Sappeen muodostuminen

Maksa erittää noin 500–600 ml sappea päivässä. Sappi on isoosmoottista plasman kanssa ja koostuu pääasiassa vedestä, elektrolyyteistä, sappisuoloista, fosfolipideistä (pääasiassa lesitiinistä), kolesterolista, bilirubiinista ja muista endogeenisistä tai eksogeenisistä komponenteista, kuten proteiineista, jotka säätelevät ruoansulatuskanavan toimintaa, lääkkeistä tai niiden metaboliiteista. Bilirubiini on hemin komponenttien hajoamistuote hemoglobiinin hajoamisen aikana. Sappihappojen, eli sappisuolojen, muodostuminen aiheuttaa muiden sappinesteen ainesosien, erityisesti natriumin ja veden, erittymistä. Sappihappojen tehtäviin kuuluvat mahdollisesti myrkyllisten aineiden (esim. bilirubiinin ja lääkeaineiden metaboliittien) erittyminen, rasvojen ja rasvaliukoisten vitamiinien liukeneminen suolistossa niiden imeytymisen helpottamiseksi ja suoliston osmoottisen puhdistuksen aktivointi.

Sappinesteen synteesi ja eritys vaativat aktiivisen kuljetuksen mekanismeja sekä prosesseja, kuten endosytoosia ja passiivista diffuusiota. Sappineste muodostuu vierekkäisten maksasolujen välisissä tiehyissä. Sappihappojen eritys tiehyissä on sappinesteen muodostumisen nopeutta rajoittava vaihe. Eritys ja imeytyminen tapahtuvat myös sappitiehyissä.

Maksassa sappineste intrahepaattisesta keräysjärjestelmästä kulkeutuu proksimaaliseen eli yhteiseen maksatiehyeeseen. Noin 50 % aterioiden ulkopuolella yhteisestä maksatiehyestä erittyvästä sapesta tulee sappirakkoon sappirakon kautta; loput 50 % menee suoraan yhteiseen sappitiehyeeseen, joka muodostuu yhteisen maksatiehyen ja sappirakon yhtymäkohdasta. Aterioiden ulkopuolella pieni osa sappea tulee suoraan maksasta. Sappirakko imee jopa 90 % sapen vedestä, tiivistää ja varastoi sen.

Sappineste virtaa sappirakosta yhteiseen sappitiehyeseen. Yhteinen sappitiehyt liittyy haiman tiehyeen muodostaen Vaterin ampullan, joka avautuu pohjukaissuoleen. Ennen liittymistään haiman tiehyeen sappitiehyen halkaisija kapenee alle 0,6 cm:iin. Oddin sulkijalihas ympäröi sekä haiman että yhteistä sappitiehyttä; lisäksi kummallakin tiehyellä on oma sulkijalihaksensa. Sappineste ei normaalisti virtaa retrogradisesti haiman tiehyeseen. Nämä sulkijalihakset ovat erittäin herkkiä kolekystokiniinille ja muille suolistohormoneille (esim. gastriinia aktivoivalle peptidille) sekä kolinergisen sävyn muutoksille (esim. antikolinergisten aineiden vuoksi).

Normaalin aterian aikana sappirakko alkaa supistua ja sappitiehyiden sulkijalihakset rentoutuvat erittyvien suolistohormonien ja kolinergisen stimulaation vaikutuksesta, mikä edistää noin 75 %:n sappirakon sisällön siirtymistä pohjukaissuoleen. Paaston aikana sulkijalihaksen sävy lisääntyy, mikä edistää sappirakon täyttymistä. Sappihappojen suolat imeytyvät huonosti passiivisen diffuusion kautta proksimaalisessa ohutsuolessa; useimmat sappihapot saavuttavat distaalisen sykkyräsuolen, jossa 90 % imeytyy aktiivisesti porttilaskimoon. Maksassa takaisin sappihapot uutetaan tehokkaasti ja modifioidaan nopeasti (esimerkiksi vapaat hapot sitoutuvat) ja erittyvät takaisin sappeen. Sappihappojen suolat kiertävät enterohepaattisessa kierrossa 10–12 kertaa päivässä.

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

Sappitiehyiden anatomia

Sappisuolat, konjugoitu bilirubiini, kolesteroli, fosfolipidit, proteiinit, elektrolyytit ja vesi erittyvät maksasoluista sappitiehyisiin. Sappinesteen eritysjärjestelmään kuuluvat tiehyiden kalvokuljetusproteiinit, solunsisäiset organellit jasytoskeleton rakenteet. Maksasolujen väliset tiiviit liitokset erottavat tiehyiden luumenin maksan verenkiertojärjestelmästä.

