Патофизиология печени. Функция печени, метаболизм лекарств

Патофизиология печени. Функция печени, метаболизм лекарств и билирубина

Глава 7. Желтуха и нарушение функции печени

• Структура и функция печени
• Метаболизм лекарств
• Метаболизм билирубина
• Образование желчи и синдром холестаза
• Образование желчных камней

Структура и функция печени

Для правильного понимания гепатобилиарной патологии необходимо знание анатомии и ультраструктуры билиарного тракта печени (рис. 7.1). Гепатоциты рас­положены в один ряд, образуя плотную клеточную пластинку. Гепатоциты от­делены от желчных капилляров базолатеральной мембраной, а от синусоидов — синусоидальной. Из-за разницы в строении синусоидальной мембраны и мембра­ны, обращенной к желчному капилляру, гепатоцит является полярной клеткой. Смежные пластинки гепатоцитов отделены друг от друга синусоидами, которые выстланы эндотелиальными клетками. Отростки эндотелиальных клеток образу­ют поры (фенестры), служащие для прямого контакта плазмы и гепатоцита с сину­соидальной мембраной. В отличие от других типов эндотелия, синусоидальный эндотелий не имеет базальной мембраны. Это способствует переносу белковосвя­занных веществ (билирубина и желчных кислот) из синусоидов в пространство Диссе и, в дальнейшем, в гепатоцит, а также ускоряет экскрецию липопротеинов из гепатоцита в синусоиды. В печени алкоголика в синусоидах снижается число фе­нестр, что приводит к нарушению обмена веществами между гепатоцитом и кро­вью синусоидов.

Рис. 7.1. Особенности структуры желчного секреторного аппарата.

Таким образом, функционально синусоидальная мембрана вовлечена в про­цесс двухстороннего переноса веществ. Транспортные процессы включают захват аминокислот, глюкозы, органических анионов, таких как желчные и жирные кис­лоты билирубина, для последующих рецептор-опосредованных внутриклеточных реакций. На синусоидальной мембране гепатоцита находятся специфичные транспортеры, в частности Na,K-АТФаза, и происходят процессы выделения альбуми­на, липопротеидов и факторов свертывания крови. В отличие от нее, основной функ­цией мембраны, обращенной в желчные капилляры, является секреция желчи, но всасывающая способность этой мембраны ограничена. На этой же части мембраны гепатоцитов расположены специфические ферменты: щелочная фосфатаза, лейцин­аминопептидаза, гамма-глютамилтранспептидаза.

Из капилляров желчь попадает в терминальные желчные протоки, каналы Ге­ринга, выстланные полигональными клетками «закрытой» связи с расположенны­ми рядом гепатоцитами. Эти короткие протоки постепенно соединяются в более крупные протоки, затем в интралобулярные протоки, выстланные кубическим эпи­телием и имеющие диаметр 30—40 мкм. Из них желчь поступает в общий желчный проток и далее в желчный пузырь и двенадцатиперстную кишку.

Основные функции желчного пузыря:

• (1) концентрация и депонирование жел­чи между приемами пищи;
• (2) эвакуация желчи посредством сокращения гладко­мышечной стенки желчного пузыря в ответ на стимуляцию холецистокинином;
• (3) поддержание гидростатического давления в желчных путях. Желчный пузырь об­ладает способностью десятикратно концентрировать желчь.

В результате этого образуется пузырная, изотоничная плазме желчь, но содержащая более высокие концентрации натрия, калия, желчных кислот, кальция и более низкие — хлоридов и бикарбонатов, чем печеночная желчь.

Особенностью архитектоники печени является образование гепатоцитами аци­нусов, которые разделены на три функциональные зоны (рис. 7.2). В первой зоне гепатоциты прилежат к портальному тракту, следовательно, соприкасаются с си­нусоидами и содержат более высокие концентрации кислорода и питательных ве­ществ. Наоборот, клетки третьей зоны, расположенные в околоцентральной облас­ти вокруг терминальной печеночной вены, содержат меньшее количество кислоро­да. Как следствие, ишемия может привести к некрозу гепатоцитов, расположенных в центральной зоне. Клетки третьей зоны активно участвуют в метаболизме и вы­ведении лекарств, и, следовательно, гепатотоксичные препараты приводят к некрозу гепатоцитов этой зоны.

