لدراسة كيفية تعامل الأمعاء الدقيقة مع الجسيمات ذات الأحجام المختلفة ، قمنا بتعديل طريقة راسخة في الجسم الحي لتحديد عبور الأمعاء الدقيقة.
حركة الجهاز الهضمي (GI) أمر بالغ الأهمية لعملية الهضم والامتصاص الطبيعية. في الأمعاء الصغيرة ، التي تمتص العناصر الغذائية ، تعمل الحركة على تحسين الهضم والامتصاص. لهذا السبب ، تشمل بعض أنماط الحركة في الأمعاء الدقيقة التجزئة لخلط المحتويات المضيئة والتمعج لدفعها. الخصائص الفيزيائية للمحتويات المضيئة تعدل أنماط حركة الأمعاء الدقيقة. التحفيز الميكانيكي للدوائر الحسية الميكانيكية GI عن طريق عبور محتويات اللمعان وحركية الأمعاء الكامنة تبدأ وتعدل أنماط محركات GI المعقدة. ومع ذلك ، فإن الآليات الحسية الميكانيكية التي تقود هذه العملية لا تزال غير مفهومة بشكل جيد. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى نقص الأدوات اللازمة لتشريح كيفية تعامل الأمعاء الدقيقة مع المواد ذات الخصائص الفيزيائية المختلفة. لدراسة كيفية تعامل الأمعاء الدقيقة مع الجسيمات ذات الأحجام المختلفة ، قمنا بتعديل طريقة راسخة في الجسم الحي لتحديد عبور الأمعاء الدقيقة. نحن غافارد الفئران الحية مع السائل الفلورسنت أو حبات الفلورسنت الصغيرة. بعد 30 دقيقة ، نقوم بتشريح الأمعاء لتصوير توزيع محتويات الفلورسنت عبر كامل الجهاز الهضمي. بالإضافة إلى القياسات عالية الدقة للمركز الهندسي ، نستخدم التجليد متغير الحجم والتحليل الطيفي لتحديد كيفية تأثير المواد المختلفة على عبور الأمعاء الدقيقة. لقد استكشفنا كيف تؤثر آلية “لمس الأمعاء” المكتشفة مؤخرا على حركة الأمعاء الدقيقة باستخدام هذا النهج.
الجهاز الهضمي البشري (GI) هو نظام عضو طوله عدة أقدام ، يتم تقريبه تقريبا كأنبوب بأبعاد وخصائص فيزيائية مختلفة1. مع تحرك المحتويات عبر طولها ، تتمثل الوظيفة الأساسية للجهاز الهضمي في امتصاص المواد المهمة للحياة. الأمعاء الدقيقة مسؤولة بشكل خاص عن امتصاص المغذيات. يتم تنظيم عبور الأمعاء الدقيقة بإحكام لتتناسب مع وظائف الهضم والامتصاص ، مما يؤدي إلى أنماط حركية مختلفة. وصف بايليس وستارلينغ “قانون الأمعاء”2 في عام 1899 ، مما يدل على برنامج الدفع الانقباضي في الأمعاء المعروف اليوم باسم المنعكس التمعجي. الجزء القريب من عقود البلعة الغذائية لدفعها إلى الأمام ، والجزء البعيد يرتاح لاستلامها. من الناحية النظرية، يمكن أن يكون هذا النمط وحده كافيا لنقل المواد عن طريق الإجهاض، ولكن أكثر من قرن من الأبحاث رسمت صورة أكثر تعقيدا للنشاط الانقباضي في الجهاز الهضمي. يتم التعرف على ثلاث فترات حركية الأمعاء الدقيقة في البشر: المجمع الحركي المهاجر (MMC) ، وفترة الصيام ، وفترة ما بعد الأكل3. تم الإبلاغ عن نفس الأنماط في الفئران 4,5. MMC هو نمط محرك دوري محفوظ عبر معظم الثدييات 6,7. يحتوي MMC على نمط مميز من أربع مراحل يعمل كعلامة سريرية مفيدة في اضطرابات الجهاز الهضمي الوظيفية7. والمراحل الأربع، حسب ترتيب حدوثها، هي: (أولا) السكون، و (ثانيا) الانقباضات غير المنتظمة ذات السعة المنخفضة، و (ثالثا) الانقباضات المنتظمة ذات السعة العالية، و (رابعا) فترة الانخفاض في النشاط7. يمثل MMC النمط الحركي الرئيسي لفترة الصيام3. MMCs من فترة الصيام مسح محتويات الأمعاء الدقيقة استعدادا للوجبة التالية.
يتم تحسين الأنماط الحركية لفترة ما بعد الأكل للوظائف الهضمية والاستيعابية3. بغض النظر عن تكوين السعرات الحرارية ، يكون العبور الأولي سريعا على طول الأمعاء الدقيقة ، وتنتشر المحتويات على طول الأمعاء ، ثم يتباطأ العبور لاحقا8. يتم تحسين الامتصاص عن طريق زيادة مساحة سطح التلامس وإبطائه لزيادة وقت الإقامة. بمجرد أن تكون العناصر الغذائية داخل التجويف ، يتكون النمط السائد من تقلصات غير منسقة قريبة (<2 سم) (تقلصات مجزأة) ، مع عدد قليل من الانقباضات ذات السعة الكبيرة المتراكبة التي تمتد على طول الأمعاء الدقيقة بالكامل (الانقباضات التمعجية)9. تخلط تقلصات التجزئة المحتويات داخل اللمعان في مكانها. تدفع الانقباضات التمعجية الكبيرة العرضية المحتويات نحو القولون.
