Bilirrubina Metabolism & Synthesis - PDF

Metabolismo y síntesis de la bilirrubina La bilirrubina se deriva de dos fuentes principales. La mayoría (80%) de la bilirrubina formada en el cuerpo proviene del hemo liberado de los glóbulos rojos senescentes. El resto proviene de diversas proteínas que contienen hemo encontradas en otros tejidos,...

Metabolismo y síntesis de la bilirrubina La bilirrubina se deriva de dos fuentes principales. La mayoría (80%) de la bilirrubina formada en el cuerpo proviene del hemo liberado de los glóbulos rojos senescentes. El resto proviene de diversas proteínas que contienen hemo encontradas en otros tejidos, notablemente el hígado y los músculos. Metabolismo Celular del Hemo La bilirrubina es producida por una reacción de dos etapas que ocurre en células del sistema reticuloendotelial, incluyendo fagocitos, las células de Kupffer del hígado, y células en el bazo y médula ósea. El hemo es absorbido dentro de estas células y actuado por la enzima hemo oxigenasa, liberando el hierro quelado de la estructura del hemo y liberando una cantidad equimolar de monóxido de carbono, el cual es excretado a través de los pulmones. La reacción produce un pigmento verde conocido como biliverdina (Figura 13-1). La biliverdina es luego actuada por la enzima biliverdina reductasa, nuevamente liberando una molécula de monóxido de carbono y produciendo la bilirrubina amarilla. Aunque contiene dos cadenas laterales de ácido propiónico, la estructura de la bilirrubina está altamente compactada por enlaces de hidrógeno. Esto hace que la molécula sea esencialmente insoluble en soluciones acuosas a pH neutro. La conversión de hemo a bilirrubina es una reacción de dos etapas catalizada por hemo oxigenasa y biliverdina reductasa. M, metilo; P, propionato; V, vinilo. La bilirrubina es liberada en el plasma y es captada por la albúmina, la cual sirve para transportar esta molécula por todo el cuerpo. La afinidad de unión de esta bilirrubina no conjugada por la albúmina es extremadamente alta, y bajo condiciones normales, esencialmente no hay bilirrubina no conjugada libre en el plasma. Cuando la albúmina cargada de bilirrubina alcanza el hígado, la alta permeabilidad de la microcirculación hepática, como se discutió en el Capítulo 10, permite que el complejo entre al espacio de Disse de modo que encuentra el aspecto basolateral de los hepatocitos. En este sitio, la bilirrubina es captada por un mecanismo de transporte específico para entrar en el hepatocito. Sin embargo, este proceso es relativamente ineficiente, con un aclaramiento de primera pasada de bilirrubina de aproximadamente el 20%. Como resultado, siempre hay una concentración medible de bilirrubina no conjugada, unida a la albúmina, en la circulación venosa que sale del hígado. Mecanismos de Transporte Hepático Los transportadores responsables de la captación de bilirrubina no conjugada en el hepatocito no se comprenden completamente, y puede ser que la captación no requiera un transportador proteico dada la solubilidad lipídica de la bilirrubina. Sin embargo, hay evidencia que sugiere que su captación puede estar mediada en parte por los miembros 1A y 1B de la familia de polipéptidos transportadores de aniones orgánicos (OATP, por sus siglas en inglés) (Figura 13–2). Estos transportadores también pueden captar cualquier bilirrubina conjugada que refluya al plasma. Una vez dentro del hepatocito, la bilirrubina requiere un manejo especial para mantener su solubilidad y dirigirla adecuadamente. Por lo tanto, se cree que está unida a una variedad de proteínas intracelulares, incluyendo proteínas de unión a ácidos grasos, que dirigen la molécula al compartimiento microsomal para la conjugación, como discutiremos más adelante. Estas proteínas probablemente también son responsables del transporte vectorial de la bilirrubina conjugada a la membrana canalicular para su transporte hacia la bilis. Manejo de la bilirrubina por los hepatocitos. La bilirrubina (B) unida a la albúmina (Alb) entra en el espacio de Disse y la bilirrubina es transportada al interior del hepatocito (ya sea activamente o (no mostrado) pasivamente). En el hepatocito, la bilirrubina es mono- o di-conjugada con ácido glucurónico (G). Los conjugados son secretados hacia la bilis a través de la proteína de resistencia a múltiples fármacos 2 (MRP2). Alguna bilirrubina no conjugada y conjugada también puede refluir al plasma, desde donde pueden ser reabsorbidos en el hepatocito o, en el caso de la bilirrubina conjugada, excretada a través de la orina. OATP, polipéptido transportador de aniones orgánicos. Después de su conjugación, la bilirrubina sale del hepatocito hacia la bilis a través de un miembro de la familia de proteínas transportadoras de membrana que se unen al ATP, conocido