FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO

1. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO Esta apresentação e outros materiais relacionados estão disponíveis nas páginas dedicadas às disciplinas de Graduação em meu WEBsite: www.cristina.prof.ufsc.br Porém, declaro aqui que nenhum recurso didático substitui a leitura de um bom livro-texto. Portanto, recomendo aqui títulos de livros-textos que satisfarão suas necessidades básicas para uma introdução ao estudo da Fisiologia Humana Profa. Dra. Cristina Maria Henrique Pinto Professora Associada III – CFS/CCB/UFSC Agosto/2012 Como citar este documento: PINTO, Cristina Maria Henrique. Fisiologia do Sistema Digestório. Disponível em: <http://www.cristina.prof.ufsc.br>. Acesso em: (coloque a data aqui)

2. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO • Introdução • Conceitos gerais • Os órgãos e estruturas relacionados à digestão • As grandes funções do Sistema Digestório • Os sistemas de regulação das funções do trato gastrointestinal (TGI) e principais mecanismos de transmissão de sinais no TGI

3. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO • Introdução • Conceitos gerais

4. Para quê precisamos comer? Para a reposição de água, substratos energéticos, vitaminas e sais minerais.

5. Mas porque comemos de tempos em tempos... ... reservamos substratos energéticos.

6. Tais reservas energéticas são armazenadas como formas complexas: TRIGLICERÍDEOS(ácidos graxos e glicerol) GLICOGÊNIO HEPÁTICO E MUSCULAR (glicose/lactato) PROTEÍNAS (aas glicogênicos)

7. Porém, você reparou do quê nós nos alimentamos? Da reserva de substratos energéticos complexos de outros animais e/ou de vegetais: • Glicogênio hepático e/ou muscular, amido, sacarose e lactose • Triglicerídeos (ácidos graxos e glicerol) - Proteínas(aas glicogênicos)

8. Portanto, a ingestão de formas complexas... ...exige a digestão de formas complexas e por/para isso... ...temos um Sistema Digestório tão complexo e eficiente.

9. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO • Introdução • Conceitos gerais • Os órgãos e estruturas relacionados à digestão

10. Os órgãos relacionados à digestão Modificado de: Vander, Sherman & Luciano, 2002, (apresentação extraída, enquanto disponível, de: http://www.biocourse.com )

11. O tubo digestório e suas principais estruturas Extraído de: Vander, Sherman & Luciano, 2002, (apresentação extraída, enquanto disponível, de: http://www.biocourse.com )

12. O tubo digestório e suas principais estruturas Os vilos do intestino delgado Modificado de: Vander, Sherman & Luciano, 2002, (apresentação extraída, enquanto disponível, de: http://www.biocourse.com )

13. O tubo digestório e suas principais estruturas Adaptado de Gershon e Erde, 1981. Figura extraída e modificada de: The Enteric Nervous System: A Second Brain, GERSHON, M. D. - Columbia University, 1999; extraído, enquanto disponível (2002) de: http://www.hosppract.com/issues/1999/07/gershon.htm - http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10418549?log$=activity

14. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO • Introdução • Conceitos gerais • Os órgãos e estruturas relacionados à digestão • As grandes funções do Sistema Digestório

15. As grandes funções do Sistema Digestório: Motilidade, secreção, digestão, absorção e defecação. Aires, 2012

16. As grandes funções do Sistema Digestório: Motilidade, digestão, secreção, absorção e excreção. Mascomo é possívelorganizar e regular/modular taisprocessos de maneiraeficiente? EXCREÇÃO Fisiologia Humana Silverthorn, 2010 Ed. Artmed

17. Conceitos gerais sobre a regulação das funções do TGI A regulação das funções do Sistema Digestório é realizada através de três mecanismos de transmissão de sinais no trato gastrointestinal: o neurócrino, o parácrino e o endócrino

18. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO • Introdução • Conceitos gerais • Os órgãos e estruturas relacionados à digestão • As grandes funções do Sistema Digestório • Os sistemas de regulação das funções do trato gastrointestinal (TGI) e principais mecanismos de transmissão de sinais no TGI

19. Os principais mecanismos de transmissão de sinais no trato gastrointestinal: NEURÓCRINO A regulação das funções é realizada através de neurônios que liberam/secretam seus neurotransmissores em sinapses ou, mais difusamente, nas varicosidades. Role of interstitial cells of Cajal in neural control of gastrointestinal smooth muscles. Ward, Sanders e Hirst 2004

20. Os principais mecanismos de transmissão de sinais no trato gastrointestinal: PARÁCRINO A regulação das funções é realizada por células especializadas (enterocromafins), presentes na mucosa (incluindo a lâmina própria) que secretam substâncias que difundem no interstício e atuam em células-alvo vizinhas a elas.