يعتمد توقيت هذا الانتقال مرة أخرى إلى MMCs على حجم الطعام وتكوين السعرات الحرارية10. وبالتالي ، فإن عينات الأمعاء الدقيقة إشارات مضيئة لتنظيم وقت الانتقال بين فترات الحركة. الإشارات الميكانيكية ، مثل الخواص الفيزيائية للمحتويات المضيئة11 ، وحجم اللمعان ، وتوتر الجدار ، تشرك خلايا المستقبلات الميكانيكية في جدار GI12،13،14،15،16. في الواقع ، تؤدي زيادة المكون الصلب للوجبة إلى زيادة في عبور الأمعاء الدقيقة17. نحن نتوقع أن الخصائص الفيزيائية ، مثل الحالة السائلة أو الصلبة للمحتويات داخل اللمعان ، يجب أن تتفاعل مع مستقبلات ميكانيكية مختلفة بسبب القوى المختلفة التي تولدها على جدار GI18.
المعيار الذهبي لقياس عبور GI في الجسم الحي في البشر ، كما هو الحال في الفئران ، هو استخدام المقتفيات المشعة التي تقاس بالتصوير الومضاني عند خروجها من المعدة أو عبورها على طول القولون19,20. في الثدييات ، حلقات الأمعاء الدقيقة بطرق لا يمكن التنبؤ بها مما يجعل من الصعب تصوير الأمعاء الدقيقة في الجسم الحي بشكل موثوق ، ولكن يتم إحراز تقدم21. علاوة على ذلك ، هناك حاليا نقص في الأدوات اللازمة لتحديد كيفية تعامل الأمعاء الدقيقة مع الجسيمات ذات الخصائص والأحجام المختلفة. كانت نقطة البداية هنا تقنية قياسية ذهبية توحد دراسة عبور الأمعاء الدقيقة 22،23،24 ووظيفة الحاجز22. وهو يتألف من الفئران التي تحتوي على مادة فلورسنت ، في انتظار حركية الجهاز الهضمي لنقل المادة ، واستئصال الجهاز الهضمي ، وتقسيمه إلى عدة أقسام من المعدة إلى القولون ، والتقسيم ، وتجانس المحتويات داخل اللمعان لتحديد كمية التألق. لقد أجرينا تحسينين. أولا ، قمنا بتغيير تركيبة محتويات gavaged لتشمل الخرز المجهري الفلورسنت لتحديد كيفية توزيع الأمعاء الدقيقة للجسيمات الفيزيائية. ثانيا، قمنا بتحسين الدقة المكانية عن طريق تصوير الجهاز الهضمي بأكمله من المعدة إلى القولون خارج الجسم الحي واستخدمنا الربط متغير الحجم لتوحيد تحليلنا عبر الحيوانات. نفترض أن هذا يكشف عن رؤى جديدة في توازن الانقباضات الدافعة مقابل الانقباضات المجزأة خلال مرحلة ما بعد الأكل
تتطلب الجهاز الهضمي ، مثل الأعضاء الأنبوبية الأخرى ، مثل الأوعية الدموية ، أجهزة استشعار ميكانيكية ومؤثرات للحفاظ على التوازن26،27،28. ومع ذلك ، فإن الجهاز الهضمي فريد من نوعه من حيث أن الخصائص الفيزيائية للمواد التي تجتازه ليست ثابتة عبر ?…
The authors have nothing to disclose.
ونشكر السيدة ليندسي باسبي على المساعدة الإدارية والسيد جويل بينو على الدعم الإعلامي. دعمت منح المعاهد الوطنية للصحة هذا العمل: DK123549 وAT010875 وDK052766 وDK128913 ومركز Mayo Clinic لإشارات الخلايا في أمراض الجهاز الهضمي (DK084567).
C57BL/6J mice | Jackson Laboratory | 664 | other mice can be used with this protocol |
Dissection tools | n/a | n/a | |
Excel software | Microsoft | n/a | used for spreadsheet analysis |
Fluorescent Green Polyethylene Microspheres 1.00g/cc 75-90um – 10g | Cospheric | UVPMS-BG-1.00 75-90um – 10g | "smaller beads" in the manuscript |
Fluorescent Green Polyethylene Microspheres 1.00g/cc 180-212um – 10g | Cospheric | UVPMS-BG-1.00 180-212um – 10g | "larger beads" in the manuscript |
Gavage needles | Instech | FTP-18-50-50 | |
ImageJ software | n/a | n/a | used to extract fluorescence profile |
Laminated ruler paper (prepared in-house) | n/a | n/a | |
Methyl cellulose (viscosity: 400 cP) | Sigma | M0262 | |
Photoshop software | Adobe | n/a | used for image processing |
Rhodamine B isothiocyanate-Dextran | Sigma | r8881-100mg | "liquid" condition in the manuscript |
Xenogen IVIS 200 | Perkin Elmer | 124262 | In vivo imaging system |