Kísérletes módszerek a gyakorlatban 4. A gasztroinesztinális traktus
http://web.szote.u-szeged.hu/expsur/index_e.htm Animal experiments in Medicine
A GI traktus fő feladata: a víz, electrolit és a tápanyag ellátás folyamatos biztosítása a szervezet számára I. GI propulzió, bélmotilitás II. Emésztés Emésztőnedv szekréció Lebontott tápanyagok, víz, elektrolit abszorpciója
III. Neuronális és hormonális reguláció IV. GI vérkeringés, a felszívott tápanyagok szállítása
I. GASZTROINTESTINÁLIS PROPULZIÓ, MOTILITÁS A bél motorikus funkciója a bélfal izomrétegei által valósul meg.
A bélfal rétegei: a/ Mucosa b/ Muscularis mucosa c/ Submucosa
d/ Tunica muscularis cirkuláris (belső) izomréteg longitudinális (külső) izomréteg e- Tunica serosa
A GI simaizom rétegek syncytium
funkciója 1. A tunica muscularis izomrostjai gap junction kapcsolaton keresztül egymással összekötetésben állnak, közvetlen ionáram és elektromos vezetés valósul meg a rétegek között. 2. A kiváltott akciós potenciál így minden irányban tovaterjed.
A GI simaizomzat intrinsic elektromos aktivitása Két alapvető típus : A/ Lassú hullám (Slow wave) B/ Spikes
A GI lassú hullámok 1. A GI kontrakciók ritmusát a simaizom membránban képződő potenciál változás, a lassú hullámok (slow waves) frekvenciája határozza meg. 2. Nem tekinthetők akciós potenciálnak. 3. A nyugalmi membrán potenciál lassú, hullámzó változása, amelyet a mesenchymális eredetű pacemaker sejtek (Cajal féle intersticiális sejtek, ICC) generálnak.
Membrán depolarizáló factorok: 1. Izom feszülés (stretching); 2. Parasympatikus ideg stimuláció, acetylcholine felszabadulással az idegvégződésekből; 3. Stimuláció GI hormonok által.
Membrán hyperpolarizáló factorok: 1. Norepinephrin / epinephrin 2. Sympathetic ideg stimuláció, norepinephrine felszabadulással az idegvégződésekből;
A GI SIMAIZOM MOTOROS AKTIVITÁSA 1. Izomkontrakció csak az AP megjelenésekor történik 2. Az AP (sorozat) gyakoriságát a lassú hullámok frekvenciája szabja meg 3. A kontrakciók ereje az AP sorozat frekvenciájától függ
GI motilitás monitorozás I. Elektro-Miográfia (EMG) A bélizomzat elektromos aktivitásának mérése extracellularis szenzorral
V. jugularis Infúzió
Extracellular sensor
Computer
Ag/AgCl extracellularis szenzor
GI motilitás monitorozás II. A bélizomzat kontrakciók mérése nyúlásmérő bélyeg (strain gauge) szenzorral
V. jugularis Infúzió
Strain gauge szenzor
Computer
GI motilitás monitorozás II. A bélizomzat kontrakciók mérése nyúlásmérő bélyeg (strain gauge) szenzorral FSG-02 Force/displacement transducer for implantable
Original recording of colon motility in rat V 6
4
2
0
-2
-4
-6 0
200
400
600
800
sec
1000
1200
1400
A bélmotilitás regisztrálása és értékelése 10
8
6
4
2
Számított paraméterek
0
-2
-4 0
200
400
600
800
10
9 Kontrakciók frekvenciája → Propulzió 9 Minimum pontok → Izomtónus
8
9 Kontrakciók amplitúdója → Intenzitás
6
4
9 Görbe integrál = Motilitási Index
2
0
-2
-4 0
200
400
600
800
III. A GI funkció neuronális kontrollja: Enterális Idegrendszer (ENS)
Több mint 10 billió neuron → „Bél-agy”
Motilitás & szekréció komplex, autonóm neuronális regulációja;
Szenzoros, inter-, excitatorikus és gátló tipusú neuron elemekből álló hálózat;
Kolinerg transzmisszió, amely Non-Cholinerg NonAdrenerg, nitrerg és glutamáterg neuronális folyamatok befolyása alatt áll;
III. A GI funkció neuronális kontrollja Az enterális idegrendszer a/ A bélfalban lokalizálódik b/ Két plexus alkotja 1. Myenterikus plexus, vagy Aurebach plexus, a tunica muscularis rétegében. Stimulációja fokozza : a/ A bélfal tonusát, b/ A ritmikus kontrakciók intenzitását, c/ A kontrakiók frekvenciáját, d/ Az áramvezetés sebességét. Gátolja: a pyloric sphincter működését.