21. Os principais mecanismos de transmissão de sinais no trato gastrointestinal: PARÁCRINO Percepção visceral: transdução sensorial em aferentes viscerais luz do ID lâmina própria céls. da mucosa terminação nervosa aferente primária co-transportador cél. enterocromafim SGLT-1 (luminal) GLUT-2 (basolateral) principal consequência: inibição temporária do esvaziamento gástrico (reflexo enterogástrico e/ou vago-vagal) A working model showing how luminal hexoses signal to primary afferents. GLUT, glucose transporter; SGLT, sodium-glucose cotransporter; 5-HT, serotonin. from:   Raybould, 2002

22. Os principais mecanismos de transmissão de sinais no trato gastrointestinal: ENDÓCRINO A regulação das funções é realizada através de hormônios secretados por células entero-endócrinas presentes na mucosa (lâmina própria) que, através da corrente sangüínea, atuam em células-alvo à distância, incluindo o SNC. ME de uma cél. enteroendócrina repleta de grânulos de secreção entre o núcleo e a membrana basal. Também, estão presentes numerosos microvilos na superfície apical da célula (do tipo “aberta” em contato com a luz da mucosa)  Junqueira e Carneiro, 2010 Célula enteroendócrina (céll “G”), secretora de Gastrina Boston Univ./Medical Histology

23. Os principais mecanismos de transmissão de sinais no trato gastrointestinal: ENDÓCRINO Hormônios gastrointestinais e suas principais funções fisiológicas. O trato gastrointestinal libera diversos hormônios, incluindo a ghrelina e gastrina (estômago), insulina, glucagon, polipeptídeo pancreático e amilina (pâncreas), colecistoquinina, secretina, GIP e motilina (intestino delgado), GLP-1, GLP-2, oxintomodulina e PYY3–36 (intestino grosso). Estes hormônios sinalizam para o sistema nervoso periférico e central, regulando assim, um grande número de processos biológicos. “Gut hormones and the regulation of energy homeostasis” Kevin G. Murphy and Stephen R. Bloom Nature 444, 854-859, 2006. http://www.nature.com/nature/journal/v444/n7121/fig_tab/nature05484_F2.html

24. Os principais mecanismos de transmissão de sinais no trato gastrointestinal: ENDÓCRINO

25. Os principais mecanismos de transmissão de sinais no trato gastrointestinal: Embora as influências neurócrina, parácrinae endócrina possam ocorrer em locais e momentos diferentes, durante o processo de digestão, estas ocorrem simultaneamente, de maneira integrada e complementar…

26. Os principais mecanismos de transmissão de sinais no trato gastrointestinal: INTERAÇÃO DO SISTEMA MERVOSO COM O ENDÓCRINO E/OU PARÁCRINO NO SISTEMA GASTROINTESTINAL Aires, 2012

27. Os principais mecanismos de transmissão de sinais no trato gastrointestinal: Exemplo de integração da regulação neurócrina, parácrina e endócrina A ACETILCOLINA (“A”), A HISTAMINA (“H”) , O GRP E A GASTRINA (“G”) ESTIMULAM A SECREÇÃO ÁCIDA GÁSTRICA GRP : peptídeo liberador de gastrina

28. Os principais mecanismos de transmissão de sinais no trato gastrointestinal: Regulação neurócrina das funções do TGI Role of interstitial cells of Cajal in neural control of gastrointestinal smooth muscles. Ward, Sanders e Hirst 2004

29. Regulação neurócrina das funções do TGI Inervação intrínseca: o sistema nervoso entérico (SNE) “...O sistema nervoso entérico (SNE) é composto por dois plexos de gânglios. O maior deles, plexo mioentérico, situado entre as camadas musculares longitudinal e circular da camada muscular externa, contém neurônios responsáveis pela motilidade (...). O menor, plexo submucoso, contém células sensoriais que “se comunicam” com neurônios do plexo mioentérico, assim como fibras motoras que estimulam as secreções das células epiteliais do lúmen da víscera. Outra característica anatômica de destaque inclui fibras parassimpáticas (vagais) chegando ao tgi no mesentério, simpático perivascular eferente ao tgi, e plexo subepitelial de fibras na lâmina própria da mucosa (...)” Adaptado de Gershon e Erde, 1981. Figura extraída e modificada de: The EntericNervous System: A SecondBrain, GERSHON, M. D. - Columbia University, 1999; extraído, enquanto disponível (2002) de: http://www.hosppract.com/issues/1999/07/gershon.htm - http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10418549?log$=activity