Kanalikulaarinen kalvo sisältää sappihappojen, bilirubiinin, kationien ja anionien kuljetusproteiineja. Mikrovillukset lisäävät sen pinta-alaa. Organelleja edustavat Golgin laite ja lysosomit. Vesikkeleitä käytetään proteiinien (esimerkiksi IgA) kuljettamiseen sinusoidaalikalvosta kanalikulaariseen kalvoon ja solussa syntetisoitujen kolesterolin, fosfolipidien ja mahdollisesti sappihappojen kuljetusproteiinien toimittamiseen mikrosomeista kanalikulaariseen kalvoon.

Hepatosyytin sytoplasma tubulusten ympärillä sisältää sytoskeletaalisia rakenteita: mikrotubuluksia, mikrofilamentteja ja välifilamentteja.

Mikrotubulukset muodostuvat tubuliinin polymeroituessa ja muodostavat verkoston solun sisällä, erityisesti basolateraalisen kalvon ja Golgin laitteen lähelle, osallistuen reseptorivälitteiseen vesikulaariseen kuljetukseen, lipidien ja tietyissä olosuhteissa sappihappojen eritykseen. Kolkisiini estää mikrotubulusten muodostumista.

Mikrofilamenttien rakentumiseen liittyy polymeroituneiden (F) ja vapaiden (G) aktiinien vuorovaikutus. Kanavakalvon ympärille keskittyneet mikrofilamentit määräävät kanavien supistuvuuden ja liikkuvuuden. Falloidiini, joka tehostaa aktiinin polymeroitumista, ja sytokalasiini B, joka heikentää sitä, estävät kanavan liikkuvuutta ja aiheuttavat kolestaasia.

Välifilamentit koostuvat sytokeratiinista ja muodostavat verkoston solukalvojen, tuman, solunsisäisten organellien ja muiden sytoskeletaalisten rakenteiden välille. Välifilamenttien repeäminen johtaa solunsisäisten kuljetusprosessien häiriintymiseen ja tubulusten luumenin tuhoutumiseen.

Vesi ja elektrolyytit vaikuttavat tubulusseppien koostumukseen tunkeutumalla maksasolujen välisten tiiviiden liitosten läpi tubulusten luumenin ja Dissen tilojen välisen osmoottisen gradientin (parasellulaarinen virtaus) ansiosta. Tiiviiden liitosten eheys riippuu 225 kDa:n molekyylipainon omaavan ZO-1-proteiinin läsnäolosta solukalvon sisäpinnalla. Tiiviiden liitosten repeäminen johtaa suurempien liuenneiden molekyylien pääsyyn tubuluksiin, mikä johtaa osmoottisen gradientin menetykseen ja kolestaasin kehittymiseen. Tubulussappen takaisinvirtausta sinusoideihin voidaan havaita.

Sappitiehyet laskevat tiehyisiin, joita joskus kutsutaan kolangioleiksi tai Heringin kanaviksi. Tiehyet sijaitsevat pääasiassa porttialueilla ja laskevat interlobulaarisiin sappitiehyisiin, jotka ovat ensimmäiset sappitiehyistä, joihin liittyvät maksavaltimon ja porttilaskimon haarat ja jotka sijaitsevat porttikolmioissa. Interlobulaariset tiehyet yhdistyvät muodostaen väliseinätiehyitä, kunnes muodostuu kaksi pääasiallista maksatiehyettä, jotka lähtevät oikeasta ja vasemmasta lohkosta porta hepatiksen alueella.

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

Sapen eritys

Sappinesteen muodostuminen tapahtuu useiden energiaa kuluttavien kuljetusprosessien osallistuessa. Sen eritys on suhteellisen riippumaton perfuusiopaineesta. Sapen kokonaisvirtaus ihmisellä on noin 600 ml/vrk. Maksasolut erittävät kaksi sappinesteen fraktiota: sappihapoista riippuvaisen ("225 ml/vrk") ja niistä riippumattoman ("225 ml/vrk"). Loput 150 ml/vrk erittyvät sappitiehyiden soluista.

Sappihappojen eritys on tärkein tekijä sapen (sappishapoista riippuvan osan) muodostumisessa. Vesi seuraa osmoottisesti aktiivisia sappihappoja. Osmoottisen aktiivisuuden muutokset voivat säädellä veden pääsyä sappeen. Sappihappojen erityksen ja sappinesteen virtauksen välillä on selvä korrelaatio.

Sappihapoista riippumattoman sappifraktion olemassaolo osoitetaan mahdollisuudella tuottaa sappea, joka ei sisällä sappisuoloja. Siten sappinesteen virtauksen jatkuminen on mahdollista, vaikka sappisuoloja ei erittyisikään; veden eritys johtuu muista osmoottisesti aktiivisista liuenneista aineista, kuten glutationista ja bikarbonaateista.

