Kísérletes módszerek a gyakorlatban 4.

A gasztroinesztinális traktus

http://web.szote.u-szeged.hu/expsur/index_e.htmAnimal experiments in Medicine

A GI traktus fő feladata:a víz, electrolit és a tápanyag ellátás

folyamatos biztosítása a szervezet számára

I. GI propulzió, bélmotilitásII. Emésztés

Emésztőnedv szekrécióLebontott tápanyagok, víz, elektrolit abszorpciója

III. Neuronális és hormonális reguláció

IV. GI vérkeringés, a felszívott tápanyagok szállítása

A bélfal rétegei:a/ Mucosa b/ Muscularis mucosa c/ Submucosad/ Tunica muscularis

cirkuláris (belső) izomréteglongitudinális (külső) izomréteg

e- Tunica serosa

I. GASZTROINTESTINÁLIS PROPULZIÓ, MOTILITÁS

A bél motorikus funkciója a bélfal izomrétegei által valósul meg.

A GI simaizom rétegek syncytiumfunkciója

1. A tunica muscularis izomrostjai gap junction kapcsolaton keresztül egymással összekötetésben állnak, közvetlen ionáramés elektromos vezetés valósul meg a rétegek között.

2. A kiváltott akciós potenciál így minden irányban tovaterjed.

Két alapvető típus :

A/ Lassú hullám (Slow wave)

B/ Spikes

A GI simaizomzat intrinsic elektromosaktivitása

1. A GI kontrakciók ritmusát a simaizommembránban képződő potenciál változás, a lassúhullámok (slow waves) frekvenciája határozza meg.

2. Nem tekinthetők akciós potenciálnak.

3. A nyugalmi membrán potenciál lassú, hullámzóváltozása, amelyet a mesenchymális eredetűpacemaker sejtek (Cajal féle intersticiális sejtek, ICC) generálnak.

A GI lassú hullámok

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 / epinephrin2. Sympathetic ideg stimuláció, norepinephrine

felszabadulással az idegvégződésekből;

A GI SIMAIZOM MOTOROS AKTIVITÁSA1. 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

Extracellularsensor

Computer

V. jugularis

Infúzió

Ag/AgCl extracellularis szenzor

GI motilitás monitorozás II.A bélizomzat kontrakciók mérése nyúlásmérő

bélyeg (strain gauge) szenzorral

Strain gaugeszenzor

Computer

V. jugularis

Infúzió

FSG-02 Force/displacement transducer for implantable

GI motilitás monitorozás II.A bélizomzat kontrakciók mérése nyúlásmérő

bélyeg (strain gauge) szenzorral

sec

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

V

-6

-4

-2

0

2

4

6

Original recording of colon motility in rat

A A bbéélmotilitlmotilitááss regisztrregisztráálláása sa éés s éértrtéékelkeléésese

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0

-4

-2

0

2

4

6

8

1 0

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0

-4

-2

0

2

4

6

8

1 0

Számított paraméterekKontrakciók frekvenciája →

Propulzió

Minimum pontok → Izomtónus

Kontrakciók amplitúdója →Intenzitás

Görbe integrál = Motilitási Index

TTööbb mint 10 billibb mint 10 billióó neuron neuron →→ „„BBééll--agyagy””

MotilitMotilitááss & & szekrszekréécicióó kkomplexomplex,, autonautonóóm neuronm neuronáálislisregulreguláácicióójaja;;

SSzzenenzzororosos, inter, inter--, , excitatorexcitatorikusikus ééss ggáátltlóó tipustipusúúneuronneuron elemekbelemekbőől l áállllóó hháállóózat;zat;

KKolinergolinerg transtranszzmissmisszziióó, amely , amely NonNon--CholinergCholinerg NonNon--AdrenergAdrenerg, , nitrergnitrerg éés s glutamglutamáátergterg neuronneuronáálislisfolyamatok befolyfolyamatok befolyáása alatt sa alatt ááll;ll;

III. A GI funkciIII. A GI funkcióó neuronneuronáálislis kontrollja:kontrollja:EnterEnteráálislis Idegrendszer (ENS)Idegrendszer (ENS)

Az enterális idegrendszera/ A bélfalban lokalizálódikb/ 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.

