Capitolo 1

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Capitolo 1

Anatomia microscopica del fegato

Il fegato è l'organo viscerale più grande del corpo umano. Il suo peso varia tra 1.2 e 1.8 kg in relazione all'età e al sesso dell'individuo [1], rappresentando dal 2% al 5% circa del peso corporeo. È situato nel quadrante superiore dell'addome, al di sotto del diaframma. È una ghiandola anficrina, capace di svolgere, cioè, funzioni sia di tipo esocrino che endocrino-metabolico. Il fegato è, infatti, la più grande ghiandola esocrina extra-parietale, annessa al canale alimentare, in grado di secernere la bile che, tramite le vie biliari, viene riversata nel duodeno dove esplica una funzione fondamentale nella digestione dei grassi. Inoltre, questa ghiandola è considerata endocrina non perché produce specifici ormoni, ma per la sua capacità di riversare nel sangue numerose molecole frutto del proprio metabolismo, quali glucosio, proteine, lipoproteine, enzimi.

1.1 Descrizione morfologica

Dal punto di vista morfologico, il fegato ha un aspetto cuneiforme e si divide in due lobi, uno destro più grande e uno sinistro più piccolo (Figura 1.1). Il suo diametro traverso misura 26-28 cm, quello anteroposteriore 16-17 cm, mentre il diametro verticale massimo è circa 8 cm a livello del lobo destro [2]. Il colore rosso-brunastro intenso, che lo caratterizza, è dovuto alla notevole quantità di sangue in esso presente. La superficie del fegato è liscia e rivestita da una capsula connettivale fibrotica, detta capsula di Glisson, al di sopra della quale si estende il

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Capitolo 1: Anatomia microscopica del fegato

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peritoneo. Presenta due facce, una anterosuperiore, detta anche diaframmatica, e una posteroinferiore, detta anche viscerale. Su quest’ultima si estendono tre solchi: i due sagittali delimitano la fossa cistica che accoglie la cistifellea, organo adibito a deposito di bile, mentre quello trasverso costituisce l’ilo epatico, profonda apertura di diametro 1 cm e lunghezza 6-7 cm, che accoglie il peduncolo epatico costituito da vena porta, arteria epatica, dotto biliare, alcuni vasi linfatici e il plesso epatico di nervi [5]. A livello dell’ilo, il tessuto connettivo che costituisce la capsula di Glisson si inspessisce e penetra all’interno dell’organo, sostenendo e seguendo l’arborizzazione progressiva dei vasi suddetti.

Dal punto di vista istologico, il fegato è una ghiandola cordonale (o labirintica) poiché è costituita da cordoni di cellule parenchimali strettamente e complessamente intrecciate (Figura 1.4).

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1.2 Descrizione funzionale

Il fegato è interposto tra il circolo portale e quello della vena cava inferiore. In particolare, l’apporto di sangue al fegato ha un’origine duale, caratteristica unica del comparto epatico (Figura 1.2). Comprende la vena porta, formata dall’unione delle vene mesenterica superiore e splenica, e l’arteria epatica, ramificazione del tronco celiaco dell’arteria addominale. La vena porta, il cui calibro è inferiore a 13 mm, è un vaso afferente senza valvole che drena il sangue dal sistema capillare del tratto digerente (costituito da intestino, stomaco, pancreas e milza) e contribuisce all’apporto di sangue al fegato per il 75-80% [3]. Il sangue portale è ricco di nutrienti ma è considerato deossigenato, poiché contiene ossigeno solo per il 40% [1]. Il restante 20-25% dell’approvvigionamento di sangue proviene dall’arteria epatica e, a differenza di quello portale, è ben ossigenato [3]. Il ramo efferente della microcircolazione epatica è costituito dalla vena epatica, che drena il sangue deossigenato dal fegato verso la vena cava inferiore.

La peculiare architettura della microcircolazione epatica, descritta in precedenza, fa si che il corretto funzionamento del fegato sia di fondamentale importanza per garantire l’omeostasi metabolica dell’intero organismo. In particolare, il fegato svolge un ruolo primario nella regolazione del metabolismo energetico; partecipa attivamente a tutti i principali cicli metaboliti che coinvolgono le proteine, i lipidi e i glucidi del circolo sanguigno; sintetizza proteine, enzimi e co-fattori essenziali per i processi digestivi e per quelli generali dell’organismo; contribuisce ai processi di detossificazione ed eliminazione di una vasta gamma di molecole endogene ed esogene, tra cui numerosi farmaci. Tutte queste delicate e complesse funzioni, di cui si tratterà più in dettaglio nel Paragrafo 1.4, sono svolte dalle cellule parenchimali epatiche, gli epatociti.