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

Sappierityksen solumekanismit

Hepatosyytti on polaarinen erittävä epiteelisolu, jolla on basolateraaliset (sinimuotoiset ja lateraaliset) ja apikaaliset (putkimaiset) kalvot.

Sappinesteen muodostumiseen liittyy sappihappojen ja muiden orgaanisten ja epäorgaanisten ionien sitoutuminen ja niiden kuljetus basolateraalisen (sinimuotoisen) kalvon, sytoplasman ja tiehytkalvon läpi. Tähän prosessiin liittyy maksasolujen ja parasellulaarisen tilan sisältämän veden osmoottinen suodatus. Sinusomaalisten ja tiehytkalvojen kuljetusproteiinien tunnistaminen ja karakterisointi on monimutkaista. Tiehyiden erityslaitteiston tutkiminen on erityisen vaikeaa, mutta tähän mennessä on kehitetty menetelmä kaksoismaksasolujen saamiseksi lyhytikäisestä viljelmästä, ja se on osoittautunut luotettavaksi monissa tutkimuksissa. Kuljetusproteiinien kloonaaminen mahdollistaa kunkin proteiinin toiminnan karakterisoinnin erikseen.

Sappinesteen muodostumisprosessi riippuu tiettyjen kantajaproteiinien läsnäolosta basolateraalisissa ja tubulaarisissa kalvoissa. Sekreetion liikkeellepaneva voima on basolateraalisen kalvon Na ⁺, K ⁺ -ATPaasi, joka tarjoaa kemiallisen gradientin ja potentiaalieron maksasolun ja ympäröivän tilan välille. Na⁺, K ⁺ -ATPaasi vaihtaa kolme solunsisäistä natriumionia kahteen solunulkoiseen kaliumioniin, ylläpitäen natriumin (korkea ulkopuolella, matala sisällä) ja kaliumin (matala ulkopuolella, korkea sisällä) pitoisuusgradientia. Tämän seurauksena solun sisällöllä on negatiivinen varaus (–35 mV) verrattuna solunulkoiseen tilaan, mikä helpottaa positiivisesti varautuneiden ionien vastaanottoa ja negatiivisesti varautuneiden ionien erittymistä. Na ⁺, K ⁺ -ATPaasia ei löydy tubulaarisesta kalvosta. Kalvon juoksevuus voi vaikuttaa entsyymiaktiivisuuteen.

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

Sieppaa sinimuotoisen kalvon pinnalle

Basolateraalisella (sinimuotoisella) kalvolla on useita orgaanisten anionien sisäänottoa varten kuljetusjärjestelmiä, joilla on päällekkäisiä substraattispesifisyyksiä. Kuljetusproteiinit on aiemmin karakterisoitu eläinsolututkimuksista. Ihmisen kuljetusproteiinien äskettäinen kloonaus on antanut paremman ymmärryksen niiden toiminnasta. Orgaanisten anionien kuljetusproteiini (OATP) on natriumista riippumaton ja kuljettaa useita molekyylejä, mukaan lukien sappihappoja, bromsulfaleiinia ja luultavasti bilirubiinia. Myös muiden kuljettajien uskotaan kuljettavan bilirubiinia maksasoluihin. Tauriiniin (tai glysiiniin) konjugoituja sappihappoja kuljettaa natrium/sappihappo-kokuljetusproteiini (NTCP).

Solun sisällä Na+ /H ^{+-ionejavaihtava ja pH:ta säätelevä proteiini osallistuu ionien siirtoon basolateraalisen kalvon läpi. Tätä tehtävää suorittaa myös Na+} /HCO3 _–-^ionien kokuljetusproteiini. Myös sulfaattien, esteröimättömien rasvahappojen ja orgaanisten kationien sitoutuminen tapahtuu basolateraalisen kalvon pinnalla.

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

Solunsisäinen kuljetus

Sappihappojen kuljetus maksasoluissa tapahtuu sytosolisten proteiinien avulla, joista pääroolissa on 3α-hydroksisteroididehydrogenaasilla. Vähemmän tärkeitä ovat glutationi-S-transferaasi ja rasvahappoja sitovat proteiinit. Endoplasminen retikulum ja Golgin laite osallistuvat sappihappojen kuljetukseen. Vesikulaarinen kuljetus aktivoituu ilmeisesti vain, kun sappihappoja virtaa soluun merkittävästi (fysiologisia pitoisuuksia suurempina pitoisuuksina).

