Block 13, WS 08/09 J.Graf Pathophysiologie der Leber / Ausgewählte Kapitel. Inhalte:

1. Block 13, WS 08/09 J.Graf Pathophysiologie der Leber / Ausgewählte Kapitel. Inhalte: A: Leber und Fettstoffwechsel einschl. Cholesterin- und Gallensäurestoffwechsel / Cholestase B: Alkoholische Fettleber, NASH, C: Häm-Synthese – Porphyrien angeboren / erworben D: Bilirubinstoffwechsel – Hyperbilirubinämien: konjugiert / unkonjugiert, angeboren / erworben E: Genetische Defekte und Lebererkrankungen: Überblick; ausgewählte Krankheitsbilder: M. Wilson, Hämochromatose, α1-Antitrypsin-Mangel, Störungen des Membrantransports Teilweise korrespondierende Kapitel in Böcker-Denk-Heitz: Pathologie: Kap. 32.3, 32.5.3, 32.6

2. xx Leber und Fettstoffwechsel Lipoproteine Cholesterin Gallensäuren (Patho-) Biochemie z.T. Wiederholung

3. Zählung der C-Atome im Steroidring: CHOLESTERIN

4. Aufbau der Lipoproteine

5. Rolle der Leber im Lipoproteinstoffwechsel TG: Triglycerid, CE: Cholesterinester, CM: Chylomikronen, Remn.: Remnant- Restpartikel, LPL: Lipoprotein-Lipase, FA: Fatty Acid, C: nicht-verestertes, freies Cholesterin, LCAT: Lecithin-Cholesterin-Acyltransferase, BA: Bile Acid

6. Lipoproteine Dichte: CM: 0.95 VLDL: <1.006 - IDL – LDL: 1.006-1.063 HDL: 1.063-1.2 ( HDL3: >1.12) Elektrophoretische Wanderung: α1 (HDL) - Prae-ß (VLDL) - ß (LDL)

7. Wichtige Funktionen einiger Apoproteine: A1 - Bindung von Cholesterin in der Peripherie - Aktivierung der LCAT ( C + PL → CE + Lyso-Lecithin) B100 - Bindung an LDL-Rezeptor ( CE-Aufnahme in Leber und Peripherie) C2 - Aktivierung der LPLase (Abgabe von Fettsäuren aus Chylomikronen und VLDL) E - Bindung an hepatischen Rezeptor

8. Rolle der Leber im Lipoproteinstoffwechsel

9. Cholesterin-Umsatz: pro Tag Zufuhr: Nahrung: 150-400 mg/Tag Neusynthese: 600-800 mg/Tag Ges.: ca. 1g / Tag Abgabe: Haut 80 mg/Tag Stoffwechselprodukte der Steroidhormone 50 mg/Tag Gallensäuren im Stuhl 400 mg/Tag Mit der Galle ausgeschiedenes Cholesterin 600 mg/Tag Ges.: ca. 1g / Tag

10. Umsatz von Cholesterin in der Leber: Aufnahme und Bildung: Aufnahme von CE, weniger C: CM-Remnants LDL VLDL-Remnants (Ratte) bzw. IDL Bildung von C aus CE über lysosomale saure CE-Hydrolase (Esterase) Neubildung von C aus AcetylCoA über HMGCoA-Reductase Rückkoppelungshemmung durch freies C und CDCA Abgabe: CE in VLDL (synthetisiert über ACAT) C in nHDL Cholesterin in der Galle Gallensäuren in der Galle Rückkoppelung an geschwindigkeitsbestimmenden Schritten - Beziehung zur Gallesekretion: AcCoA  HMGCoA-Reductase >< freies C (CDCA) Cholesterin  7α-Hydroxylierung >< CDCA und auch andere Gallensäuren Gallensäuren