III. A GI funkció neuronális kontrollja

2. Submucosal vagy Meissner plexus

A submucosában lokalizálódik.

Az inner bélfal funkcióját, a GI epitheliumból eredőszenzoros 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 irányában3) 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 cirkulációa. Magába foglalja az alábbi szervek vérkeringését

vékony és vastagbélléppancreasmáj

b. Splanchnicus vénás keringés a v. portae-nkeresztül jut a májba

c. A vér a máj szinusoid rendszerén és a v. hepatica-nkeresztül 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

Közvetett mikrokeringés: mucosa pH / CO2 gap (Tonomitor katéter)

Véráramlásmérő

szenzor

Vélonybél biopsziaTonomitor katéter

Vénás/artériás kanül

Hemodinamika:- szegment artériás nyomás;- szegment vénás nyomás;- a. mesenterica superior véráramlás

Lokális keringési zavartrombózisstrangulációobstruktív ileussebészeti beavatkozás

Generalizáltkeringési zavar

kardiogén shockhypovolaemiás shockvasoreguláció zavara Szepszis

Mesenteriális ischaemia

Vékonybél nyálkahártyakárosodása

Bakteriális transzlokáció

A A MesenteriMesenteriáálislis HipoperfHipoperfúúzizióó

Nyálkahártya károsodás

Keringési elégtelenségKeringés ‘redistributio’

Szepszis

Gasztrointesztinális traktus Szöveti hipoxia

Regionális mikrokeringés monitorozása

A diagnosztika problémája:Hogyan mutassuk ki?

GASZTROTONOMETRIABoda & Murányi (Lancet 1959)

Gasztrointesztinális nyálkahártya perfúzióindirekt monitorozása

Gastro-tonometria

Indirekt Tonometria: az alapok

Sigmoid Tonomitor(ballonos)

2,5 ml

Fiziológiás só oldat

Equilibrálási idő: min. 30 perc„Statikus” mérőeszköz

A gasztrotonometria eszközeiBikarbonát puffer

0,2-0,3 ml

Equilibrálási idő: 5-6 percDinamikus mérés

Kapilláris TonomitorBoda és mtsai 2006

Levegő CO2mérés

kapnográffal

pCO2 HCO3⎯

[ ]

pHi= pKD + lg ————————————

0,03 x

Intramucosalis pH (pHi) meghatározás

Tonomitor minta: nyálkahártya pCO2 meghatározás;

Artériás vérminta:a vér pH és pCO2 alapján HCO3⎯ meghatározás;

Intramucosal pH

Time (min)-30 0 30 60 90 120 150 180 210 240

pHi

6,8

7,0

7,2

7,4

IR IPC Ketotifen+IPC

Ischemia **

*

*

**

# ##

*

*#

Ketotifen

Mesenteriális ischaemia-reperfúziókövetkezménye

CO2-gap

CO2-gap = pgCO2 – pACO2

pACO2= szisztémás artériás pCO2 tenzió

pgCOpgCO22= lok= lokáális (lis (tonomitortonomitor ááltal jelzett) szltal jelzett) szööveti pCOveti pCO22

Vérnyomásszenzor

Sublingualiskapilláristonometer

SzublingualisSzublingualis éés s intesztinintesztináálislis pCOpCO22--gap gap öösszehasonlsszehasonlííttáás s

CAPNOGRAPH

Intestinalis kapilláris tonometer

COCO22 gapgap vvááltozltozáás a s a szublingualisszublingualis mucosamucosa--banban