Рис. 7.2. Печеночный ацинус. Его ось формируется терминальной веточкой воротной вены, печеноч­ной артерией, желчным протоком. Кровь вначале поступает в синусоиды в зону 1, далее — в зону 2, затем — в зону 3, после чего покидает ацинус через печеночную вену.

Метаболизм лекарств

Считается, что примерно 2 % всех случаев желтух у госпитализированных боль­ных — лекарственного происхождения. Выделяют две фазы метаболизма лекар­ственных препаратов в печени. Первая представляет собой связанные с цитохро­мом Р450 окислительно-восстановительные реакции, которые модифицируют ле­карства. Вторая фаза включает конъюгацию лекарств водорастворимыми вещества­ми, такими как глюкуроновая кислота, сульфаты и глутатион. Препараты могут метаболизироваться последовательно в фазах 1 и 2 или только в фазе 2. При забо­леваниях печени реакции фазы 1 почти целиком вытесняются реакциями фазы 2.

Цитохром Р450 принадлежит к семейству гемопротеинов и локализован в эн­доплазматическом ретикулуме гепатоцитов в мембраносвязанной форме. Несмот­ря на обычно детоксицирующее действие цитохрома Р450, в процессе метаболиз­ма лекарств в результате микросомального окисления образуются токсические компоненты, такие как свободные радикалы. Если они не подвергаются дальней­шему метаболизму, то могут связываться с клеточными белками, а также стимулировать перекисное окисление липидов мембран. Конъюгация с глутатионом ус­коряется ферментами цитоплазмы, глутатион-S-трансферазами, которые играют важную роль в детоксикации электрофильных компонентов, образующихся при участии системы цитохрома Р450. Чаще всего к процессам биотрансформации в печени относятся глюкуронидация и сульфатация при помощи ферментов мик­росомальной уридиндифосфатглюкуронилтрансферазы и цитозольной сульфотрансферазы соответственно.

Воздействие лекарственных препаратов на ферменты, участвующие в метабо­лизме лекарств, стимулирует активность этих ферментов. Такая активация может быть клинически значимой, если в результате реакции ферменты индуцируют об­разование токсических метаболитов. Например, хроническое воздействие алкого­ля приводит к активации цитохрома Р450, который окисляет ацетаминофен до ток­сических продуктов, чем объясняется повышенная чувствительность алкоголиков к токсическому воздействию ацетаминофена.

Метаболизм билирубина

Желтуха проявляется желтой окраской кожи, слизистых оболочек, мочи и по­лостных жидкостей при участии билирубина. Для правильной дифференциальной диагностики желтух необходимо знать фундаментальные физиологические осно­вы образования и экскреции билирубина.

Билирубин образуется при разрушении гема (рис. 7.3): примерно 80 % — при разрушении гема эритроцитов, 20 % — при разрушении других гемопротеинов, та­ких как миоглобин, тканевые цитохромы. Микросомальный фермент — гемоксигеназа — превращает гем в биливердин, который под действием биливердинредуктазы превращается в билирубин. Образовавшийся в результате этих реакций неконъ­югированный билирубин транспортируется кровью при помощи альбумина. Вы­теснение лекарственными препаратами билирубина из связей с альбумином у но­ворожденных приводит к диффузии неконъюгированного билирубина через гема­тоэнцефалический барьер и к билирубиновой энцефалопатии или к истинной жел­тухе. Неконъюгированный билирубин поступает в печень, где из него образуется конъюгированный водорастворимый билирубиндиглюкуронид. Этот процесс об­легчает экскрецию конъюгированного билирубина в желчь и катализируется мик­росомальным ферментом UDP-глюкуронилтрансферазой.

Рис. 7.3. Метаболизм билирубина. Пре­вращение гема в биливердин под дей­ствием микросомальных оксидаз проис­ходит преимущественно в ретикулоэн­дотелиальных клетках селезенки. В дальнейшем биливердин подвергается окислению цитозольной биливердинредуктазой с образованием билирубина. Неконъюгированный билирубин цир­кулирует в плазме, связанный, в основ­ном, с альбумином. После диссоциации билирубин захватывается печенью, где он связывается с цитозольными белка­ми, глутатион-S-трапсферазами. Глюкуронидизация билирубина катализиру­ется микросомальной UDP-глюкуронилтрансферазой, что приводит к обра­зованию моно- (БМГУ) и диглюкуро­нида билирубина (БДГУ). Конъюгиро­ванный билирубин экскретируется в желчь.