11. Stoffwechsel von Fettsäuren und Cholesterin im Bezug zum Glukosestoffwechsel der Leber

12. Stoffwechsel von Fettsäuren: Malonyl-CoA hat eine zentrale Bedeutung: 1. seine Synthese wird durch Glukagon gehemmt (z.B. im Hunger), 2. Malonyl-CoA hemmt die Aufnahme von Fettsäuren in die Mitochondrien (Carnitin-Acyl-Transferase) und damit deren ß-Oxydation  Fettsäuresynthese hemmt die Fettsäureoxydation: Ac-CoA  Malonyl-CoA  FS-Synthese ┴ (Hemmung) Mitochondrien: Ac-CoA  ß-Oxydation  FS-Aufnahme in Mitochondrien

13. Synthese von Cholesterin: AcAc-CoA  Hydroxymethylglutaryl-CoA  Mevalonsäure  Isoprenoide  schrittweise Verknüpfung zum Cholesterin HMG-CoA-Reductase ist dabei das geschwindigkeitsbestimmende Enzym: COOH-CH2-(CH3)C(OH)-CH2-COOH  COOH-CH2-(CH3)C(OH)-CH2-CH2OH

14. Cholsäure Amphiphile „Napfstruktur“

15. Synthese von Gallensäuren: Verkürzung und Oxydation an der Seitenkette von Cholesterol (C24) und Hydrierung der Doppelbindung (C5) 2. 7α-Hydroxylierung als gesteuerter (Produkthemmung) und geschwindigkeitsbestimmender Schritt 3. weitere Ringhydroxylierung  Chenodesoxycholsäure und Cholsäure (3α,7α-Dihydroxycholansäure) (3α,7α,12α-Trihydroxycholansäure) 4. Konjugation der Seitenkette mit Glycin (NH2-CH2-COOH) und Taurin (NH2-(CH2)2-SO3H) Bildung von z.B. TCA (taurocholic acid), GCA, GCDCA, ...... Sekretion von Gallensäuren in die Gallekanalikuli 5. Bildung sekundärer Gallensäuren: 7α-Dehydroxylierung im Darm bzw. 7-Epimerisierung   Lithocholsäure (LCA) Desoxycholsäure (DCA) (3α-Hydroxycholansäure) (3α,12α-Di...) Ursodesoxycholsäure (UDCA) (3α,7ß-Dihydroxycholansäure)

16. Rolle der Leber im Cholesterinstoffwechsel

17. Gallen-Mizellen und -Vesikel: Gallensäuremoleküle sind amphiphil und lagern sich mit Cholesterin (wie in der Zellmembran) zu Vesikeln und Stapeln von Doppelschichten (Micellen) aneinander. In dieser Form wird Cholesterin in Lösung gehalten, wozu ein Mischungsverhältnis von ca. 70 % Gallensäure 20 % Lecithin 10 % Cholesterin günstig ist. Insbes. bei Mangel an Gallensäuren kann Cholesterin ausfallen  Bildung von speckig glänzenden Cholesterinsteinen. Rolle von CDCA UDCA

18. Gallensäureumsatz - enterohepatischer Kreislauf: "Gallesäurepool" ca. 2-4 g mehrmalige tägliche Rezirkulation, nur 0.4 g täglicher Verlust im Stuhl Sekretion in der Leber über SPGP-BSEP und MRP-2 Rückresorption im Darm u.a. über ISBT Wiederaufnahme in die Leber über OATP und NTCP

19. Gallensäureumsatz - enterohepatischer Kreislauf: Störungen des Gallensäurestoffwechsels sind an der Entstehung vieler Symptome beteiligt: Cholestase verschiedener Ursachen erhöhte Plasma-Gallensäuren und Plasma-Cholesterin (Juckreiz, Xanthelasmen...) Steatorrhoe mit Vitaminmangel (A,D,E,K) Gallensteine genetische Erkrankungen (z.B. PFIC 2, s.u.) Gallensäure-Malabsorption chologene Diarrhoe u.a.m.