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4 Figura 1.2: Microcircolazione epatica

1.3 L’unità morfo-funzionale del fegato: il lobulo epatico

Il fegato è un organo versatile. Come discusso nel paragrafo precedente, infatti, ha un ruolo importante sia nel mantenimento dell’omeostasi corporea sia nella detossificazione del sangue. Questo ha portato, durante l’evoluzione, a un’ottimizzazione della sua architettura a livello della più piccola unità funzionale, il lobulo epatico.

Il numero di lobuli epatici che costituiscono il fegato varia da 1 a 1.5 milioni e ognuno di questi ha una struttura piramidale a base esagonale con apice tronco, di diametro, approssimativamente, 1.1 mm e di altezza 1.7 mm circa [11]. Agli spigoli del lobulo ci sono le triadi portali, costituite dalle ramificazioni intraepatiche di arteria epatica, vena porta e dotto biliare (Figura 1.3). Il calibro delle diramazioni intraepatiche di arteria epatica e dotto biliare è mediamente 15 µm, mentre quello della ramificazione della vena porta è circa 40 µm [2, 12]. La

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struttura che percorre interamente l’asse del lobulo è la vena centrale (o centrolobulare), di diametro pari a 65 µm, dalla quale dipartono, a raggiera, cordoni di cellule parenchimali, gli epatociti, che si estendono fino al perimetro del lobulo e si connettono con i cordoni epatocitari dei lobuli adiacenti [6]. Tra i cordoni di epatociti s’insinuano i sinusoidi epatici, che sono i capillari del fegato. Nell’uomo, fino all’età di 5 anni, l’architettura lobulare è di tipo “muralium duplex” poiché i sinusoidi sono separati da due cordoni epatocitari; con la crescita, al fine di massimizzare gli scambi tra sangue e cellule, l’architettura diventa di tipo “muralium simplex”, cioè un solo cordone separa due sinusoidi epatici adiacenti [5].

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6 Figura 1.4: Sezione istologica del fegato di maiale; CV

indica la vena centrolobulare, mentre * indica lo spazio portale.

Il lobulo epatico è attraversato da due tipi di flusso, quello sanguigno e quello biliare [5] (Figura 1.5). Il sangue, proveniente direttamente dalla ramificazione della vena porta e indirettamente da quella dell’arteria epatica collegata mediante anastomosi al tratto portale [3], scorre nei sinusoidi in senso centripeto verso la vena centrolobulare. L’unione delle vene centrolobulari porta alla formazione di vene sublobulari che confluiscono nelle vene epatiche le quali, a loro volta, riversano il sangue nella vena cava. La bile secreta dagli epatociti si riversa all’interno dei canalicoli biliari, formati dalle superfici laterali degli epatociti contigui, e fluisce in direzione opposta a quella del sangue grazie alla contrazione delle pareti dei canalicoli stessi, mediata dal citoscheletro degli epatociti pericanalicolari [4]. Le superfici degli epatociti che delimitano un canalicolo biliare sono fornite di numerosi microvilli sporgenti nel lume, il cui diametro varia tra 0.5 µm, nella regione pericentrale, a 2.5 µm in quella periportale [2]. Dai canalicoli, la bile fluisce nei duttuli biliari per raggiungere la ramificazione intraepatica del dotto biliare nella triade portale e, da qui, il dotto biliare stesso.

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7 Figura 1.5: Flussi epatici

Figura 1.6: Schematizzazione della rete lobulare di sinusoidi e canalicoli biliari.

Da un punto di vista funzionale, il lobulo epatico può essere interpretato come un acino con il suo centro nella triade portale (Figura 1.7). Questo concetto tiene conto dei gradienti chimici che si formano nell’unità lobulare a causa della particolare configurazione cellulare e della direzionalità dei flussi, sanguigno e biliare [6]. Le dimensioni dell’acino dipendono dal calibro delle ramificazioni dei vasi portali.

La concentrazione ematica di ossigeno è più alta negli spazi portali e diminuisce progressivamente quando il sangue scorre nei sinusoidi verso la vena

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centrolobulare. Questa eterogeneità funzionale del lobulo può essere espressa dividendo l’acino epatico in tre zone concentriche:

 la zona 1, in prossimità degli spazi portali, è detta regione periportale ed è caratterizzata da un’elevata concentrazione di ossigeno (~ 60-70 mmHg [6]);

 la zone 2 è la regione mediolobulare;

 la zone 3, che circonda la vena centrolobulare, è la regione pericentrale in corrispondenza della quale si ha una carente ossigenazione (~ 25-35 mmHg [6]).

