Sekresi asam empedu di kanalikuli merupakan langkah pembatas laju dalam pembentukan empedu. Sekresi dan penyerapan juga terjadi di saluran empedu.

Di hati, empedu dari sistem pengumpul intrahepatik memasuki duktus hepatik proksimal atau umum. Sekitar 50% empedu yang disekresikan di luar makanan dari duktus hepatik umum memasuki kantong empedu melalui duktus sistikus; 50% sisanya masuk langsung ke duktus empedu umum, yang dibentuk oleh pertemuan duktus hepatik umum dan duktus sistikus. Di luar makanan, sebagian kecil empedu berasal langsung dari hati. Kantong empedu menyerap hingga 90% air dari empedu, memusatkan dan menyimpannya.

Empedu mengalir dari kantong empedu ke dalam saluran empedu umum. Saluran empedu umum bergabung dengan saluran pankreas untuk membentuk ampula Vater, yang bermuara ke duodenum. Sebelum bergabung dengan saluran pankreas, saluran empedu umum menyempit diameternya hingga < 0,6 cm. Sfingter Oddi mengelilingi saluran pankreas dan saluran empedu umum; selain itu, setiap saluran memiliki sfingternya sendiri. Empedu biasanya tidak mengalir mundur ke dalam saluran pankreas. Sfingter ini sangat sensitif terhadap kolesistokinin dan hormon usus lainnya (misalnya, peptida pengaktif gastrin) dan terhadap perubahan tonus kolinergik (misalnya, akibat agen antikolinergik).

Selama makan standar, kantung empedu mulai berkontraksi dan sfingter saluran empedu berelaksasi di bawah pengaruh hormon usus yang disekresikan dan stimulasi kolinergik, yang mendorong pergerakan sekitar 75% isi kantung empedu ke duodenum. Sebaliknya, selama puasa, tonus sfingter meningkat, yang mendorong pengisian kantung empedu. Garam empedu diserap dengan buruk oleh difusi pasif di usus halus proksimal; sebagian besar asam empedu mencapai ileum distal, di mana 90% diserap secara aktif ke dalam dasar vena porta. Begitu kembali ke hati, asam empedu diekstraksi secara efektif dan dimodifikasi dengan cepat (misalnya, asam bebas diikat) dan disekresikan kembali ke dalam empedu. Garam empedu bersirkulasi melalui sirkuit enterohepatik 10-12 kali per hari.

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

Anatomi saluran empedu

Garam empedu, bilirubin terkonjugasi, kolesterol, fosfolipid, protein, elektrolit, dan air disekresikan oleh hepatosit ke dalam kanalikuli empedu. Aparatus sekresi empedu meliputi protein pengangkut membran kanalikuli, organel intraseluler, dan struktursitoskeletal. Persambungan ketat antara hepatosit memisahkan lumen kanalikuli dari sistem peredaran darah hati.

Membran kanalikular mengandung protein pengangkut untuk asam empedu, bilirubin, kation, dan anion. Mikrovili memperluas areanya. Organel diwakili oleh aparatus Golgi dan lisosom. Vesikel digunakan untuk mengangkut protein (misalnya, IgA) dari sinusoidal ke membran kanalikular, dan untuk mengirimkan protein pengangkut yang disintesis dalam sel untuk kolesterol, fosfolipid, dan, mungkin, asam empedu dari mikrosom ke membran kanalikular.

Sitoplasma hepatosit di sekitar tubulus mengandung struktur sitoskeletal: mikrotubulus, mikrofilamen, dan filamen intermediet.

Mikrotubulus terbentuk melalui polimerisasi tubulin dan membentuk jaringan di dalam sel, terutama di dekat membran basolateral dan aparatus Golgi, yang berperan dalam transportasi vesikular yang dimediasi reseptor, sekresi lipid, dan dalam kondisi tertentu, asam empedu. Pembentukan mikrotubulus dihambat oleh kolkisin.

Pembentukan mikrofilamen melibatkan interaksi polimerisasi aktin (F) dan aktin bebas (G). Mikrofilamen, yang terkonsentrasi di sekitar membran kanalikuli, menentukan kontraktilitas dan motilitas kanal. Phalloidin, yang meningkatkan polimerisasi aktin, dan sitokalasin B, yang melemahkannya, menghambat motilitas kanal dan menyebabkan kolestasis.

Filamen intermediet tersusun dari sitokeratin dan membentuk jaringan antara membran plasma, nukleus, organel intraseluler, dan struktur sitoskeletal lainnya. Putusnya filamen intermediet menyebabkan terganggunya proses transportasi intraseluler dan hilangnya lumen tubulus.

Air dan elektrolit memengaruhi komposisi sekresi tubulus dengan menembus melalui sambungan ketat antara hepatosit karena gradien osmotik antara lumen tubulus dan ruang Disse (aliran paraselular). Integritas sambungan ketat bergantung pada keberadaan protein ZO-1 dengan berat molekul 225 kDa pada permukaan bagian dalam membran plasma. Putusnya sambungan ketat disertai dengan masuknya molekul besar terlarut ke dalam tubulus, yang menyebabkan hilangnya gradien osmotik dan perkembangan kolestasis. Regurgitasi empedu tubulus ke dalam sinusoid dapat diamati.