Таблица 7.1. Патофизиологическая классификация желтух

Повышение содержания несвязанного билирубина

• Повышенная выработка билирубина
  • Гемолиз
  • Неэффективный гемопоэз
• Нарушенный захват билирубина
  • Синдром Жильбера
  • Лекарства (рифампин, рентгеноконтрастное вещество, флависпидиновая кислота)
  • Застойная сердечная недостаточность
  • Хирургические или спонтанные портосистемные шунты
  • Желтуха новорожденных
• Нарушение конъюгации билирубина
  • Синдром Жильбера
  • Синдром Криглера-Найяра
  • Желтуха новорожденных

Повышение содержания связанного билирубина

• Нарушенная канальцевая экскреция
• Повреждение гепатоцитов (вирусный и алкогольный гепатит, цирроз печени)
• Внутрипеченочный холестаз (внутрипеченочный холестаз при беременности, TPN-индуцированная желтуха) Наследственные нарушения транспорта связанного билирубина (синдромы Дабина-Джонсона, Ротора)
• Повреждения внутрипеченочных желчных протоков
  • Первичный билиарный цирроз
  • Первичный склерозирующий холангит
  • Отторжение печеночного трансплантата
  • Реакция «трансплантат против хозяина»
  • Опухоли
• Повреждения внепеченочных желчных протоков
  • Холедохолитиаз
  • Опухоли
  • Первичный склерозирующий холангит
  • Стриктуры желчных протоков

С точки зрения патофизиологии, желтуха классифицируется в зависимости от типа гипербилирубинемии: неконъюгированной или конъюгированной (табл. 7.1). Неконъюгированная гипербилирубинемия обусловлена общим увели­чением образования билирубина, нарушением захвата его печенью и нарушением процесса конъюгации. При ускоренном разрушении эритроцитов, при неэффек­тивном эритропоэзе, различных гемолитических состояниях усиливается процесс образования билирубина и происходит увеличение концентрации неконъюгиро­ванного билирубина в крови. Нарушение внутрипеченочного кровотока при сер­дечной недостаточности или при портокавальном шунтировании также нарушает доставку билирубина к гепатоцитам и приводит к небольшой неконъюгированной гипербилирубинемии. Нарушение захвата билирубина гепатоцитами в синусоидах может наблюдаться при синдроме Жильбера и в ответ на прием некоторых препа­ратов, например рифампицина. Снижение функции UDP-глюкуронилтрансферазы также может быть причиной нарушения конъюгации билирубина у новорож­денных при синдроме Жильбера и синдроме Криглера-Найяра I и II типов. Актив­ность UDP-глюкуронилтрансферазы может быть индуцирована фенобарбиталом, эффективно снижающим выраженность желтухи при синдроме Криглера-Найяра II типа.

Не только нарушение захвата билирубина, активность его конъюгации, но и нарушение экскреции в желчь служат важнейшими элементами изменений круго­ворота билирубина при «больших» заболеваниях печени. Поэтому конъюгирован­ная гипербилирубинемия встречается при многих заболеваниях печени, включая заболевания, протекающие с острым и/или хроническим гепатоцеллюлярным и хо­лестатическим процессом с обструкцией внепеченочных желчных путей; наслед­ственными нарушениями экскреции билирубина при синдромах Дабина-Джонсона, Ротора.