20. xx Alkoholische Fettleber, Fettleberhepatitis und NASH Non-alcoholic Steatosis Hepatis

21. Die durchschnittliche Ernährung in der "Wohlstandsgesellschaft" ist unausgewogen: 3000 kcal Protein 13-15% (ca. 100g) Kohlehydrate 40% (ca. 300g) Fett 40% (ca. 130g) Äthanol 7% (ca. 30g) Akuter und chronische Alkoholkonsum kann durch Laborbefunde nachgewiesen werden: γ-GT CDT (carbohydrate deficient transferrin) Chronischer Alkoholkonsum erhöht das Risiko an Lebercirrhose zu erkranken: Frauen: < 30 g / Tag durch 5 Jahre Männer: < 60 g / Tag

22. Alkohol verursacht auch extrahepatische Schäden z.B.: Hirnatrophie Periphere Neuropathie Hypertrophe Gastritis Hodenatrophie Pankeatitis: akute Pankreasnekrose chronische Pankreatitis

23. Alkoholstoffwechsel in der Leber (Entstehung evtl. toxischer Produkte) 1. Alkoholdehydrogenase (ADH) Bildung von Acetaldehyd, Acetat, NADHLactat-Produktion evtl. gesteigert 2. Peroxysomen HOOH 3. MEOS (microsomal ethanol oxidizing system) Cytochrome (CYP2E1), .O2--Bildung 2 und 3 sind induzierbar !

24. Bezug des Alkoholstoffwechsels zum Fettstoffwechsel: Fettsäuresynthese  : AcCoA MalonyCoAElongation Ketogenese  ß-Oxydation , Carnitin-Acyl-Transferase , NADH  Glycerin-3-Phosphat , Triglyceridsynthese 

25. Leber-schädigende Komponenten bei Alkoholkonsum (z.T. fraglich) Acetaldehyd: bindet an SH- und NH2-Gruppen  Proteine verändert Glutathion vermindert Mikrotubuli gestört Mitochondrien morphologisch verändert und Zitratzyklus  Zellvergrößerung ("Ballonierung") mit Sinusoidkompression O2-Metabolite (.O2-, H2O2)  Lipidoxydation Änderung der Membranfluidität u.a.

26. Entstehung der Fettleber und Störung des Lipoproteinstoffwechsels • 1. Lipolyse im Fettgewebe • gefördert durch Catecholamine und andere Stress-Hormone, • Leber nimmt freie Fettsäuren über eigenen Membran-Transporter auf • 2. Erhöhte Zufuhr von Nahrungsfetten • 3. Gesteigerte Fettsäuresynthese in der Leber und verminderter Abbau •  gesteigerte Triglyceridsynthese, aber • 4. Abgabe von Triglyceriden, Phopholipiden und Cholesterinestern als VLDL eingeschränkt, da • a. die Apoproteinsynthese gestört ist (Apo B und C) • b. Mikrotubuli und damit Sekretion von VLDL gestört sind - VLDL bleiben im Post-Golgi "stecken" • 5. Periphere Lipoproteinverwertung gestört • LPLase  (ApoC-Mangel, Insulinresistenz?) •  Hyperlipoproteinämie Typ V = VLDL und CM  • 6. kleine HDL3 erhöht: HDL nehmen bei mangelnder LPLase-Aktivität (= verzögerte postprandiale "Klärung" des Plasmas) TG aus CM auf. TG werden dann durch hepatische Lipase extrahiert und es entstehen kleine HDL3)

27. Weitere durch Alkohol bedingte Stoffwechselstörungen: metabolische Acidose (Lactat-, Keto-) Hyperuricämie Purinabbau bei Alkoholexzeß erhöht; renale Harnsäure-Ausscheidung durch Acidose vermindert. - säure-hemmbare tubuläre Sekretion evtl. Hypoglykämie gesteigerte hepatische Glykolyse bei Alkoholoxydation bei gleichzeitig glykogen-verarmter Leber (bei Hunger) evtl. Hyperglykämie bei "Satten"; sympathische Aktivierung der Glykogenolyse, Insulinresistenz Induktion von MEOS bzw. CYP2E1 Oxydation via MEOS verbraucht NADPH ohne ATP zu produzieren (C2H5OH + NADPH + H+ + O2 Acetaldehyd + NADP+ + H2O); NADPH-oxidase bildet ohne anderem Substrat reaktive O-Metabolite (ROS) Akute Alkoholgabe hemmt Barbiturat- und Phenothiazin-Abbau Nach Induktion aber beschleunigter Medikamentenabbau Lipidperoxydation