Kanalikuli empedu bermuara ke duktulus, yang terkadang disebut kolangiol atau kanal Hering. Duktus terletak terutama di zona portal dan bermuara ke duktus biliaris interlobularis, yang merupakan duktus biliaris pertama yang disertai oleh cabang-cabang arteri hepatik dan vena porta dan ditemukan di triad portal. Duktus interlobularis bergabung untuk membentuk duktus septal hingga dua duktus hepatik utama terbentuk, muncul dari lobus kanan dan kiri di wilayah porta hepatis.

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

Sekresi empedu

Pembentukan empedu terjadi dengan partisipasi sejumlah proses transportasi yang bergantung pada energi. Sekresinya relatif tidak bergantung pada tekanan perfusi. Total aliran empedu pada manusia adalah sekitar 600 ml/hari. Hepatosit menyediakan sekresi dua fraksi empedu: bergantung pada asam empedu ("225 ml/hari") dan tidak bergantung padanya ("225 ml/hari"). Sisanya, 150 ml/hari, disekresikan oleh sel-sel saluran empedu.

Sekresi garam empedu merupakan faktor terpenting dalam pembentukan empedu (fraksi yang bergantung pada asam empedu). Air mengikuti garam empedu yang aktif secara osmotik. Perubahan aktivitas osmotik dapat mengatur masuknya air ke dalam empedu. Ada korelasi yang jelas antara sekresi garam empedu dan aliran empedu.

Adanya fraksi empedu yang tidak bergantung pada asam empedu ditunjukkan oleh kemungkinan menghasilkan empedu yang tidak mengandung garam empedu. Dengan demikian, aliran empedu dapat terus berlanjut meskipun tidak ada ekskresi garam empedu; sekresi air disebabkan oleh zat terlarut lain yang aktif secara osmotik seperti glutathione dan bikarbonat.

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

Mekanisme seluler sekresi empedu

Hepatosit adalah sel epitel sekretori polar dengan membran basolateral (sinusoidal dan lateral) dan apikal (tubular).

Pembentukan empedu melibatkan penangkapan asam empedu dan ion organik dan anorganik lainnya, pengangkutannya melalui membran basolateral (sinusoidal), sitoplasma, dan membran kanalikular. Proses ini disertai dengan penyaringan osmotik air yang terkandung dalam hepatosit dan ruang paraseluler. Identifikasi dan karakterisasi protein transpor membran sinusoidal dan kanalikular bersifat kompleks. Studi tentang aparatus sekretori kanalikuli sangat sulit, tetapi sekarang metode untuk memperoleh hepatosit ganda dalam kultur berumur pendek telah dikembangkan dan terbukti andal dalam banyak penelitian. Kloning protein transpor memungkinkan kita untuk mengkarakterisasi fungsi masing-masing secara terpisah.

Proses pembentukan empedu bergantung pada keberadaan protein pembawa tertentu di membran basolateral dan kanalikular. Kekuatan pendorong untuk sekresi adalah Na ⁺, K ⁺ - ATPase dari membran basolateral, yang menyediakan gradien kimia dan perbedaan potensial antara hepatosit dan ruang di sekitarnya. Na ⁺, K ⁺ - ATPase menukar tiga ion natrium intraseluler dengan dua ion kalium ekstraseluler, mempertahankan gradien konsentrasi natrium (tinggi di luar, rendah di dalam) dan kalium (rendah di luar, tinggi di dalam). Akibatnya, isi sel memiliki muatan negatif (–35 mV) dibandingkan dengan ruang ekstraseluler, yang memfasilitasi penyerapan ion bermuatan positif dan ekskresi ion bermuatan negatif. Na ⁺, K ⁺ -ATPase tidak ditemukan di membran kanalikular. Fluiditas membran dapat memengaruhi aktivitas enzim.

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

Penangkapan pada permukaan membran sinusoidal

Membran basolateral (sinusoidal) memiliki beberapa sistem transpor untuk penyerapan anion organik, yang memiliki spesifisitas substrat yang tumpang tindih. Protein transpor telah dikarakterisasi sebelumnya dari studi sel hewan. Kloning protein transpor manusia baru-baru ini telah memberikan pemahaman yang lebih baik tentang fungsinya. Protein pengangkut anion organik (OATP) tidak bergantung pada natrium dan mengangkut sejumlah molekul, termasuk asam empedu, bromsulfalein, dan mungkin bilirubin. Transporter lain juga diperkirakan mengangkut bilirubin ke dalam hepatosit. Asam empedu yang terkonjugasi dengan taurin (atau glisin) diangkut oleh protein pengangkut bersama natrium/asam empedu (NTCP).

