SECRECION DE LIPIDOS BILIARES Y LITOGENESIS (FISIOPATOLOGÍA DE LA LITIASIS BILIAR) MEC-231-A Dr. Juan Fco. Miquel P. Departamento de Gastroenterología Facultad de Medicina Pontificia Universidad Católica de Chile Objetivos principales: 1. Conocer la relevancia, origen y mecanismos de secreción hepática de lípidos biliares (colesterol, sales biliares y fosfolípidos). 2. Conocer la composición y las funciones fisiológicas de la secreción biliar. 3. Conocer los mecanismos fisiopatológicos involucrados en la formación de cálculos en la vesícula biliar y la composición química de los cálculos. 4. Comprender la relevancia epidemiológica, las consecuencias e implicancias clínicas generales de la colelitiasis. I. SECRECION DE LIPIDOS BILIARES A. Introducción El hígado es un órgano central en el metabolismo del colesterol corporal y el único órgano capas de secretar hacia el medio externo, vía secreción biliar, cantidades significativas de colesterol, ya sea como colesterol libre o mediante su conversión a sales biliares. El colesterol es una molécula esteroidal fundamental en la estructura de las células (membranas celulares) y sirve como sustrato para distintas moléculas que cumplen funciones biológicas muy relevantes (e.j. hormonas esteroidales, vitamina D, sales biliares). Dado que el colesterol es a su vez una molécula altamente insoluble en agua y es tóxica para la célula cuando está en exceso, se requieren mecanismos que regulen finamente su balance corporal e intracelular, como también su transporte en fluidos corporales (plasma y bilis). Alteraciones en la regulación de este balance metabólico llevan al desarrollo de enfermedades altamente prevalentes en nuestra población, como lo es la aterosclerosis (precipitación de colesterol en las paredes arteriales) y la colelitiasis (precipitación de colesterol en la vía biliar). B. Secreción hepática de colesterol biliar El hígado capta en forma muy eficiente el colesterol lipoproteico tanto de origen dietético (transportado en el plasma en quilomicrones, rQM) como de origen endógeno proveniente de los órganos periféricos (ej. músculos y tejido graso) vía receptores lipoproteicos específicos (receptores de rQM, LDL, HDL) y tiene la capacidad (al igual que toda célula) de sintetizar colesterol de novo a partir de acetato (colesterol de neosíntesis). El colesterol dentro del hepatocito (tanto el proveniente de lipoproteínas como de neosíntesis) tiene distintas posibilidades de destinación: a) puede ser esterificado para ser almacenado en gotas de grasa o ser incorporado a partículas lipoprotéicas VLDL para secreción hacia el plasma; la enzima clave en esta vía metabólica es denominada ACAT (acyl-coenzyme A:cholesterol acyltransferase), b) puede ser incorporado a la membrana plasmática y/o membranas de organelos intracelulares, c) puede ser destinado a síntesis de sales biliares (SB) para su posterior secreción biliar; las enzimas limitantes de esta vía metabólica son la colesterol 7-hidroxilasa (Cyp7a1) y la oxysterol 7--hidroxilasa (Cyp7b1); esta función metabólica sólo ocurre en el hígado, y d) puede ser secretado como colesterol libre hacia la bilis, junto a SB y fosfolípidos. Estas vías metabólicas del colesterol en el hígado se grafican en la figura 1. De esta forma el hígado es un órgano clave en censar y regular los niveles de colesterol en el plasma y es la principal vía de excreción o escape de moléculas esteroidales en nuestro organismo. El colesterol hepático que será secretado hacia la bilis, debe primero ser destinado vectorialmente hacia el polo canalicular del hepatocito; una vez alcanzado este compartimento celular, debe salir hacia el lumen biliar (canalículo biliar) y ser mantenido en una solución estable. No está aún del todo claro los mecanismos responsables de la destinación del colesterol hacia el polo canalicular y como esta molécula alcanza el lumen biliar. Lo que sí sabemos es que la secreción biliar de colesterol requiere como fuerza impulsora indispensable la