background image

Pathophysiology of the 

liver

background image

Mechanisms of cholestasis

Stasis of bile flow may result from three processes:

a) failure to secrete bile into the canaliculi, due to injury to 

hepatocytes and/or the canalicular membrane or altered 

function of the canalicular bile salt transporter;

b) increased permeability of the canaliculi, cholangiocytes 

and/or their tight junctions; and

c) mechanical obstruction of the biliary tree at any level. 

Diffuse injury to canalicular membranes causes loss of 

microvilli in dilated canaliculi which can be plugged by 

inspissated bile. There is impaired secretion of all 

components of bile.

background image

Classification of cholestasis

1. Canalicular Cholestasis

a. In drug-induced cholestasis, (phenothiazines, sulfonylureas)

b. In steroid- induced cholestasis (normal pregnancy, or treatment with 

synthetic estrogens, or with 17-a-alkyl anabolic steroids),

c. Postoperative cholestasis.

d. Other causes of canalicular cholestasis (severe infections with 

endotoxemia and/or septicaemia, total parenteral nutrition, and sickle cell 

anaemia crises).

2. Obstructive cholestasis

a. Obstructive intrahepatic cholestasis (primary biliary cirrhosis, sclerosing 

cholangitis and intrahepatic lithiasis; granulomas, lymphomas, metastatic 

nodules obstructing interlobular and larger intrahepatic bile ducts).

b. Obstructive extrahepatic cholestasis is most often caused by local lesions 

such as carcinoma of the pancreas, or by common bile duct stones or 

structures.

background image

HYPERBILIRUBINEMIA

• Hyperbilirubinemia is defined as a total bilirubin level greater 

than 1.5 mg/dL, an unconjugated level greater than 1 mg/dL, 

or a conjugated bilirubin level greater than 0.3 mg/dL.

• The causes of hyperbilirubinemia can be divided into 

problems of excess production and abnormal clearance. The 

concentration of bilirubin in plasma is directly related to the 

production rate of bilirubin and inversely related to hepatic 

and renal removal rates.

• In general, hyperbilirubinemia is separated into conjugated 

and unconjugated bilirubin excess. 

• This distinction is particularly helpful at low bilirubin 

concentrations and assists in determining which set of 

differential diagnoses should be sought.

background image

Unconjugated versus Conjugated 

Hyperbilirubinemia

background image

1. Pathophysiology of Unconjugated 

Hyperbilirubinemia

• Unconjugated hyperbilirubinemia, characterized by 

retention exclusively of UCB in the serum, without 

bilirubinuria, results from insufficient hepatic 

clearance and/or conjugation of the load of the UCB 

produced each day, and is subclassified according 

to the step(s) in bilirubin metabolism that are 

deranged.

• The most common aetiologies are:

 overproduction of unconjugated bilirubin due to disorders 

of red blood cells;

 impaired delivery of unconjugated bilirubin due to 

disturbances in hepatic circulation; and

 functional or hereditary defects in uptake, storage, or 

conjugation of bilirubin.

background image

Pathophysiology of Unconjugated 

Hyperbilirubinemia continued

a. Overproduction of bilirubin due to accelerated heme catabolism is a very 

common cause of unconjugated hyperbilirubinemia and often augments 

jaundice of other causes. Most often caused by hemolytic anemias. Diagnosis 

rests mainly on hematological studies.

b. Decreased delivery of bilirubin and other substances in plasma to the liver 

cells is the most common form of unconjugated jaundice. It is most often due 

to right-sided congestive heart failure and clears as the heart failure is 

controlled. Another major cause is portosystemic shunting, due to either 

cirrhosis or surgical anastomosis, which diverts the bilirubin formed in the 

spleen past the liver directly into the systemic circulation.

c&d. Diminished clearance (uptake and storage) of UCB is often due to 

competitive inhibition of these processes by drugs (e.g., rifampicin). The 

jaundice usually resolves within 2-3 days after the drug is discontinued. 

Hypothyroidism and febrile illnesses may impair hepatic storage capacity for 

UCB. Impaired uptake of UCB and other organic anions is also present in most 

patients with the hereditary disorder of conjugation, Gilbert's syndrome.

e. Impaired conjugation of bilirubin is usually due to hereditary defects, since 

the activity of UGT1A1 is preserved in hepatobiliary diseases, except in end-

stage cirrhosis or acute hepatic failure.

background image

Hereditary autosomal recessive 

disorders of UCB conjugation

Gilbert's syndrome is characterized by a chronic, mild, fluctuating 

unconjugated hyperbilirubinemia, caused by a polymorphism in the 

promoter of both gene alleles encoding UGT1A1. This very common 

hereditary defect leads to a 70-80% decrease in the expression 

and activity of UGT1A1. This, by itself, does not cause 

hyperbilirubinemia unless combined with overproduction and/or 

impaired uptake of bilirubin. Bilirubin production and/or clearance 

are further (reversibly) altered during fasting and stress, often 

unmasking or augmenting the severity of jaundice.