30. Regulação neurócrina das funções do TGI Inervação intrínseca: o sistema nervoso entérico (SNE) O Sistema Nervoso Entérico (SNE) é a terceira divisão do Sistema Nervoso Autônomo (SNA) e seus neurônios são intrínsecos ao tubo digestório. É composto por dois plexos principais, que consistem em grupos de corpos celulares (gânglios) e suas fibras, todas originadas na parede do tubo digestório (a figura acima se refere ao intestino delgado). O plexomioentérico fica situado entre a camada muscular lisa circular (ou interna) e a lisa longitudinal (ou externa), e o plexo submucoso fica localizado na submucosa, ambos desde o 2/3 do esôfago até o canal anal. Os neurônios dos dois plexos estão conectados por fibras interganglionares. Koeppen & Stanton, 2009

31. Regulação neurócrina das funções do TGI Inervação intrínseca: o sistema nervoso entérico (SNE) Veja mais sobre este assunto através de animações em hipermídia, on-line e gratuitas, em “InteractivePhysiology” (website seguro): http://www.interactivephysiology.com/login/digestdemo/systems/buildframes.html?digestive/contdig/01

32. Regulação neurócrina das funções do TGI Tipos de neurônios (SNE) e outras células encontrados no TGI Tipos de neurônios do sistema nervoso entérico. 1. interneurônio (ou associativo); 2. neurônio motor excitatório da musculatura longitudinal; 3. neurônio aferente primário intrínseco mioentérico; 4. neurônio motor inibitório da camada muscular longitudinal; 5. neurônio intestinofugal (sensorial); 6. célula intersticial de Cajal associada ao plexo mioentérico; 7. neurônio motor excitatório da camada muscular circular; 8. neurônio motor inibitório da camada muscular circular; 9. célula intersticial de Cajal da camada muscular circular; 10. neurônio colinérgico secretomotor (não vasodilatador); 11. neurônio secretomotor colinérgico; 12. neurônio colinérgico vasomotor; 13. neurônio aferente primário submucoso; 14. célula mucosa; 15. célula enterocromafin. PVG, gânglio pré-vertebral. Mazzone & Farrugia, 2007 (Adapted from Furness JB. The enteric nervous system. Blackwell Publishing: Oxford, UK; 2006; p. 30)http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0889855307000635 Caso interesse, solicite uma cópia em pdf.

33. Regulação neurócrina das funções do TGI Neurônios (e fibras nervosas) em um gânglio intramural do SNE. Extraído de: Pocock & Richards, 2009: http://www.cristina.prof.ufsc.br/v2/equilibrio_homeostase/pocock_richards_2009_oup_cellsandtissues_cap6.pdf

34. Regulação neurócrina das funções do TGI Gânglio do Sistema Nervoso Entérico com neurônios marcados por diferentes técnicas imuno-histoquímicas. ChAT: neurônios colinérgicos, NOS: neurônios que contém NO-sintase; NPY: idem para neuropeptídeo Y; SP: idem para substância P; ChAT/NPY: neurônio com dupla marcação para ChAT e NPY (colocalização); ChAT/SP: idem para ChAT e SP (colocalização) e NOS/NPY: idem para NO-sintase NPY (colocalização).

35. Regulação neurócrina das funções do TGI Neurônios motores podem ser excitatórios ou inibitórios Existem basicamente dois tipos de neurônios motores no SNE: excitatório (sua ativação induz contração muscular) e neurônio motor inibitório (sua ativação induz relaxamento muscular). Cada um deles contém um tipo de neurotransmissor. Repare que não há sinapses mas sim varicosidades. Papel importante dos neurônios motores inibitórios: inibição do espalhamento de atividades motoras deflagradas por células marcapasso (IC Cajal) somente em áreas sem atividade de esfíncter. O VIP (peptídeo intestinal vasoativo) é um neuromodular inibitório. Extraído, enquanto disponível, de: http://medweb.bham.ac.uk/research/toescu/Teaching/GIT/OutlineDetailsMeds.htm#anchor225964

36. Regulação neurócrina das funções do TGI Micrografia eletrônica de varredura do plexo mientérico do intestino delgado de rato * Células intersticiais de Cajal (ICC) célula muscular lisa (fibras verticais) gânglio gânglio Dois grandes gânglios do SNE (G) contendo neurônios, fibroblastos e células da glia. Abaixo e entre estes, está a camada muscular circular com células musculares lisas circular (M), cursando verticalmente. Células intersticiais de Cajal – ICC (asteriscos) recobrem as células musculares lisas e os gânglios, cujos processos fazem contato íntimo entre si e com as células musculares lisas. Algumas ICC são também associadas aos gânglios. Extraído de “Neuromuscular transmission in the gastrointestinal tract”