secreción concomitante de los otros dos lípidos biliares, sales biliares y fosfolípidos (figura 2). Si se bloquea hipotéticamente la secreción de sales biliares y/o de fosfolípidos, el hígado será incapaz de secretar colesterol hacia la bilis. C. Secreción hepática de sales biliares (SB) Las SB son detergentes corporales naturales y se sintetizan exclusivamente en el hígado a partir de colesterol mediante una cascada enzimática. El hígado sintetiza ácido cólico y quenodeoxicólico (denominadas SB primarias), las que son conjugados con aminoácidos glicina o taurina. Las SB son transportadas hacia el polo canalicular del hepatocito y secretadas hacia la bilis contra una gradiente de concentración mediante la acción de un transportador de membrana denominado BSEP (bile salt export protein). Las SB secretadas hacia la bilis son la principal fuerza osmótica (solutos con capacidad osmótica) para la secreción de agua hacia el lumen biliar y la mantención del flujo biliar. La secreción de colesterol y lecitina es a su vez dependiente de la secreción de sales biliares, dada la capacidad detergente (pueden solubilizar lípidos como colesterol y lecitina) de estas moléculas. Las sales biliares secretadas hacia la bilis alcanzan el intestino y en el íleon distal son recaptadas eficientemente por un receptor ileal específico (Ibat), llevadas por vía portal al hígado donde son recapturados en forma muy eficiente por un transportador ubicado en el polo sinusoidal del hepatocito (NTCP) para ser nuevamente secretado hacia la bilis. De esta forma las SB pasan a formar parte de lo que se denomina la circulación enterohepática de SB (figura 3). Normalmente, casi la totalidad de la masa de SB en el organismo (denominado pool de SB) está confinado a la circulación enterohepática de SB. Las SB expuestas a las bacterias intestinales pueden sufrir deconjugación (remoción de aminoácidos) o dehidroxilación, formando las denominadas SB secundarias (deoxicólico, litocólico). Las SB, ademásde ser productos finales de degradación del colesterol, cumplen importantes funciones metabólicas como por ejemplo: a. mantener el flujo biliar, b. solubilizar el colesterol biliar, c. solubilizar y emulsionar nutrientes liposolubles (colesterol, grasas, vitaminas liposolubles) permitiendo su absorción intestinal. D. Secreción hepática de fosfolípidos Los fosfolípidos constituyen los segundos solutos de la bilis desde un punto de vista cuantitativo. El hígado secreta casi exclusivamente fosfatidilcolina (o lecitina), lo que refleja un mecanismo de selección altamente específico por parte del hepatocito. La lecitina destinada a secreción biliar se origina fundamentalmente de neosíntesis hepática (síntesis en el retículo endoplásmico de hepatocitos) y una fracción menor parece originarse de lipoproteínas plasmáticas de alta densidad (HDL). La lecitina es transportada hacia la membrana canalicular del hepatocito y secretada hacia la bilis por un mecanismo facilitado por una proteína que se expresa en el canalículo biliar, denominada MDR3. Esta proteína facilita la transferencia específicamente de lecitina desde el citoplásma hacia el lumen del canalículo biliar, desde donde este lípido es extraído hacia la bilis por el efecto detergente de las sales biliares presentes en el canalículo biliar. Por lo tanto, la secreción de lecitina depende por una parte de una adecuada función de esta proteína MDR3 y por otra parte, de la secreción de sales biliares (figura 4). II. COMPOSICION DE LA COLESTEROL BILIAR. BILIS Y SOLUBILIZACION DEL La bilis es un fluido complejo generado por la secreción hepática (hapatocitos) y modificado (secreción, absorción) por la vía biliar (colangiocitos) en su tráfico desde el hepatocito hacia la vesícula biliar y el intestino. Sus principales solutos son las sales biliares (68%), lecitina (22%), colesterol libre (4%), proteínas (4,5%) y bilirrubina (0,3%). Dado que el colesterol es una molécula prácticamente insoluble en agua, la presencia de sales biliares y