como MRP2. Aunque este transportador tiene una especificidad relativamente amplia, transportando productos metabólicos adicionales así como algunos conjugados de fármacos, parece que su sustrato fisiológico principal es la bilirrubina conjugada. Se han obtenido percepciones sobre el papel y la importancia de este transportador a partir de un trastorno genético conocido como síndrome de Dubin-Johnson, que se discutirá con más detalle más adelante. Sin embargo, incluso en estado de salud, el transporte de bilirrubina no conjugada o conjugada a través del citosol hepatocitario no es completamente eficiente, y algo de esta puede escaparse de nuevo al plasma donde se une una vez más a la albúmina y puede ser transportada alrededor del cuerpo. Por otro lado, solo la bilirrubina conjugada puede entrar en la bilis a través de MRP2. Está presente principalmente en la fracción acuosa de la bilis y no se cree que se asocie en ningún grado significativo con las micelas mixtas formadas por los lípidos biliares. La bilirrubina conjugada tampoco es metabolizada ni absorbida durante su paso a lo largo del árbol biliar. Conjugación en los Hepatocitos Como se mencionó anteriormente, el hepatocito juega un papel importante en el manejo de la bilirrubina al conjugar la molécula con ácido glucurónico. Esta reacción es catalizada por la enzima UDP glucuronil transferasa, o UGT, y resulta en la esterificación secuencial de dos grupos glucurónidos a las cadenas laterales de ácido propiónico de la bilirrubina (Figura 13–2). En condiciones normales, la mayoría de las moléculas de bilirrubina se modifican con dos grupos glucurónidos, formando bilirrubina diglucurónida. Sin embargo, esta proporción puede cambiar si el sistema de conjugación se satura bajo condiciones de síntesis excesiva de bilirrubina, o si es defectuoso, cuando la bilirrubina monoglucurónida se convertirá en la especie principal encontrada en la bilis. La conjugación tiene varios efectos importantes en las propiedades fisicoquímicas de la bilirrubina. Primero, aumenta notablemente su solubilidad en agua, permitiendo que sea transportada en la bilis sin un transportador proteico. Segundo, como resultado de este aumento en hidrofilicidad y del tamaño molecular incrementado, la bilirrubina conjugada no puede ser reabsorbida pasivamente desde el lumen intestinal. También se cree que no existen transportadores específicos para la captación de bilirrubina conjugada en el intestino, a diferencia de la situación de los ácidos biliares conjugados. Por lo tanto, la conjugación sirve para promover la eliminación de un producto de desecho metabólico potencialmente tóxico. Finalmente, la conjugación disminuye modestamente la afinidad de la bilirrubina por la albúmina. Esto tiene implicaciones diagnósticas en el contexto de la hiperbilirrubinemia. En general, la bilirrubina plasmática en un estado de salud comprende tanto la bilirrubina conjugada como la no conjugada. Estas dos formas de bilirrubina pueden ser diferenciadas en el laboratorio clínico, y sus proporciones relativas en el estado de enfermedad proporcionan pistas importantes sobre el nivel de cualquier disfunción en la vía de exportación de la bilirrubina. La bilirrubina conjugada también se conoce como bilirrubina “directa”, basada en la prueba clínica original para esta molécula donde la molécula reaccionaría con un reactivo específico sin tratamiento adicional. Por otro lado, la bilirrubina total se mide después de la adición de químicos diseñados para interrumpir los enlaces de hidrógeno de la bilirrubina no conjugada. Luego se puede obtener la cantidad de bilirrubina no conjugada (o “indirecta”) por sustracción. Los niveles normales de bilirrubina total son aproximadamente 1–1.5 mg/dL en adultos humanos, consistiendo en aproximadamente 90% de bilirrubina no conjugada y 10% de bilirrubina conjugada. Homeostasis de la Bilirrubina Metabolismo Bacteriano En el intestino delgado, parece haber poca deconjugación o metabolismo adicional de la bilirrubina en un intestino sano. Sin embargo, cuando la bilirrubina conjugada entra al colon, puede ser rápidamente deconjugada por la flora entérica, liberándola para un mayor metabolismo por las bacterias anaerobias (Figura 13–3). La bilirrubina es extensivamente metabolizada en este sitio, produciendo moléculas conocidas como urobilinógenos y estercobilinógenos. posteriormente metabolizados a urobilinas y estercobilinas, que dan color a las heces. Ciclo de la bilirrubina y sus productos a través del hígado, intestinos, circulaciones portal y sistémica, y riñones. B, glucurónido. bilirrubina; UroB, urobilinógeno; G, Estos son Circulación Enterohepática Se considera que la bilirrubina no circula enterohepáticamente en gran medida, probablemente porque no puede ser absorbida desde