The Crigler-Najjar syndromes are two more severe, rare, hereditary, 

recessive deficiencies of UGT1A1.

In Type I, there is no detectable activity of UGT1A1 in the liver, and 

glucuronide conjugation of many drugs may be impaired also. 

Jaundice is severe from the neonatal period, and bilirubin 

encephalopathy is the rule if the patients are untreated.

In Type II, UGT1A1 activity is detectable but at less than 10% of 

normal levels. Jaundice begins usually in late childhood, is less 

severe, and seldom causes bilirubin encephalopathy.

background image

2. Pathophysiology of Conjugated 

Hyperbilirubinemia

Conjugated hyperbilirubinemia is characterized by retention principally of 

conjugated bilirubin in the serum.

Plasma UCB concentrations are elevated also, due in part to hydrolysis of retained 

conjugated bilirubins by tissue ß-glucuronidases, as well as by contributions 

from associated haemolysis and/or impairment of delivery, uptake, and storage 

of UCB.

Conjugated hyperbilirubinemia results from impairment of the canalicular secretion 

or biliary flow of conjugated bilirubins. Other organic anions, which share the 

same transport system as conjugated bilirubin, are also excreted poorly.

The retained conjugated bilirubins regurgitate through the hepatocytes, 

cholangiocytes and their weakened tight junctions into the space of Disse and 

thence via the lymph to the plasma.

The small fraction of retained conjugated bilirubins that is not bound to plasma 

albumin filters at the glomerulus, producing bilirubinuria; this is not only 

diagnostic of conjugated hyperbilirubinemia, but also constitutes the major 

alternate pathway for excretion of conjugated bilirubin and other organic anions 

in the face of reduced hepatobiliary excretion.

background image

2. Pathophysiology of Conjugated 

Hyperbilirubinemia continued

• In contrast to unconjugated hyperbilirubinemia, jaundice with bilirubinuria 

almost always results from significant hepatobiliary disease, and is 

classified further according to whether canalicular secretion or biliary flow 

is primarily impaired.

• Specific defects in canalicular secretion of bilirubin conjugates and other 

organic anions secreted by MRP2 are characteristic of the hereditary 

Dubin-Johnson and Rotor's syndromes, and common in hepatocellular 

diseases.

• Generalized defects in canalicular secretion, or biliary flow, produce 

cholestasis, in which there is also marked retention of bile salts.

• In all cases, the canalicular transporters, BSEP and MRP2, are dislocated 

into subapical vesicles where they can no longer export bile salts and other 

organic anions into bile.

• Dislocation of alkaline phosphatase to the basolateral membrane leads to 

regurgitation of this enzyme into the space of Disse and thence to plasma.

background image

Differential Diagnosis of Conjugated 

Hyperbilirubinemia –

Hepatocellular versus Cholestatic Jaundice

background image

Effects of hyperbilirubinemia

• Kernicterus in infants

• Renal failure

• Increased postoperative mortality and morbidity

• Decreased cardiovascular response to vasopressors

• Decreased adsorption of fat-soluble vitamins

• Pigmented gallstones

background image

Effects of cholestasis

• Impaired transport of bile salts, organic anions, and bile 

components (e.g., lipids, bilirubin)

• Pruritus

• Decreased amounts of bile acids in the intestinal lumen

Decreased absorption of fat-soluble vitamins (A, D, E, and K)
Decreased calcium absorption
Osteoporosis
Coagulopathy
Steatorrhea

• Decreased secretion cholesterol into bile

Hypercholesterolemia, increased lipoprotein X
Xanthomas, increased phospholipids
Altered erythrocyte membrane with hemolysis

• Stimulation of secretion or synthesis of

Alkaline phosphatase
5´-Nucleotidase
gGlutamyltransferase

background image

Cirrhosis of the Liver

• Cirrhosis of the liver is defined, pathologically, as 

widely distributed, irregular hepatic fibrosis with 

distortion of the lobular architecture and vasculature, 

resulting from persistent inflammation and/or 

parenchymal cell necrosis, combined with nodular 

regeneration.

• Cirrhosis always has three basic features:
a) destruction of liver cells;
b) replacement of groups of lobules, entire lobules, or 

parts of lobules with fibrous tissue;

c) nodular regeneration of the residual hepatic 

parenchyma.

background image

Cirrhosis of the Liver

• Cirrhosis is usually progressive, at a tempo which 

may be variable and intermittent.

• In the earlier stages, this is due to persistent or 

repeated damage to liver cells from the causative 

agent, but resorption of fibrous tissue and 

regeneration of hepatocytes may repair the 

damage and reverse the process if the offending 

agent is treated or removed.