lecitina en la bilis es fundamental para mantener en solución al colesterol biliar. En condiciones fisiológicas esto se logra formando complejos moleculares donde se asocian estos tres lípidos en relaciones de concentración (relación molar) definidas que le dan estabilidad en una solución acuosa. Estos complejos moleculares son denominados micelas mixtas (sales biliares, lecitina, colesterol) y vesículas o liposomas (lecitina y colesterol). Se cree que en el canalículo biliar el colesterol es transportado casi exclusivamente en vesículas y luego a medida que la bilis se concentra e incrementa la concentración relativa de sales biliares, predomina el transporte en estructuras micelares. El fluido biliar es más estable desde un punto de vista termodinámico cuando el colesterol presente es solubilizado en micelas mixtas. Cuando existe un exceso relativo de colesterol en la bilis se habla de una bilis sobresaturada (> índice colesterol/sales biliares+lecitina). En estas condiciones la bilis se vuelve “inestable” siendo las micelas mixtas más ricas en colesterol y persisten en la bilis vesículas o liposomas ricos en colesterol. En estas condiciones el colesterol tiende a salir de una fase soluble estable, a una fase insoluble inestable y precipitar. III. PATOGENIA DE LA LITIASIS BILIAR A. Relevancia de la enfermedad por cálculos vesiculares (colelitiasis). La presencia de cálculos en la vesícula biliar es una enfermedad muy frecuente en los países occidentales. Esta enfermedad alcanza una frecuencia especialmente elevada en algunas poblaciones de América, en particular en nuestro país. En Chile, más del 60% de las mujeres y más del 30% de los hombres sobre 50 años han tenido o son portadores de cálculos en la vesícula biliar. Por esta razón, la operación abdominal más frecuente realizada en los servicios de cirugía en Chile es la cirugía destinada a tratar los cálculos vesiculares (colecistectomía). La litiasis vesicular es a su vez el principal factor de riesgo para desarrollar cáncer de la vesícula biliar, la complicación más grave de la litiasis vesicular. El cáncer de la vesícula biliar es la principal causa de muerte por cáncer en las mujeres Chilenas y la cuarta causa de muerte por cáncer en hombres. Todo esto hace que la colelitiasis sea una enfermedad que genera un gran impacto de morbilidad y de costos directos e indirectos generados por esta enfermedad en el sistema de salud en Chile. B. Composición química de los cálculos vesiculares La composición química de los cálculos se estima analizando mediante diferentes metodologías los componentes específicos de los cálculos secos y triturados. En occidente y en Chile, el 80 a 90% de los cálculos son de colesterol; esto quiere decir que más del 75% de su peso seco es colesterol libre. Aproximadamente un 10% de los casos son de composición mixta (de colesterol y pigmento) y un 5% son pigmentarios (más del 80% de su peso seco es bilirrubinato de calcio fundamentalmente). El desarrollo de cálculos pigmentarios en la vía biliar, menos frecuentes de ver, obedecen a mecanismos patogénicos muy diferentes a los cálculos de colesterol. Se postula que su patogenia se debe a la deconjugación de la bilirrunina secretada a la bilis, por presencia de bacterias que han colonizado la vía biliar y que contienen una enzima denominada -Glucuronidasa capaz de deconjugar la bilirrubina biliar. La bilirrubina no-conjugada es menos soluble en agua y precipita formando complejos con el cálcio presente en la bilis, formando agregados insolubles de Bilirrubinato de Calcio. Por ello, los cálculos pigmentarios son más frecuentes de ver en condiciones donde se ve facilitada la colonización o infección crónica de la vía biliar por bacterias de origen entérico. Por ser poco frecuentes en nuestro medio, no nos referiremos mayormente a este tipo de cálculos. C. Fases de la formación de cálculos biliares de colesterol. Se reconoce que la formación de colelitiasis por cálculos de colesterol es en múltiples etapas