el lumen intestinal en su forma conjugada, y una vez desconjungada en el colon, es rápidamente metabolizada a otros productos. Bajo ciertas circunstancias, la bilirrubina no conjugada se absorbe desde el intestino distal y luego es reconjugada en el hígado. Sin embargo, la bilirrubina en el colon se convierte en urobilinógeno, el cual puede cruzar pasivamente el epitelio colónico y, por lo tanto, también entra en una circulación enterohepática. El urobilinógeno, a su vez, puede ser conjugado por el hepatocito y secretado en la bilis (Figura 13–3). Eliminación Urinaria Incluso en condiciones de hiperbilirrubinemia, poca o ninguna bilirrubina no conjugada puede entrar en la orina porque su unión fuerte a la albúmina significa que no puede entrar en el filtrado glomerular. Por otro lado, el urobilinógeno tiene una solubilidad acuosa apreciable, y una pequeña fracción (típicamente menos del 5% del pool de urobilinógeno) se pierde en la orina diariamente, y se cree que contribuye al color de la orina. Fisiopatología y Correlaciones Clínicas Hiperbilirrubinemia Como se discutió anteriormente, la hiperbilirrubinemia simplemente se refiere a niveles excesivos de bilirrubina en la sangre. Esto se puede detectar durante el examen clínico por la coloración que imparte a la piel, y es un marcador importante de varios estados de enfermedad, algunos de los cuales se centran en el hígado. Es importante distinguir si el plasma contiene niveles aumentados de bilirrubina conjugada, bilirubina no conjugada, o ambas, para definir el mecanismo de la enfermedad. Esto se puede evaluar directamente, pero también se pueden proporcionar pistas por la presencia de bilirrubina en la orina, que imparte una coloración marrón. Debido a su unión menos ávida a la albúmina, un aumento en la bilirrubina urinaria implica casi exclusivamente la molécula conjugada. En general, debido a que la bilirrubina conjugada puede ser excretada en la orina, aumentos en los niveles plasmáticos representan un estado menos grave que aquellos asociados con hiperbilirrubinemia no conjugada severa. Un algoritmo para el diagnóstico diferencial de la hiperbilirrubinemia que tiene en cuenta estos factores se presenta en la Figura 13–4. Diagnóstico diferencial de la ictericia dependiendo de si la bilirrubina está o no presente en la orina. Bilirrubinemia No Conjugada En un paciente con ictericia severa pero sin bilirrubina en la orina, el aumento de la bilirrubina circulante se debe a la forma no conjugada. Basado en la discusión anterior de los mecanismos responsables de la conjugación de la bilirrubina, debería ser fácil apreciar que tal aumento debe ser debido a un aumento en la producción de hemo que sobrepasa la vía de conjugación, disminución o ausencia de conjugación, o, al menos en principio, una falla en la captación por los hepatocitos (aunque este último no ha sido identificado como un mecanismo de una enfermedad humana específica). Un aumento en la producción de hemo ocurre en el contexto de un aumento masivo en la hemólisis, como se ve cuando un niño nace de una madre con incompatibilidad Rh. Bajo estas circunstancias, el hígado no puede manejar la carga incrementada de bilirrubina y la bilirrubina no conjugada regurgita de vuelta al plasma, donde circula unida a la albúmina. Por otro lado, una deficiencia absoluta en la capacidad de conjugación de la bilirrubina se encuentra en el raro síndrome de Crigler-Najjar tipo I, donde una mutación congénita en el gen UGT resulta en la falta total de esta enzima. En ambos casos, los niveles de bilirrubina pueden elevarse precipitadamente y conllevar el riesgo de lesión neurológica si no se trata. Una forma más leve del síndrome de Crigler-Najjar, tipo II, es el producto de mutaciones menos graves que reducen los niveles de UGT a aproximadamente el 10% de los niveles normales, con síntomas correspondientemente más leves. En una línea relacionada, el síndrome de Gilbert, que es un trastorno común que afecta al 3-8% de la población, refleja una variedad de mutaciones que reducen los niveles de UGT algo por debajo de los niveles normales, y es una condición relativamente benigna que se manifiesta como ictericia leve y episódica que puede ser exacerbada por el estrés. De manera similar, la ictericia leve es relativamente común en recién nacidos debido a que hay un retraso en el desarrollo en la maduración de la enzima UGT, la cual puede tardar varios días en acumularse a niveles adecuados para el manejo de la bilirrubina. La terapia para la bilirrubinemia no conjugada está dictada por la severidad de la condición. En casos de hemólisis severa, se utilizan transfusiones de intercambio para limpiar el cuerpo del exceso de hemo y bilirrubina. La única terapia definitiva para el síndrome de Crigler-Najjar tipo I es el