28. Folgen der Fettleber: Fettleberhepatitis die langsamer oder rascher in Cirrhose übergeht*) Nekrose und Entzündungszeichen, Leukozyteninfiltration (Granulo, Lympho) Mallory-Bodies (Zytokeratin) oder alk. Hyalin in Zellen Fibrose beginnt um Venolen und perisinusoidal Bildung von Myofibroblasten (aus "stellate cells") aus Ito-Zellen durch IL-1 und TGFß Collagensynthese Typ I u. III Stimulation über PDGF-Rezeptoren klinisch evtl. Fieber (cholestatischer) Ikterus, Splenomegalie arterielle Spinnen-Angiome, Ascites, Oedeme, Blutungen, Encephalopathie *) Fettleber kann nach 1 Monat Alkoholkarenz reversibel sein Alkoholhepatitis ist prognostisch ungünstiger

29. Cirrhotischer Umbau Ausbildung von Pseudolobuli Bindegewebssepten von Periportalfeld zu Zentralvene dazwischen Ausbildung von Pseudolobuli kleinknotige Laennec'sche Cirrhose Die klinischen Symptome können dabei immer noch mild sein oder fehlen: Müdigkeit, Schwäche, Verletzlichkeit der Haut, Appetitlosigkeit, Gewichtsverlust, Muskelschwund, Palmarerythem, Vergrößerung der Parotis und Tränendrüsen, Männer: verminderte Rumpfbehaarung, Gynäkomastie, Hodenatrophie Progredienter Verlauf mit diversen Komplikationsmöglichkeiten, die schließlich zum Tod führen können: postsinusoidale portale Hypertension Ascites mit allen seinen Ursachen portocavale Anastomosen, Blutungen Kreislauf- und Nierenbelastung hepatorenales Syndrom (HRS) hepatische Encephalopathie, Leber-coma

30. Laborbefunde : Fettleber: oft leichte AST(SGOT) ALT(SGPT) (Bei alk. Zirrhose AST/ALT >2) evtl aP BR Bei fortgeschrittenem Umbau: Anämie (GI-Blutungen, Folsäure- und B12 Mangel) Splenomegalie, Acanthozytose durch Hypercholesterinämie, Thrombopenie (Hypersplenismus, Thrombopoetinmangel) evtl. Leukozytose (Hepatitis) oder Leukopenie (Hypersplenismus), PTZ verlängert, Albumin , γ-Globulin , Hyponatriämie, Hypokaliämie (Aldo) NH3, evtl. prärenale Azotämie Mg und Pi evtl 

32. Fettleber CYPs - ROS Zytokine Apoptose/Nekrose Entzündung Fibrose

33. Alcoholic liver damage and fibrogenesis MPT: mitochondrial permeability transition

34. Alkoholische Fettleber

35. Alkoholische Fettleber

36. Mallory-Körper

37. Alkoholische Zirrhose

38. Atrophie des Cortex

39. Atrophie des Kleinhirns

40. xx Porphyrien Störungen der Häm-Synthese und Bildung toxischer Zwischenprodukte

41. HÄM-Synthese: Bildung des Porphyrinringes aus 4 Pyrrolringen Lichtabsorption und Fluoreszenz durch konjugierte Doppelbindungen

42. HÄM-Synthese I 1. Mitochondriale δ-Aminoläevulinsäure (δALA)-Synthetase: Glycin + Succinyl-CoA δALA + CO2 Produkt-Hemmung 2. Zytoplasmatische δALA-Dehydrase führt zu Ringschluß und Bildung von Porphobilinogen (PBG).

43. HÄM-Synthese II Synthese von Uroporphyrinogen III und über Zwischenstufen schließlich von Protoporphyrin IX, in das Fe eingebaut wird

44. HÄM-Synthese 1. Mitochondriale δ-Aminoläevulinsäure (δALA)-Synthetase: Glycin + Succinyl-CoA δALA + CO2 Produkt-Hemmung (COOH-CH2-CH2-CO-CH2-NH2) 2. Zytoplasmatische δALA-Dehydrase führt zu Ringschluß und Bildung von Porphobilinogen (PBG). 3. PBG-Desaminase und Uroporphyrinogen (III) - Synthase Ac P Ac P P Ac Ac P 4 mögliche Isomere , praktisch nur Nr. III " " " " " " " " 4. Koproporphyrinogen III via UG-Decarboxylase M P M P P M M P 5. Protoporphyrinogen IX via KG-Oxydase M V M P P M M V 15 mögliche Isomere 6. Protoporphyrin IX via PG-Oxydase geeignetes Arrangement der Doppelbindungen 7. Häm via Fe-Chelatase