probablemente sucesivas y sobrepuestas (figura 5). Se requiere inicialmente la formación de una bilis sobresaturada de colesterol en forma sostenida en el tiempo (1ra fase). Esta etapa inicial indispensable es causada porque el hígado hipersecreta colesterol y no por un defecto o menor secreción de sales biliares o lecitina. Por lo tanto, la colelitiasis de colesterol debe ser entendida como un defecto hepático en el metabolismo del colesterol. No está claro aún cual o cuales son los mecanismos que condicionan esta situación, pero existen evidencias que sugieren que puede estar determinada tanto por factores genéticos (uno o más genes) y por factores ambientales (ej. dieta, balance energético). Los factores de riesgo clínicos que favorecen el desarrollo de colelitiasis se asocian efectivamente a estados de mayor secreción de colesterol biliar (Tabla 1). Sin embargo, la presencia de una bilis sobresaturada es frecuente en el ser humano adulto, y no necesariamente lleva al desarrollo de cálculos. Se requiere una 2da fase donde el colesterol cristaliza y precipita (denominada fase de nucleación o cristalización) formando pequeños cristales o "microcálculos" visibles a microscopía óptica. Se ha postulado que esta fase puede ser facilitada por mayores niveles de saturación de colesterol biliar, mayor tiempo de retención (estasia) de la bilis inestable en la vesícula (ayuno prolongado por ejemplo) y/o proteínas biliares que pueden facilitar este proceso de cristalización del colesterol biliar (ej. mucina o mucus secretado por el epitelio biliar). Además, para formar cálculos visibles macroscópicamente, estos cristales de colesterol deben crecer y agregarse en forma progresiva (3ra fase de crecimiento); esta tercera etapa es de velocidad muy variable y puede tomar semanas, meses o generalmente años. D. Rol de la vesícula biliar en la formación de cálculos de colesterol La vesícula biliar cumple una función de reservorio de bilis durante los períodos de ayuno. Durante ese tiempo la vesícula biliar se llena de bilis para luego absorber activamente agua y electrolitos, concentrando los solutos biliares 4 a 7 veces; una fracción de colesterol y lecitina (15-20%) puede ser absorbida también por el epitelio biliar. Luego, frente a la ingestión de nutrientes la vesícula biliar se contrae activamente y vacía su contenido al colédoco y desde ahí al duodeno. Frente a la presencia de una bilis litogénica (sobresaturada de colesterol y con cristales de colesterol), la vesícula biliar experimenta cambios morfológicos y funcionales notorios que van a favorecer a su vez la formación de cálculos (fase dos y tres). Por esta razón la gran mayoría de los cálculos de la vía biliar se forman y residen en la vesícula biliar (más del 95% de las veces). La bilis litogénica produce los siguientes cambios en la vesícula biliar: 1. Incrementa su tamaño y peso (mayor grosor de la pared vesicular). 2. Se llena menos eficientemente en los períodos de ayuno, y disminuye su capacidad contractil posterior a las comidas (disminuye el vaciamiento de su contenido). 3. Incrementa la secreción de mucus (mucina) y otras proteínas. 4. Existe inflamación crónica y a veces fibrosis de su pared. Estos cambios son progresivos pero se inician en etapas iniciales de la enfermedad, y son una consecuencia o respuesta de este órgano a la presencia de una bilis litogénica en forma sostenida. El colesterol biliar en exceso pareciera ser el principal factor inductor de estos cambios (recordar que el colesterol libre excesivo es tóxico para las células). Todos estos cambios de la vesícula biliar tienden a favorecer la cristalización del colesterol biliar, agregación y crecimiento de los cálculos, al existir mayor tiempo de residencia de colesterol precipitado (cristales) en su lumen. La secreción incrementada de mucina favorece más este proceso formando una matriz mucinosa, viscosa y adherente (sustrato inmovil) en la cual los cristales de colesterol pueden adherirse y crecer (figura 6).