^{Protein yang menukar Na+} /H ⁺ dan mengatur pH di dalam sel berpartisipasi dalam pemindahan ion melintasi membran basolateral. Fungsi ini juga dilakukan oleh protein kotransport untuk Na ⁺ /HCO3– _.^Penangkapan sulfat, asam lemak tak teresterifikasi, dan kation organik juga terjadi pada permukaan membran basolateral.

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

Transportasi intraseluler

Pengangkutan asam empedu dalam hepatosit dilakukan oleh protein sitosolik, di antaranya peran utama adalah 3a-hidroksisteroid dehidrogenase. Yang kurang penting adalah glutathione-S-transferase dan protein yang mengikat asam lemak. Retikulum endoplasma dan aparatus Golgi berpartisipasi dalam pengangkutan asam empedu. Pengangkutan vesikular tampaknya diaktifkan hanya dengan masuknya asam empedu yang signifikan ke dalam sel (dalam konsentrasi yang melebihi konsentrasi fisiologis).

Pengangkutan protein fase cairan dan ligan seperti IgA dan lipoprotein densitas rendah dilakukan melalui transitosis vesikular. Waktu pemindahan dari basolateral ke membran kanalikular adalah sekitar 10 menit. Mekanisme ini hanya bertanggung jawab atas sebagian kecil dari total aliran empedu dan bergantung pada keadaan mikrotubulus.

Sekresi Tubular

Membran kanalikular merupakan daerah khusus dari membran plasma hepatosit yang mengandung protein transpor (kebanyakan bergantung pada ATP) yang bertanggung jawab untuk pengangkutan molekul ke dalam empedu melawan gradien konsentrasi. Membran kanalikular juga mengandung enzim seperti alkali fosfatase dan GGT. Glukuronida dan konjugat glutathione-S (misalnya bilirubin diglukuronida) diangkut oleh transporter anion organik multispesifik kanalikular (cMOAT), dan asam empedu diangkut oleh transporter asam empedu kanalikular (cBAT), yang fungsinya sebagian dikendalikan oleh potensial intraseluler negatif. Aliran empedu, terlepas dari asam empedu, tampaknya ditentukan oleh transpor glutathione dan juga oleh sekresi bikarbonat tubulus, mungkin dengan partisipasi protein pertukaran Cl ^– /HCO ₃^–.

Dua enzim dari famili P-glikoprotein berperan penting dalam pengangkutan zat melintasi membran kanalikuli; kedua enzim bergantung pada ATP. Protein resistensi multiobat 1 (MDR1) mengangkut kation organik dan juga membuang obat sitostatik dari sel kanker, yang menyebabkan sel kanker resisten terhadap kemoterapi (oleh karena itu nama protein tersebut). Substrat endogen MDR1 tidak diketahui. MDR3 mengangkut fosfolipid dan bertindak sebagai flippase untuk fosfatidilkolin. Fungsi MDR3 dan pentingnya sekresi fosfolipid ke dalam empedu dijelaskan dalam percobaan pada tikus yang kekurangan glikoprotein mdr2-P (analog MDR3 manusia). Dengan tidak adanya fosfolipid dalam empedu, asam empedu menyebabkan kerusakan pada epitel empedu, duktulitis, dan fibrosis periduktular.

Air dan ion anorganik (terutama natrium) diekskresikan ke dalam kapiler empedu sepanjang gradien osmotik melalui difusi melalui sambungan ketat semipermeabel bermuatan negatif.

Sekresi empedu diatur oleh banyak hormon dan pembawa pesan kedua, termasuk cAMP dan protein kinase C. Peningkatan konsentrasi kalsium intraseluler menghambat sekresi empedu. Aliran empedu melalui kanalikuli terjadi karena mikrofilamen, yang memberikan motilitas dan kontraksi kanalikuli.

Sekresi duktular

Sel epitel duktus distal menghasilkan sekresi kaya bikarbonat yang mengubah komposisi empedu kanalikular (yang disebut aliran duktular). Selama sekresi, cAMP dan beberapa protein transpor membran diproduksi, termasuk protein pertukaran Cl–/HCO3– ^dan pengatur konduktansi transmembran ^fibrosis_kistik, saluran membran untuk Cl– ^{yang diatur} oleh cAMP. Sekresi duktular dirangsang oleh sekretin.

Diasumsikan bahwa asam ursodeoksikolat diserap secara aktif oleh sel-sel duktular, ditukar dengan bikarbonat, disirkulasikan kembali di hati dan kemudian diekskresikan kembali ke dalam empedu ("cholehepatic shunt"). Hal ini dapat menjelaskan efek koleretik asam ursodeoksikolat, disertai dengan sekresi bikarbonat yang tinggi pada sirosis eksperimental.

Tekanan dalam saluran empedu, tempat sekresi empedu terjadi, biasanya 15-25 cm H2O. Peningkatan tekanan hingga 35 cm H2O menyebabkan penekanan sekresi empedu dan timbulnya penyakit kuning. Sekresi bilirubin dan asam empedu dapat berhenti total, dan empedu menjadi tidak berwarna (empedu putih) dan menyerupai cairan lendir.

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