Образование желчи и синдром холестаза

Желчь представляет собой изоосмотичную плазме жидкость, состоящую из воды, электролитов и органических веществ (желчных кислот, фосфолипидов, хо­лестерина, билирубина). Желчные кислоты (или их соли) являются основным орга­ническим компонентом желчи. Желчные кислоты поступают в желчь из двух ис­точников: (1) первичные желчные кислоты (холевая и хенодезоксихолевая), кото­рые синтезируются из холестерина в печени; (2) вторичные желчные кислоты (де­зоксихолевая, литохолевая и урсодезоксихолевая) образуются под действием бак­терий кишечника из первичных желчных кислот. Сами желчные кислоты состоят из двух важных компонентов, которые и определяют их физиологические и физи­ко-химические свойства: (1) стероидного ядра с гидроксильными заместителями; (2) алифатической боковой цепи (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Структура желчной кислоты. Желчные кислоты состоят из двух ком­понентов — ядра с гидроксильными окон­чаниями и алифатической боковой цепоч­кой. На рисунке холевая кислота показа­на как пример трехгидроксильной кисло­ты (3-, 7-, 12-ОН ). Другими приме­рами являются желчные кислоты, содер­жащие дезоксихолат, хенодезоксихолат и литохолат

У большинства млекопитающих первичные желчные кислоты содержат от трех до семи гидроксильных заместителей, число которых влияет на их водораствори­мость (гидрофильность). Вскоре после образования первичные желчные кислоты подвергаются модификации в области терминальной карбоксильной группы. Это происходит во время печеночной фазы кишечно-печеночной циркуляции вторич­ных желчных кислот и конъюгации их с глицином или таурином. Наличие гидро­фильного (гидроксильные компоненты и амидные связи алифатической боковой цепи) и гидрофобного (стероидное ядро) компонентов позволяет конъюгирован­ным молекулам желчных кислот выступать в роли амфотерного соединения. Это дает им возможность формировать мицеллы (полимолекулярные агрегаты) выше критической мицеллярной концентрации. В свою очередь, молекулы желчных кис­лот способны растворять другие амфотерные вещества (холестерин, фосфолипи­ды) с образованием смешанных мицелл. Эта детергентоподобная роль желчных кислот важна для стабилизации физико-химического состояния желчи, перевари­вания и всасывания жиров.

Синтез желчных кислот из холестерина регулируется по механизму отрица­тельной обратной связи, хотя природа регуляции на молекулярном и биохимичес­ком уровнях еще до конца не выяснена. Микросомальное 7-гидроксилирование холестерина является критическим этапом в синтезе желчных кислот. Хенодезок­сихолиевая кислота, используемая для растворения камней желчного пузыря, по­давляет синтез желчных кислот и тем самым способствует повышению уровня хо­лестерина крови. При использовании же урсодезоксихолевой кислоты таких изме­нений не наблюдается даже при длительном лечении.

Образование желчи проходит как на синусоидальной, так и на канальцевой поверхности мембраны гепатоцитов и является как интрацеллюлярным, так и парацеллюлярным процессом. В отличие от гломерулярной фильтрации в почках, которая протекает пассивно под действием гидростатических сил, в процессе обра­зования желчи происходит активный перенос органических и неорганических ком­понентов в просвет канальцев и пассивный транспорт воды. Таким образом, про­цессы секреции желчи сходны с процессами секреции в ацинусах поджелудочной железы, эпителии почечных канальцев. Образование канальцевой желчи можно раз­делить на два типа (рис. 7.5): (1) желчеобразование, зависимое от секреции желч­ных кислот, определяемое как отношение количества выделившейся в канальцы желчи к количеству секретируемых солей желчных кислот; (2) желчеобразование, независимое от секреции желчных кислот, которое может быть представлено как активная секреция неорганических электролитов и других веществ и отражено на графике в виде y-пересечения этой линии. Другими словами, связанное с секреци­ей кислот желчеобразование представляет собой скорость потока желчи, завися­щей от наличия в желчных канальцах осмотически активных желчных солей, а не­связанное с секрецией кислот желчеобразование — при отсутствии солей желчных кислот. Отношение скорости образования желчи и образования солей желчных кис­лот имеет нелинейный характер при небольших количествах выделяемой желчи и не может соответствовать линейной зависимости, показанной на Рис. 7.5. Поэтому оба вида желчеобразования должны рассматриваться как взаимосвязанные пока­затели образования желчи.

