Estudando o Mecananosense do Intestino Delgado Urinário de Partículas Luminais
Summary
Para estudar como o intestino delgado lida com partículas de tamanhos variados, modificamos um método estabelecido in vivo para determinar o trânsito do intestino delgado.
Abstract
A motilidade gastrointestinal (GI) é fundamental para a digestão e absorção normais. No intestino delgado, que absorve nutrientes, a motilidade otimiza a digestão e a absorção. Por esta razão, alguns dos padrões de motilidade no intestino delgado incluem segmentação para mistura de conteúdo luminal e peristaltismo para sua propulsão. As propriedades físicas do conteúdo luminal modulam os padrões de motilidade do intestino delgado. A estimulação mecânica dos circuitos mecanossensoriais gastrointestinais pelo conteúdo luminal em trânsito e pela motilidade intestinal subjacente inicia e modula padrões motores GI complexos. No entanto, os mecanismos mecanossensoriais que impulsionam esse processo permanecem pouco compreendidos. Isto é principalmente devido à falta de ferramentas para dissecar como o intestino delgado lida com materiais de diferentes propriedades físicas. Para estudar como o intestino delgado lida com partículas de tamanhos variados, modificamos um método estabelecido in vivo para determinar o trânsito do intestino delgado. Nós gavagamos ratos vivos com líquido fluorescente ou minúsculas contas fluorescentes. Após 30 minutos, dissecamos os intestinos para obter imagens da distribuição do conteúdo fluorescente em toda a totalidade do trato gastrointestinal. Além das medições de alta resolução do centro geométrico, usamos binning de tamanho variável e análise espectral para determinar como diferentes materiais afetam o trânsito do intestino delgado. Exploramos como um mecanismo de “toque intestinal” recentemente descoberto afeta a motilidade do intestino delgado usando essa abordagem.
Introduction
O trato gastrointestinal (GI) humano é um sistema de órgãos de vários metros de comprimento, aproximadamente aproximado como um tubo de diferentes dimensões e propriedades físicas1. À medida que o conteúdo se move através de seu comprimento, a principal função do trato gastrointestinal é absorver substâncias críticas para a vida. O intestino delgado é especificamente responsável pela absorção de nutrientes. O trânsito do intestino delgado é rigidamente regulado para combinar com as funções de digestão e absorção, resultando em vários padrões de motilidade. Bayliss e Starling descreveram a “lei do intestino”2 em 1899, mostrando o programa de propulsão contrátil no intestino conhecido hoje como reflexo peristáltico; o segmento proximal ao bolo alimentar se contrai para impulsioná-lo para a frente, e o segmento distal relaxa para recebê-lo. Em teoria, esse padrão por si só poderia ser suficiente para transportar material aboricamente, mas mais de um século de pesquisa pintou um quadro mais complexo da atividade contrátil no trato gastrointestinal. Três períodos de motilidade do intestino delgado são reconhecidos em humanos: o complexo motor migratório (MMC), o período de jejum e o período pós-prandial3. Os mesmos padrões foram relatados em camundongos 4,5. A MMC é um padrão motor cíclico conservado na maioria dos mamíferos 6,7. A MMC tem um padrão característico de quatro fases que serve como um marcador clínico útil nos distúrbios gastrointestinais funcionais7. As quatro fases, em ordem de ocorrência, são (I) quiescência, (II) contrações irregulares e de baixa amplitude, (III) contrações regulares de alta amplitude e (IV) período de rampa para baixo de atividade declinante7. O MMC marca o principal padrão motor do período de jejum3. MMCs do período de jejum limpar o conteúdo do intestino delgado em preparação para a próxima refeição.
Os padrões motores do período pós-prandial são otimizados para as funções digestiva e absortiva3. Independentemente da composição calórica, o trânsito inicial é rápido ao longo do intestino delgado, o conteúdo é espalhado ao longo do comprimento do intestino e, posteriormente, o trânsito diminui8. A absorção é otimizada aumentando a área de superfície de contato e retardando-a para aumentar o tempo de residência. Uma vez que os nutrientes estão dentro do lúmen, o padrão dominante consiste em contrações descoordenadas próximas (<2 cm de distância) (contrações segmentadoras), com algumas contrações sobrepostas de grande amplitude abrangendo toda a extensão do intestino delgado (contrações peristálticas)9. As contrações segmentantes misturam o conteúdo intraluminal no lugar. As grandes contrações peristálticas ocasionais impulsionam o conteúdo em direção ao cólon.
O momento dessa transição de volta aos MMCs depende do volume de alimentos e da composição calórica10. Assim, o intestino delgado amostras pistas luminais para regular quando a transição entre os períodos de motilidade. Pistas mecânicas, como propriedades físicas do conteúdo luminal11, volume luminal e tensão da parede, envolvem células mecanorreceptoras na parede gastrointestinal 12,13,14,15,16. De fato, o aumento do componente sólido de uma refeição leva a um aumento no trânsito do intestino delgado17. Especulamos que propriedades físicas, como o estado líquido ou sólido dos conteúdos intraluminais, devem envolver diferentes mecanorreceptores devido às várias forças que geram na parede gastrointestinal18.
O padrão-ouro para medir o trânsito gastrointestinal in vivo em humanos, como em camundongos, é o uso de marcadores radioativos medidos por cintilografia à medida que saem do estômago ou transitam ao longo do cólon19,20. Em mamíferos, o intestino delgado circula de maneiras imprevisíveis, tornando o intestino delgado difícil de visualizar in vivo de forma confiável, mas o progresso está sendo feito21. Além disso, atualmente há uma falta de ferramentas para quantificar como o intestino delgado lida com partículas de propriedades e tamanhos variados. O ponto de partida aqui foi uma técnica padrão-ouro que padroniza o estudo do trânsito do intestino delgado 22,23,24 e da função de barreira 22. Consiste em gavagar camundongos com material fluorescente, aguardar a motilidade gastrointestinal para transportar o material, excisar o trato gastrointestinal, segmentá-lo em várias seções do estômago ao cólon, seccionar e homogeneizar o conteúdo intraluminal para quantificação da fluorescência. Fizemos duas melhorias. Primeiro, alteramos a composição do conteúdo gavado para incluir contas microscópicas fluorescentes para determinar como o intestino delgado distribui partículas físicas. Em segundo lugar, melhoramos a resolução espacial ao visualizar todo o trato gastrointestinal, do estômago ao cólon, ex vivo e usamos binning de tamanho variável para padronizar nossa análise entre os animais. Postulamos que isso revela novos insights sobre o equilíbrio das contrações propulsivas versus segmentadoras durante a fase pós-prandial.
Protocol
Representative Results
Discussion
O trato gastrointestinal, assim como outros órgãos tubulares, como os vasos sanguíneos, necessita de sensores mecânicos e efetores para manter a homeostase26,27,28. No entanto, o trato gastrointestinal é único na medida em que as propriedades físicas dos materiais que o atravessam não são constantes entre as refeições. Conteúdos intraluminais de várias propriedades físicas (sólido, líquido e gasoso) transitam pel…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos à Sra. Lyndsay Busby pela assistência administrativa e ao Sr. Joel Pino pelo apoio da mídia. As subvenções do NIH apoiaram este trabalho: DK123549, AT010875, DK052766, DK128913 e Mayo Clinic Center for Cell Signaling in Gastroenterology (DK084567).
Materials
| 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 |
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