trasplante de hígado, mientras que la hiperbilirrubinemia asociada con formas más leves o con el síndrome de Gilbert puede ser tratada con fototerapia, donde la luz azul convierte la bilirrubina que circula a través de la piel en formas más solubles que están menos unidas a la albúmina, y por lo tanto, pueden ser excretadas a través de la orina. El protoporfirinato de estaño, un inhibidor potente de la hemo oxigenasa, también puede ser utilizado para reducir la sobreproducción de bilirrubina. Bilirrubinemia Conjugada En la hiperbilirrubinemia conjugada, se encuentra bilirrubina en la orina porque una porción es capaz de disociarse de la albúmina y su mayor solubilidad acuosa permite que sea filtrada en el glomérulo. La condición implica que la bilirrubina conjugada se está formando en el hepatocito, pero no puede ser transportada adecuadamente hacia la bilis. Esto puede ser resultado de un transporte canalicular defectuoso, colestasis intra o extrahepática (como se discute con más detalle en el Capítulo 11), o lesión hepatocelular. En este último caso, sin embargo, es probable que haya un aumento en ambas formas de bilirrubina circulante en el torrente sanguíneo, ya que la lesión hepática probablemente también afectará la habilidad del hepatocito para realizar la conjugación, resultando en la regurgitación de ambas formas en el plasma. Una forma interesante, aunque en gran medida benigna, de bilirrubinemia conjugada es el síndrome de Dubin-Johnson. Esta condición permitió la elucidación del mecanismo de transporte canalicular de la bilirrubina conjugada, ya que se ha demostrado que surge de mutaciones que conducen a la expresión defectuosa de MRP2. Los pacientes afectados por el síndrome de Dubin-Johnson desarrollan una coloración negra de su tejido hepático que puede detectarse en la biopsia hepática, pero por lo demás son normales. Se cree que hay una regulación compensatoria hacia arriba de otros miembros de la familia de transportadores MRP en la membrana sinusoidal de los hepatocitos, lo que permite que los conjugados de bilirrubina se regurgitan en el plasma y se eliminen a través del sistema renal. La causa neonatal más común de hiperbilirrubinemia conjugada es la atresia biliar congénita. No solo esta ausencia de conductos biliares maduros resultará en la retención de lípidos biliares, como se discute en el Capítulo 11, sino que también causará la acumulación de bilirrubina conjugada en el plasma. Sin embargo, a diferencia del colesterol y la fosfatidilcolina, la bilirrubina conjugada puede eliminarse a través de la orina y, por lo tanto, no es una fuente principal de morbilidad en esta enfermedad. Al igual que en el caso de la hiperbilirrubinemia no conjugada, el tratamiento para la hiperbilirrubinemia conjugada depende de la patogénesis de la condición. Si la condición se debe a lesión o disfunción de los hepatocitos, puede corregirse tratando la enfermedad hepática subyacente. Del mismo modo, en la colestasis obstructiva, la eliminación de la obstrucción (como un cálculo del conducto común) también resolverá la hiperbilirrubinemia. Sin embargo, en algunos casos, como en la atresia biliar congénita, la única terapia efectiva es el trasplante de hígado. Cálculos de Pigmento Como aprendimos en el capítulo anterior, la mayoría de los cálculos biliares están compuestos de colesterol precipitado, el cual está supersaturado en la bilis de la mayoría de los humanos. Sin embargo, una minoría de los cálculos biliares no están compuestos de colesterol, sino de bilirrubina no conjugada precipitada. Estos se conocen como cálculos de pigmento y, como implica su nombre, son oscuros en color debido a su composición. Bajo circunstancias normales, la bilirrubina no conjugada no está presente en la bilis, ya que solo la bilirrubina conjugada es sustrato para el transporte canalicular por MRP2. Sin embargo, si el tracto biliar se infecta, las bacterias pueden desconjugar los glucurónidos de bilirrubina para formar la forma mucho menos soluble de bilirrubina no conjugada. Dado que la bilis no contiene albúmina, no hay transportador para estos compuestos. Asimismo, la bilis contiene concentraciones relativamente altas de calcio, el cual se complementa con la bilirrubina para formar bilirrubinato de calcio insoluble. A su vez, se puede formar un cálculo de pigmento. Si tales cálculos ocurren en la vesícula biliar, la bilirrubina polimeriza, formando una piedra negra. Dichas piedras no pueden disolverse con solventes orgánicos, y tampoco se ven influenciadas por estrategias diseñadas para alterar la composición lipídica de la bilis. Sin embargo, su formación está limitada por las mismas proteínas presentes en la bilis que también limitan la nucleación de los cálculos de colesterol, y los síntomas que producen son idénticos.