Nestefaasiproteiinien ja ligandien, kuten IgA:n ja matalatiheyksisten lipoproteiinien, kuljetus tapahtuu vesikulaarisen transsytoosin avulla. Siirtymisaika basolateraaliselta sappikanavan kalvolle on noin 10 minuuttia. Tämä mekanismi vastaa vain pienestä osasta sappinesteen kokonaisvirtausta ja riippuu mikrotubulusten tilasta.

Tubulaarinen eritys

Kanalikulaarinen kalvo on maksasolujen solukalvon erikoistunut alue, joka sisältää kuljetusproteiineja (pääasiassa ATP-riippuvaisia) ja vastaa molekyylien kuljetuksesta sappeen pitoisuusgradienttia vastaan. Kanalikulaarinen kalvo sisältää myös entsyymejä, kuten alkalisen fosfataasin ja GGT:n. Glukuronideja ja glutationi-S-konjugaatteja (esim. bilirubiinidiglukuronidia) kuljettaa kanalikulaarinen monispesifinen orgaanisten anionien kuljettaja (cMOAT), ja sappihappoja kuljettaa kanalikulaarinen sappihappojen kuljettaja (cBAT), jonka toimintaa osittain säätelee negatiivinen solunsisäinen potentiaali. Sappinesteen virtaus, sappihapoista riippumaton, määräytyy ilmeisesti glutationin kuljetuksen ja myös bikarbonaatin tubulaarisen erityksen kautta, mahdollisesti Cl⁻ ^/ HCO3⁻ _-^{vaihtoproteiinin} osallistuessa.

Kaksi P-glykoproteiiniperheen entsyymiä on tärkeässä roolissa aineiden kuljetuksessa sappitiehyiden kalvon läpi; molemmat entsyymit ovat ATP-riippuvaisia. Monilääkeresistenssiproteiini 1 (MDR1) kuljettaa orgaanisia kationeja ja poistaa myös sytostaattisia lääkkeitä syöpäsoluista, mikä aiheuttaa niiden resistenssin kemoterapialle (tästä proteiinin nimi). MDR1:n endogeeninen substraatti on tuntematon. MDR3 kuljettaa fosfolipidejä ja toimii flipaasina fosfatidyylikoliinille. MDR3:n toimintaa ja sen merkitystä fosfolipidien erittymiselle sappeen selvitettiin kokeissa hiirillä, joilta puuttui mdr2-P-glykoproteiini (ihmisen MDR3:n analogi). Fosfolipidejen puuttuessa sapesta sappihapot aiheuttavat sappiteiden epiteelin vaurioita, duktuliittia ja periduktulaarista fibroosia.

Vesi ja epäorgaaniset ionit (erityisesti natrium) erittyvät sappinesteen kapillaareihin osmoottista gradienttia pitkin diffuusion kautta negatiivisesti varautuneiden puoliläpäisevien tiiviiden liitosten läpi.

Sappinesteen eritystä säätelevät monet hormonit ja toisiolähetit, mukaan lukien cAMP ja proteiinikinaasi C. Kohonneet solunsisäiset kalsiumpitoisuudet estävät sappinesteen eritystä. Sappinesteen kulku sappitiehyiden läpi tapahtuu mikrofilamenttien ansiosta, jotka vastaavat sappitiehyiden liikkuvuudesta ja supistuksista.

Dukulaarinen eritys

Distaalisten sappitiehyiden epiteelisolut tuottavat bikarbonaattipitoista eritettä, joka muuttaa sappitiehyiden koostumusta (ns. duktulaarinen virtaus). Sekreetin aikana tuotetaan cAMP:tä ja joitakin kalvokuljetusproteiineja, mukaan lukien Cl–/HCO3–-vaihtoproteiini ^ja kystisen ^fibroosin transmembraanikonduktanssin säätelijä,_cAMP:n^säätelemä kalvokanava Cl–:lle. Sekretiini stimuloi duktulaarista eritystä.

Oletetaan, että ursodeoksikoolihappo imeytyy aktiivisesti duktulaarisiin soluihin, vaihtuu bikarbonaateiksi, kierrätetään takaisin maksaan ja erittyy myöhemmin takaisin sappeen ("kolehepaattinen shuntti"). Tämä voi selittää ursodeoksikoolihapon kolereettisen vaikutuksen, johon liittyy bikarbonaattien runsas sappieritys kokeellisessa kirroosissa.

Sappitiehyiden paine, jossa sappinesteen eritys tapahtuu, on normaalisti 15–25 cm H2O. Paineen nousu 35 cm H2O:hon johtaa sappinesteen erityksen heikkenemiseen ja keltataudin kehittymiseen. Bilirubiinin ja sappihappojen eritys voi loppua kokonaan, ja sappineste muuttuu värittömäksi (valkoiseksi sapeksi) ja muistuttaa limaa.

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