2. Submucosal vagy Meissner plexus A submucosában lokalizálódik. Az inner bélfal funkcióját, a GI epitheliumból eredő szenzoros szignálokat kontrollálja; Szabályozza: a/ az intesztinalis szekréciót, b/ abszorpciót, c/ Muscularis mucosa kontrakcióit
A GI TRACTUS FUNKCIONÁLIS MOZGÁS TÍPUSAI A/ Propulsive B/ Keverő (Mixing) Perisztalzis alapja a propulsive mozgás. 1) Intestinálisl distensio kontraktilis gyűrűt hoz létre, amely disztálisan halad. 2) a bél relaxál az anus irányában 3) receptive relaxation, a myenteric reflex, vagy peristaltikus reflex révén. Peristaltic reflex + az anus irányában haladó mozgás = Law of The Gut.
PERISZTALTIKA
Perisztaltikus propulzió. A cirkuláris és a longitudinális izom rétegek váltakozó kontrakciója kaudálisan mozgatja a béltartalmat.
Mixing Contractions in the small Intestine. Rhythmic segmentation contractions to mix the intestinal content.
SEGMENTATION MOVEMENT OF THE SMALL INTESTINE
A propulzió mértékének meghatározása Rágcsálókban: Táplálék jelőlése Szudán vörös festékkel Faces mintagyűjtés az idő függvényében A festék extrakciója a mintákból A festék koncentráció meghatározása
IV. GI vérkeringés 1. Splanchnicus cirkuláció a. Magába foglalja az alábbi szervek vérkeringését vékony és vastagbél lép pancreas máj b. Splanchnicus vénás keringés a v. portae-n keresztül jut a májba c. A vér a máj szinusoid rendszerén és a v. hepatica-n keresztül jut a centrális vénás keringésbe
1-Portal vein 2-Splenic vein 3-Gastroduodenal vein 4-Cranial mesenteric vein 5-Caudal mesenteric vein 5’-Ileocolic vein 5’’-Middle colic vein 6-Left gastric vein 7-Right gastroepiploic vein 8-Cranial pancreaticoduodenal vein
Az intesztinális keringés szegmentális vizsgálata
Vélonybél biopszia
Tonomitor katéter
Vénás/artériás kanül
Véráramlás mérő szenzor
Közvetett mikrokeringés: mucosa pH / CO2 gap (Tonomitor katéter)
Hemodinamika: - szegment artériás nyomás; - szegment vénás nyomás; - a. mesenterica superior véráramlás
A Mesenteriális Hipoperfúzió Lokális keringési zavar trombózis z stranguláció z obstruktív ileus z sebészeti beavatkozás z
Generalizált keringési zavar z kardiogén shock z hypovolaemiás shock z vasoreguláció zavara
Mesenteriális ischaemia Vékonybél nyálkahártya károsodása Bakteriális transzlokáció Szepszis
Keringési elégtelenség Keringés ‘redistributio’
Gasztrointesztinális traktus Szöveti hipoxia
A diagnosztika problémája: Hogyan mutassuk ki?
Regionális mikrokeringés monitorozása
Nyálkahártya károsodás GASZTROTONOMETRIA Boda & Murányi (Lancet 1959)
Szepszis
Gasztrointesztinális nyálkahártya perfúzió indirekt monitorozása Gastro-tonometria
Indirekt Tonometria: az alapok
A gasztrotonometria eszközei Bikarbonát puffer 0,2-0,3 ml
2,5 ml
Levegő CO2 mérés kapnográffal
Fiziológiás só oldat
Sigmoid Tonomitor (ballonos) Equilibrálási idő: min. 30 perc „Statikus” mérőeszköz
Kapilláris Tonomitor Boda és mtsai 2006 Equilibrálási idő: 5-6 perc Dinamikus mérés
Intramucosalis pH (pHi) meghatározás pCO2
HCO3⎯
Tonomitor minta: nyálkahártya pCO2 meghatározás; Artériás vérminta: a vér pH és pCO2 alapján HCO3⎯ meghatározás; [
]
pHi= pKD + lg ———————————— 0,03 x
Mesenteriális ischaemia-reperfúzió következménye Intramucosal pH
pHi 7,4
# 7,2
# #
#
* 7,0
**
IR IPC Ketotifen+IPC
*
* *
6,8 Ketotifen -30
0
Ischemia 30
60
90
* 120
Time (min)
* 150
180
210
240
CO2-gap CO2-gap = pgCO2 – pACO2 pACO2= szisztémás artériás pCO2 tenzió pgCO2= lokális (tonomitor által jelzett) szöveti pCO2