Indipendentemente dall’ossigenazione, l’acino è eterogeneo anche rispetto al metabolismo, cioè l’attività metabolica è minima negli epatociti prossimi alla regione della triade portale e aumenta nella regione pericentrale.

Figura 1.7: Rappresentazione dell’acino epatico; a destra, la suddivisione dell’acino in zone [Tratto da “Principles of Anatomy and Physiology” di Tortora G.J., John Wiley & Sons Editore].

1.3.1 Il sinusoide epatico

I sinusoidi epatici, come già detto in precedenza, costituiscono il letto capillare del fegato e rappresentano il comparto della microcircolazione epatica

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nel quale hanno luogo l’approvvigionamento di nutrienti da parte delle cellule e la rimozione di prodotti metabolici di scarto. Si differenziano dai capillari degli altri distretti corporei per l’assenza di diaframma e membrana basale [8].

I principali sinusoidi percorrono il lobulo epatico paralleli ai cordoni di epatociti e si estendono, in lunghezza, per un minimo di 223 µm fino a un massimo di 477 µm [2] (Figura 1.8 a). Comunicano tra di loro attraverso piccole interconnessioni sinusoidali. Il diametro sinusoidale aumenta da 7 µm nella regione periportale a 15 µm in quella pericentrale [3].

La parete sinusoidale consiste di quattro strati concentrici [9] (Figura 1.8 b). Lo strato più interno è uno strato di cellule mononucleate, le cellule di Kupffer (KC), che aderiscono al secondo strato costituito da cellule endoteliali sinusoidali (SEC). Il terzo è uno strato di cellule epatiche stellate (HSC). Lo strato più esterno è una guaina di fibrille di collagene che includono, occasionalmente, fibre nervose. La parete sinusoidale è separata dai cordoni epatici da una stretta intercapedine, detta spazio di Disse, di norma larga 0.5 µm, ma in grado di dilatarsi in condizioni di anossia fino a 5 µm [13, 14].

La caratteristica unica della parete dei capillari sinusoidali, come si può vedere dall’immagine SEM di Figura 1.9, è la presenza di pori dovuti al fatto che le cellule endoteliali sinusoidali non creano delle giunzioni tra di loro. Questo particolare tipo di endotelio è detto endotelio fenestrato. Il diametro dei pori varia tra 150 e 175 nm, valori influenzati dall’età e dalla specie di appartenenza. Solitamente sono raggruppati in cluster di 10-50 pori [3, 8].

La parete sinusoidale, quindi, è una sorta di “setaccio” non uniforme sulla lunghezza del sinusoide. Il numero di finestre per µm2, infatti,aumenta dalla zona periportale a quella pericentrale passando da 9 a 13; questo si traduce in un aumento della porosità della parete capillare dal 6% all’8%. Di contro, la dimensione del diametro delle finestre diminuisce dalla zona periportale a quella pericentrale [3, 8, 10].

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10 Figura 1.8: a) il sinusoide epatico; b) schema della parete sinusoidale da Vollmar et all. [3]. HC, epatociti; KC, cellule di Kupffer; SEC, cellule endoteliali sinusoidali. HSC, cellule stellate.

Figura 1.9: Lume di un sinusoide epatico di ratto da Vollmar et al. [3]

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 “setaccio selettivo” per le sostanze che passano dal sangue alle cellule parenchimali, e viceversa;

 “spazzino” che pulisce il sangue da molte diverse macromolecole di scarto che originano dai processi di turnover negli altri tessuti.

Le funzioni svolte dall’endotelio sinusoidale sono agevolate dal comportamento dinamico delle finestre, il cui diametro e numero varia in risposta a diversi ormoni, farmaci, tossine, malattie, ecc [8].

La Tabella 1.1, riportata di seguito, riassume le informazioni relative alle dimensioni delle principali strutture epatiche, tenendo conto della loro organizzazione gerarchica.