• By contrast, in late stages of cirrhosis, the 

secondary distortion of the hepatic circulation may 

lead to chronic ischemia, with increasing fibrosis, 

continued cell loss and eventually liver failure.

background image

Clinical Consequences of Cirrhosis 1

a. Diminished hepatocytic synthetic capacity leads 

to hypoalbuminemia, deficiency of clotting factors, 

and (usually) hypocholesterolemia (except with 

chronic cholestasis).

b. Impaired oestrogen metabolism causes palmar 

erythema (red palms), spider angiomata, 

amenorrhea in females, complicated by alcohol- 

induced testicular atrophy and feminization in males.

c. Impaired detoxification/excretory function

combined with shunting of blood around the liver, 

causes jaundice, encephalopathy, and excessive 

responses to administered drugs.

background image

Clinical Consequences of Cirrhosis 

2

d. Altered metabolism of vasoactive substances leads to 

splanchnic vasodilatation, activation of the renin-

angiotensin-catecholamine system, sodium retention, 

ascites and oedema, and functional renal failure (hepato-

renal syndromes).

e. Portal hypertension and the compensatory development 

of portosystemic collateral circulation cause oesophageal 

varices (often with GI haemorrhage), splenomegaly with 

pancytopenia, and ascites (hypoalbuminemia contributes).

f. Bacterial overgrowth, with translocation of bacteria and 

toxins through the congested bowel wall into the portal 

system, leads to systemic infections and spontaneous 

bacterial peritonitis (infected ascites).

background image

Haemochromatosis

• Haemochromatosis is the commonest inherited liver disease in 

the United Kingdom.

• It affects about 1 in 200 of the population and is 10 times more 

common than cystic fibrosis.

• Haemochromatosis produces iron overload, and patients 

usually present with cirrhosis or diabetes due to excessive iron 

deposits in the liver or pancreas.

• The genetic defect responsible is a single base change at a 

locus of the HFE gene on chromosome 6, with this defect 

responsible for over 90% of cases in the United Kingdom.

• Genetic analysis is now available both for confirming the 

diagnosis and screening family members.

background image

Genes mutated in hereditary

haemochromatosis

background image

Haemochromatosis

• In haemochromatosis, iron accumulates first in the 

transferrin pool, manifested by a rise in serum 

transferrin saturation, and subsequently in tissue 

stores—especially the hepatic parenchyma—which is 

accompanied by a progressive increase in 

concentrations of serum ferritin.

• The clinical features of the disease arise as a result of 

the progressive accumulation of iron in the 

parenchymal cells of the liver, pancreas, heart, and 

anterior pituitary.

• In the absence of treatment to reduce iron 

concentrations, a characteristic pattern of tissue injury 

and organ failure can develop.

background image

Haemochromatosis

• In its most extreme form, the disease manifests as cirrhosis, 

hepatocellular cancer, diabetes mellitus, sexual dysfunction 

due to hypogonadotropic hypogonadism, cardiomyopathy, a 

destructive arthritis, and generalised skin pigmentation.

• This phenotype is now less frequently seen, however, than 

previously because of:

 increased awareness of iron overload and early diagnosis,

 genotyping done for family studies and screening 

programmes .

• There is an average delay of 10 years between onset of 

symptoms (lethargy, arthralgia) and diagnosis of 

haemochromatosis, because of the non-specific nature of 

the symptoms and because of the unfounded belief among 

health professionals that haemochromatosis is rare.

background image

Haemochromatosis

• Excess iron damages the liver, and presumably 

other parenchymal organs, by induction of 

oxidative stress and expression of cytokines, such 

as transforming growth factor  (TGF), which 

promote hepatic fibrosis.

• The chemical nature of the reactive iron species 

in cells is not known, but the presence of iron in 

the circulation in excess of that bound by plasma 

transferrin is well documented and is assumed to 

promote oxidative damage to the lipid component 

of cell membranes and intracellular organelles.

background image

Haemochromatosis

• The disease typically affects middle aged men. 

Menstruation and pregnancy probably account for 

the lower presentation in women.

• Patients who are homozygous for the mutation 

should have regular venesection to prevent 

further tissue damage. Heterozygotes are 

asymptomatic and do not require treatment. 

Cardiac function is often improved by venesection 

but diabetes, arthritis, and hepatic fibrosis do not 

improve.

background image

Presenting conditions in 

haemochromatosis

• Cirrhosis (70%)

• Diabetes (adult onset) (55%)

• Cardiac failure (20%)

• Arthropathy (45%)

• Skin pigmentation (80%)

• Sexual dysfunction (50%)

background image

Wilson's disease

• Wilson's disease is a rare autosomal recessive cause 

of liver disease due to excessive deposition of copper 

within hepatocytes.