Time (min)-30 0 30 60 90 120 150 180 210 240

mmHg

0

10

20

30 Sham-operatedHaemorrhagic shock

Haemorrhagic shock Volume resuscitation

**

x

x

**

*

COCO22 gapgap vvááltozltozáás az s az intestinalisintestinalis mucosamucosa--banban

Time (min)-30 0 30 60 90 120 150 180 210 240

mmHg

0

10

20

30

40

50

Sham-operatedHaemorrhagic shock

Haemorrhagic shock Volume resuscitation

xx *

Intestinalis és sublingualis mucosa CO2-gapösszehasonlítás vérzéses shockban

Idő (perc)-30 0 30 60 90 120 150 180 210 240

%

50

100

150

200

250

300

350

vékonybél mucosa co2 gap Nyelv alatti mucosa co2 gap

Hemorrhagic shock Colloid resuscitation

Time (min)

Intestinal mucosal CO2-gapSublingual mucosal CO2-gap

Az intesztinális permeábilitás vizsgálómódszerei

• Gravimetriás analízis• Kapilláris permeabilitás• Epitheliális permeabilitás

Gravimetriaszövet mintavétel;Nedves-súly méréseSzárítás súlyállandóságig, majd száraz-súly mérés

Nedves / Száraz súly = ödéma becslése

*

* P<0.05

*

Intact region ofthe esophagus

Treated region ofthe esophagus

*

0

0

0

0

0

1

1

1

HCl+bile

*Saline

Bile*x x

Vascular permeability index

Fig. 2

HCl

Vasculáris/kapilláris permeabilitás

Intravénás befecskendezésPermeábilitás 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;

Meghatározása:Evans kék (EB) festékkel, amely a plazma fehérjékhez

kötődik

Permeabilitási index = EB szövetEB plazma

Time (min)180 190 200 210 220 230 240

Plasma-Na fluorescein/lumen-Na fluorescein kg-1 x 104

0

2

4

6

8

10

HCl+bile

Saline

Bile

x

**

**

*

**

x xxx

xx

x

x

x* *

**x

x

Fig. 3

* ** *

x x

xxHCl

Epitheliális permeabilitás

• 5 mg/ml NaFL beadása a vizsgálandóGI lumenbe;• Vénás vérminta vétel 10 percenként (a minta tárolása sötétben);• A NaFL koncentráció meghatározása spektroflurométerrel (ex: 455 nm, em: 515 nm);

“lumen - plazma” irányú permeábilitás változás mérése Na-fluoreszcein (NaFL) clearence

módszerrel

“lumen - plazma” NaFl clearence =plazma NaFL / lumen NaFL

Thermodilúcióskatéter

artéria & véna femoralis katéter

Obstrukció

ColonV. portae katéter

Strain gauge

Hemodinamikai mérések:Artériás nyomás: Statham transducer;Percrérfogat: Thermodilúciós módszer;

Cardiostar CO-100

Bélmotilitás: Strain gauge technika; Hemosys adatgyűjtőszámítógép

Biokémiai mérésekXOR aktivitás: spektrofluorometriás mérés

(Beckmann 1989)Myeloperoxidáz aktivitás: Kübler 1996;

Plazma nitrit/nitrát: Griess reakció

BBéélobstrukcilobstrukcióó -- acutacut modell modell

Colon Colon MotilityMotility Index Index

Time (min)0 60 120 180 240 300 360 420

Motility index

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

ObstructionCompound

FR

*

*

x

##

#

Obstruction+Compound FR

Sham-operated+Compound FRSham-operated

Obstruction

**

*

x

x

• TNBS= 2-, 4-, 6-trinitro-benzol-szulfonsav

• 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)

Krónikus bélgyulladás modelljea TNBS-modell

Álműtött Colitis

Colon Motility Index

Time(hr)16 17 18 19 20 21 22 23

Motility index

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

ControlColitis

Treatment

Tone of Colon

Time (hr)16 17 18 19 20 21 22 23

Tone (V)

-3

-2

-1

0

1

2

ControlColitis

Treatment

Köszönöm a figyelmet!