Tabella 1.1: Dimensioni delle principali strutture epatiche (Ø: diametro, #: numero)

Dimensioni Rif. Fegato ØTRAVERSO (cm) ØANTERO-POSTERIORE (cm) ØVERTICALE (cm) [11] 26÷28 16÷17 8

Lobulo epatico Ø (mm) Altezza (mm) [10]

1.1 1.7 Triade portale Arteria ØMEDIO (µm) Vena Porte ØMEDIO (µm) Dotto biliare ØMEDIO (µm) [2, 12] 15 40 15 Vena centrolobulare ØMEDIO (µm) [6] 65 Sinusoide epatico Lunghezza (µm) ØPERIPORTALE (µm) ØPERICENTRALE (µm) [2] 250 7 15 Endotelio fenestrato ØPORI (nm) #PORI / µm2 _[3,8, 10] 150÷175 9÷13

Spazio di Disse Larghezza (µm) [13, _14]

0.5

Canalicoli biliari ØPERIPORTALE (µm) ØPERICENTRALE (µm) [11]

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1.4 Principali cellule del fegato

Un singolo lobulo epatico contiene approssimativamente 105 cellule [11] che possono essere divise in due categorie:

 cellule parenchimali (componente primaria di un organo o tessuto), che rappresentano il 60% della popolazione cellulare;

 cellule non parenchimali (componente di “sostegno”), che ne costituiscono il restante 40%.

La frazione di cellule parenchimali consiste principalmente di epatociti. Questi hanno una forma cuboidale e la dimensione di ogni spigolo è pari, mediamente, a 25 µm (Tabella 1.2). Le dimensioni effettive, però, dipendono dalla posizione dell’epatocita stesso, cioè dalla zona del cordone epatico a cui appartiene [6].

Tabella 1.2: Dimensioni degli epatociti nei lobuli epatici [6]

Lunghezza (µm) Larghezza (µm) Profondità (µm)

25 ÷ 30 25 ÷ 30 20 ÷ 25

Gli epatociti svolgono la maggior parte delle funzioni fisiologiche comunemente associate al fegato. Queste possono essere divise in metaboliche, di sintesi, di riserva, cataboliche ed escretorie [4].

I processi che caratterizzano la funzione metabolica esplicata dagli epatociti sono principalmente tre e concorrono al mantenimento dell’omeostasi glucidica:

a. la glicogenosintesi, si innesca quando il livello ematico di glucosio supera una certa soglia e porta all’immagazzinamento, sotto forma di glicogeno, del glucosio in eccesso;

b. la glucogenolisi, che agisce in condizioni di digiuno per garantire il mantenimento del livello ematico di glucosio costante, consente la sintesi di glucosio dal glicogeno in precedenza accumulato nel fegato; c. la gluconeogenesi, agisce simultaneamente al processo descritto in

precedenza, ma la sintesi di glucosio avviene a partire da amminoacidi e lipidi.

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Gli epatociti sintetizzano la maggior parte delle proteine steriche, tra le quali la più importante è l’albumina, e molte proteine di legame per il ferro, il rame e la vitamina A. Gli epatociti sintetizzano anche i fattori della coagulazione, come la protrombina e il fibrinogeno.

Queste cellule, come descritto in precedenza, sono il sito di riserva di glicogeno dell’organismo, ma sono anche in grado di accumulare trigliceridi e vitamine liposolubili.

La capacità degli epatociti di catabolizzare sostanze endogene permette il mantenimento dell’equilibrio tra la loro produzione e la loro eliminazione, mentre la catalisi di sostanze esogene, come i farmaci, è alla base del processo di detossificazione che caratterizza il comparto epatico.

Il principale prodotto dei processi che caratterizzano la funzione escretoria delle cellule parenchimali è la bile, siero acquoso escreto a seguito del catabolismo dell’eme che svolge un ruolo importante nell’assorbimento di grassi a livello dell’intestino.

Alla categoria delle cellule parenchimali appartengono diversi tipi di cellule [4, 6]:

 le cellule endoteliali sinusoidali (SEC), che rivestono la parete dei sinusoidi epatici, regolano lo scambio di nutrienti tra il sangue sinusoidale e gli epatociti ed eliminano, all’occorrenza, molecole dannose sfruttando il meccanismo di endocitosi;

 le cellule di Kupffer (KC), anch’esse situate nella parete dei sinusoidi, svolgono una prima azione di difesa contro le infezioni poiché sono cellule del sistema immunitario;

 le cellule stellate (HSC) sono situate nello spazio di Disse, dove svolgono non solo la funzione di accumulo di grassi e vitamine, ma regolano anche il flusso sanguigno attraverso il sinusoide grazie alle loro proprietà contrattili;

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 i colangiociti, cellule epiteliali delle pareti dei canalicoli e dei dotti biliari, regolano la secrezione di bile e intervengono nella risposta immunitaria a livello epatico.