• Abnormal copper deposition also occurs in the basal 

ganglia and eyes.

• The defect lies in a decrease in production of the 

copper carrying enzyme ferroxidase. 

• Unlike most other causes of liver disease, it is 

treatable and the prognosis is excellent provided that 

it is diagnosed before irreversible damage has 

occurred.

background image

Wilson’s disease

• Patients may have a family history of liver or 

neurological disease and a greenish brown 

corneal deposit of copper (a Kayser Fleischer 

ring), which is often discernible only with a 

slit lamp.

• Most patients have a low caeruloplasmin 

level and low serum copper and high urinary 

copper concentrations.

• Liver biopsy confirms excessive deposition 

of copper.

background image

Risk factors associated with formation 

of cholesterol gallstones

• Age > 40 years
• Female sex (twice risk 

in men)

• Genetic or ethnic 

variation

• High fat, low fibre diet
• Obesity
• Pregnancy (risk 

increases with number 

of pregnancies)

• Hyperlipidaemia
• Bile salt loss (ileal 

disease or resection)

• Diabetes mellitus
• Cystic fibrosis
• Antihyperlipidaemic 

drugs (clofibrate)

• Gallbladder dysmotility
• Prolonged fasting
• Total parenteral 

nutrition

background image

Charcot's triad of symptoms in severe 

cholangitis

• Pain in right upper quadrant

• Jaundice

• High swinging fever with rigors and 

chills

background image

HELLP

• HELLP (hemolysis, elevated liver tests, low platelets) syndrome and 

acute fatty liver of pregnancy should be considered in the differential 

diagnosis of abnormal liver tests in the second half of pregnancy, 

usually in the third trimester.

• In HELLP syndrome, patients have signs of pre-eclampsia as well as 

thrombocytopenia.

• Pre-eclampsia affects 3–10% of pregnancies, and HELLP syndrome 

occurs in 20% of patients with severe pre-eclampsia.

• The most common symptom is abdominal pain, but it occurs in only 

65% of affected patients.

• Many patients have no specific symptoms, and the condition is 

diagnosed when laboratory tests are done on patients with pre-

eclampsia.

• Renal failure or seizures (eclampsia) may complicate the pre-

eclampsia.

• As many as 30% of patients with HELLP present, or are diagnosed, 

after delivery.

• As with pre-eclampsia, the pathogenesis of this condition is unknown.

background image

HELLP

• Aminotransferase elevations are the hallmark of this 

syndrome, with AST elevations ranging from 70 to 6,000, 

with a mean of 250 in a large series.

• This is not a true hepatic failure, and the prothrombin time is 

normal except in the most severe cases complicated by 

disseminated intravascular coagulation.

• The thrombocytopenia may be modest to very severe.

• Most patients are not jaundiced, and the hemolysis is 

manifested as schistocytes and burr cells on peripheral 

smear.

• The liver biopsy shows the findings typical of pre-eclampsia: 

periportal hemorrhage and fibrin deposition. The severity of 

the histological changes is not uniformly reflected in the 

laboratory abnormalities, and biopsy is not usually needed 

for diagnosis.

• The differential diagnosis includes viral hepatitis or, rarely, 

ITP. Viral serologies are useful.

background image

Summary of main viral hepatitis 

characteristics

background image

Common symptoms of acute viral 

hepatitis

• Myalgia
• Nausea and vomiting
• Fatigue and malaise
• Change in sense of smell or taste
• Right upper abdominal pain
• Coryza, photophobia, headache
• Diarrhoea (may have pale stools and 

dark urine)

background image

Variations in the clinical course of

acute viral hepatitis

• Normal Convalescence: This is by far the most frequent 

course in Hepatitis A, B, and E. Recovery occurs in only 

about 15%-20% of patients with Hepatitis C.

• Acute, Fulminant, Massive Necrosis: Massive loss of 

hepatocytes with collapse of residual structures.

• Submassive Necrosis

• Chronic Hepatitis : common with HCV, but not a sequela of 

Hepatitis A or E. Occasionally, the acute hepatitis subsides 

but never totally heals and may even show intermittent 

acute relapses. Scattered focal liver cell death continues to 

occur, especially in the periportal region (piecemeal 

necrosis).

background image

Other biochemical or haematological 

abnormalities seen in acute hepatitis

• Leucopoenia is common ( < 5 x 10

9

/l 

in 10% of patients)

• Anaemia and thrombocytopenia

• Immunoglobulin titres may be raised

background image

Liver enzyme activity in liver disease

Hepatitis

Cholestasis or obstruction

“Mixed”

Alkaline
Phosphatase

Normal 

Raised 

Raised

γ glutamyl-
transferase 

Normal 

Raised 

Raised

Alanine
transaminase  Raised 

Normal 

Raised

background image

Types and modes of transmission of 

human hepatitis viruses


Document Outline