Szublingualis és intesztinális pCO2-gap összehasonlítás Sublingualis kapilláris tonometer Vérnyomás szenzor Intestinalis kapilláris tonometer
CAPNOGRAPH
CO2 gap változás a szublingualis mucosa-ban mmHg
*x *x
30
Sham-operated Haemorrhagic shock
* 20
*
*
10
Volume resuscitation
Haemorrhagic shock
0 -30
0
30
60
90
120
Time (min)
150
180
210
240
CO2 gap változás az intestinalis mucosa-ban mmHg 50
x
*x Sham-operated Haemorrhagic shock
40
30
20
10 Haemorrhagic shock
0 -30
0
30
60
Volume resuscitation 90
120
Time (min)
150
180
210
240
Intestinalis és sublingualis mucosa CO2-gap összehasonlítás vérzéses shockban % 350
Intestinal mucosal vékonybél mucosaCO co22-gap gap
300
Nyelv alattimucosal mucosaCO co22-gap gap Sublingual
250 200 150 100 50
Hemorrhagic shock
-30
0
30
60
Colloid resuscitation 90
120
Time (min) Idő (perc)
150
180
210
240
Az intesztinális permeábilitás vizsgáló módszerei • Gravimetriás analízis
• Kapilláris permeabilitás • Epitheliális permeabilitás Gravimetria szövet mintavétel; Nedves-súly mérése Szárítás súlyállandóságig, majd száraz-súly mérés Nedves / Száraz súly = ödéma becslése
Vasculáris/kapilláris permeabilitás Meghatározása: Evans kék (EB) festékkel, amely a plazma fehérjékhez kötődik Intravénás befecskendezés Permeábilitás fokozódás esetén, a festék-fehérje komplex a szövetekbe jut; A komplex kimosása az erekből; A festék extrahálása a szövetből, formamid-dal; Evans kék spektrofotometriás meghatározása a vérből és a szövetből; Permeabilitási index = EB szövet EB plazma
Vascular permeability index 1
1
* **x * x
Saline Bile HCl+bile
1
HCl
*
0
0
0
0
* P<0.05 0
Intact region of the esophagus
Treated region of the esophagus Fig. 2
Epitheliális permeabilitás “lumen - plazma” irányú permeábilitás változás mérése Na-fluoreszcein (NaFL) clearence módszerrel • 5 mg/ml NaFL beadása a vizsgálandó GI lumenbe; • Vénás vérminta vétel 10 percenként (a minta tárolása sötétben); • A NaFL koncentráció meghatározása spektroflurométerrel (ex: 455 nm, em: 515 nm);
-1
Plasma-Na fluorescein/lumen-Na fluorescein kg x 10 10
8
*
x
*x
*
*x
x
HCl+bile
6
*x
Bile
4
*x *
2
x
*x *x
x
*x
*x
*x x
*x
*x HCl * Saline
0
“lumen - plazma” NaFl clearence = plazma NaFL / lumen NaFL
4
180
190
200
210
Time (min) Fig. 3
220
230
240
Bélobstrukció - acut modell Obstrukció Strain gauge
V. portae katéter
artéria & véna Hemodinamikai mérések: femoralis katéter Artériás nyomás: Statham transducer;
Percrérfogat:
Thermodilúciós módszer; Cardiostar CO-100
Bélmotilitás:
Strain gauge technika; Hemosys adatgyűjtő számítógép
Biokémiai mérések XOR aktivitás: spektrofluorometriás mérés Thermodilúciós (Beckmann 1989) katéter Colon Myeloperoxidáz aktivitás: Kübler 1996; Plazma nitrit/nitrát: Griess reakció
Colon Motility Index Motility index 2,5
Sham-operated Sham-operated+Compound FR Obstruction Obstruction+Compound FR
2,0
x
*x *x
1,5
1,0
*#
0,5 Compound FR
Obstruction
0,0 0
60
120
180
240
Time (min)
*#
#
* 300
360
420
Krónikus bélgyulladás modellje a TNBS-modell • TNBS= 2-, 4-, 6-trinitro-benzolszulfonsav • Egyszeri intracolonalis alkalmazás után – 8 hétnél tovább fennálló vastagbél fekélyek – Kiterjedt, transmuralis, granulomatosus vastagbélgyulladás – A humán IBD számos tünetét jól modellezi (Morris 1988, Wallace 1994)
Álműtött
Colitis
Colon M otility Index Control Colitis
M otility index
1,0
0,8
0,6
0,4
Treatm ent
0,2 16
17
18
19
20
Tim e(hr)
21
22
23
Tone of Colon
Control Colitis
Tone (V) 2 1 0 -1 -2 -3 Treatment
16
17
18
19
20
Time (hr)
21
22
23
Köszönöm a figyelmet!