45. Formen der Porphyrien und zugeordnete Enzymstörungen Alternativprodukte der Hämsynthese entstehen bei Störung des Folgeschrittes: δALA Porhyrien: 4a 1. erythropoetische P PBG UGI, UPI 2. erythrohepatische ProtoP 1,3a 3. hepatische UGIII  UPIII, UGI, UPI 3a. akut intermittierende P 3b  3b. P. cutanea tarda KGIII  KPIII 3c. hered. Kopro-Porphyrie 3c  3d. P. variegata PGIX 4. erworbene P 3d  4a. Pb PPIX 4b. chlor. Phenole 2,4a  4c. symptomatische P Häm Definition der Porphyrien: Krankheiten mit vermehrter Ausscheidung von Porphyrinen in Harn und Stuhl

46. Hereditäre erythropoetische Porphyrie: Erythrodontie

47. Porphyria cutanea tarda

48. Symptome der Porphyrien (allgemein): • Photosensibilität • (fehlt, wenn nur δALA und PBG erhöht sind) • Excitation der Porphyrine bei ca 400 nm, Emission ca 600 nm •  Urticaria, Oedeme, Ulcera, Hämolyse • 2. neurologische Störungen • (insbes. neurotoxisch durch δALA und PBG, • auch durch Häm-Mangel) • zentral - peripher - vegetativ • psych. Veränderungen, Lähmungen • Koliken oder Obstipation • Tachycardie und Hypertonie • Polyurie (ADH-Störung)

49. Formen der Porphyrien: 1. Erythropoetische P (sehr selten) AR Störung der Erythroblasten  Anämie, Blasen an Haut, Verstümmelungen Fluoreszierende Erythrodontie 2. Erythrohepatische Protoporphyrie Gestörte Ferrochelatase, PPIX  in Haut und Leber  Leberinsuffizienz und Ikterus, Cholestyramin hilft 3. Hepatische Porphyrien ..-gene wasserlöslich, vor allem im Harn ..-ine schlecht wasserlöslich, vor allem im Stuhl   3 a, c, d sind klinisch ähnlich:: Anfälle von kolikartigen Schmerzen, Erbrechen, Obstipation, Parästhesien, Polyurie, Hypertonie ausgelöst durch Medikamente (und Alkohol) die P450 induzieren (Häm-Verbrauch/Mangel) Barbiturate, Meprobamat, Hydantoine, Halothan, Chloramphenicol, Sulfonamide keine Leberstörungen: Therapie: Hämatin, Noxe vermeiden 3 b: P. cutanea tarda vor allem Haut-Symptome, kaum neurologisch, da kein Häm-Defizit   α) genetisch bedingter UGIII-Decarboxylase-Mangel   ß) Enzymstörung bei alkoholischer Leberschädigung und bei erhöhtem Serum- und Leber-Eisen (gefördert durch Blei und Benzol) Therapie: Aderlässe um Eisen zu reduzieren, Chloroquin kann UIII komplexieren  Harn 4. Erworbene   4 a: Blei hemmt die δALA-Dehydrase ( δALA ; neurolog. Schäden) und die Ferrochelatase (alle P's ) Symptome aber besonders abdominell und neurologisch 4 b: chlorierte Phenole (z.B. bei Insektizidvergiftungen), Smptome ähnlich der P. cutanea tarda   4 c: symptomatisch: Uro- und Koproporphyrin bei vielen Krankheiten erhöht: Hepatitis, Cirrhose, Fettleber, Cholestase, Anämien, Infektionskrankheiten, Diabetes, Hämochromatose, hereditäre Hyperbilirubinämien (Dubin Johnson, Rotor), Tumore

50. Ikterus Skleren Ikterus / Hyperbilirubinämie