Нарушение образования желчи называется холестазом. Последовательность возникающих патологических, физиологических и клинических проявлений холе­стаза зависит от вызвавшей его причины. При морфологическом исследовании материала гепатобиопсий желчь выявляется в канальцах перицентральных гепа­тоцитов, отмечается дилатация канальцев, а при исследовании ультраструктуры выявляется снижение количества микроворсинок. Холестаз можно определить как функциональный дефект образования желчи на уровне гепатоцита (внутрипече­ночный холестаз), а также как органические или механические нарушения секре­ции и оттока желчи (внепеченочный холестаз). Наиболее частые причины внутри-и внепеченочного холестаза приведены в табл. 7.2. Существует несколько меха­низмов, играющих важную роль в патогенезе внутрипеченочного холестаза: нару­шение и повреждение функции синусоидальной мембраны; нарушение функций внутриклеточных органелл гепатоцитов; повреждение и нарушение функций ка­нальцевой мембраны. Таким образом, не существует единого механизма холестаза в различных клинических ситуациях, а многочисленность механизмов может при­водить к различным расстройствам. Клинически холестаз характеризуется повышением в крови уровня многих веществ, включая билирубин, соли желчных кис­лот, холестерин, которые в норме секретируются в желчь. При биохимическом ана­лизе крови при холестазе наблюдается непропорциональное повышение активнос­ти щелочной фосфатазы и концентрации билирубина параллельно с изменениями уровня аминотрансфераз, о которых речь пойдет ниже.

Рис. 7.5. Схематичное представление компонентов выделения желчи. Жел­чеобразование, связанное с секрецией желчных кислот, желчеобразование, независимое от секреции желчных кислот.

Таблица 7 — 2. Дифференциальная диагностика при холестатическом синдроме

Образование желчных камней

Существует два главных вида желчных камней: холестериновые (в США око­ло 80 % всех случаев) и пигментные (табл. 7.3). Пигментные камни, в свою оче­редь, подразделяются на два подтипа: черные и коричневые. Черные, или похожие на ягоды шелковицы, камни состоят в основном из билирубината кальция, их обыч­но находят в желчном пузыре. Коричневые, или землистого оттенка, камни пре­имущественно образуются в желчном протоке и содержат, помимо билирубината кальция, жирные кислоты, формирующиеся под действием бактериальных фос­фолипаз из лецитинов желчи, что отражает их этиологию.

Нарушение состава желчи, образование агрегатов холестерина, дисфункция желчного пузыря служат факторами, способствующими формированию холесте­риновых камней. Нерастворимый в воде холестерин секретируется в просвет ка­нальцев в виде фосфолипидных микровезикул, которые под действием желчных кислот превращаются в смешанные липидные мицеллы. В желчи, насыщенной хо­лестерином, либо при снижении концентрации в ней желчных кислот происходит агрегация холестерина с образованием крупных многослойных структур, в кото­рых моногидраты холестерина кристаллизуются и образуют ядро. Несмотря на то, что высокое содержание холестерина в желчи предрасполагает к образованию кам­ней, все-таки важную роль играют факторы ингибирования агрегации и нуклеации холестерина. Примером тому могут служить больные с высоким содержанием холестерина, но без холестериновых камней в желчи.

Таблица 7.3. Классификация желчных камней

С возрастом у больных увеличивается фактор риска образования холестерино­вых камней. Коренные жители Америки (индейцы) более склонны к образованию холестериновых камней, чем жители Кавказа, и в то же время у последних холесте­риновые камни встречаются чаще, чем у чернокожих и выходцев из Азии. Отноше­ние числа женщин к числу мужчин, у которых обнаружены холестериновые камни, составляет 2:1, причем много рожавшие женщины имеют больший риск этого за­болевания, чем нерожавшие. Ожирение сопровождается избыточной секрецией хо­лестерина печенью, что может привести к образованию камней. При болезни Крона и резекции терминальной части подвздошной кишки снижается абсорбция и пул желчных кислот, что также предрасполагает к формированию холестериновых кам­ней. Клофибрат, используемый при лечении гиперхолестеринемии, повышает вы­деление холестерина в желчь и, тем самым, увеличивает риск образования холесте­риновых камней. Кроме того, риск образования холестериновых камней повышает­ся при лечебном применении эстрогенов и гормональных контрацептивов.

Существуют некоторые предполагаемые факторы риска образования пигмент­ных камней. К ним относят: гемолитические состояния с образованием большого количества билирубина, поступающего в печень и выделяющегося в желчь; цирроз печени; пожилой возраст больного; паразитарные заболевания желчных путей; ано­малии развития желчных путей, сопровождающиеся стазом желчи.