37. Regulação neurócrina das funções do TGI Neurônios motores do SNA liberam seus neurotransmissores nas varicosidades varicosidades varicosidades http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1546509810030086

38. Regulação neurócrina das funções do TGI Exemplo simplificado de reflexos intrínsecos do sistema nervoso entérico: onda peristáltica A estimulação mecânica ou química na mucosa intestinal ou o estiramento da camada muscular externa tipicamente eliciam, na camada muscular circular, a contração acima e o relaxamento abaixo do ponto de estimulação. A figura ao lado representa um circuito neural simplificado que seria responsável por tal reflexo. No centro da figura, existem dois neurônios sensoriais: o sensível a estiramento cujo soma se encontra no plexo mioentérico e o neurônio quimio ou mecanossensível cujo soma, neste exemplo, se encontra no plexo submucoso. A estimulação de um ou de ambos os neurônios sensoriais promove a ativação de excitação ascendente (oral) e de inibição descendente (anal) da contração muscular da camada muscular circular. O estímulo da mucosa evoca a liberação de serotonina (5-HT) pela cél. enterocromafin parácrina (EC cell) na mucosa. Neurônios sensoriais são estimulados pela 5-HT. Os neurônios sensíveis ao estiramento, por outro lado, respondem diretamente ao estiramento da região. Neurônios sensoriais liberam predominantemente o peptídeo relacionado ao gene da calcitonina (CGRP) sobre os interneurônios do plexo entérico. Observação: os autores omitiram no exemplo a contração simultânea da camada muscular longitudinal, fundamental para o deslocamento do alimento e, portanto, à eficiência do movimento peristáltico . Aires, 2012

39. Regulação neurócrina das funções do TGI MODELO CONCEITUAL SIMPLIFICADO DO SISTEMA NERVOSO ENTÉRICO E A REGULAÇÃO DAS FUNÇÕES DO TGI modificado de: http://library.med.utah.edu/physio/5200GI_lectures/motility.swf

40. Regulação neurócrina das funções do TGI Organização do SNE e suas relações com o SN Parassimpático e Simpático Para simplificação, os plexos mioentérico e submucoso foram combinados. Os sítios de alguns neurotransmissores são conhecidos; alguns são excitatórios (+), outros, inibitórios (-). NE: noradrenalina e Ach: acetilcolina; T1-L3 ou S2-S4: segmentos medulares. Reproduzido de Kiernan J. A. (1998) “Barr´s The HumanNervous System: anAnatomicalViewpoint” 7th ed., Philadelphia, Lippincott, Willians & Wilkins

41. Regulação neurócrina das funções do TGI O Parassimpático e o Simpático modulam as atividades do tudo digestório através do S.N. Entérico Aires, 2012

42. Regulação neurócrina das funções do TGI O S. N. Parassimpático (via vago, p. ex.) influencia as atividades do TGI através dos neurônios do SNE. A ativação vagal estimula múltiplas respostas celulares via neurotransmissores

43. Sinais aferentes (sensoriais) do TGI trafegam através de fibras parassimpáticas e simpáticas aferência sensorial relacionada aos reflexos de alça longa. Exemplos: relaxamento receptivo gástrico e reflexo gastrocólico aferência sensorial relacionada à sensação de dor e/ou desconforto aferência sensorial relacionada aos reflexos de alça curta (reflexos locais) The afferent neurons of the digestive tract. Two classes of intrinsic primary afferent neuron (IPAN) have been identified: myenteric IPANs that respond to distortion of their processes in the external muscle layers and, via processes in the mucosa, to changes in luminal chemistry, and submucosal IPANs that detect mechanical distortion of the mucosa and luminal chemistry. Extrinsic primary afferent neurons have cell bodies in dorsal root ganglia (spinal primary afferent neurons) and vagal (nodose and jugular) ganglia. Spinal primary afferent neurons supply collateral branches in prevertebral (sympathetic) ganglia. Intestinofugal neurons are parts of the afferent limbs of entero-enteric reflex pathways. LM, longitudinal muscle; CM, circular muscle; MP, myenteric plexus; SM, submucosa; Muc, mucosa. Nerve endings in the mucosa can be activated by hormones released from entero-endocrine cells (arrows). Adapted from Furness et al., 1998. Extraído de Furness, 2004. Caso interesse, Ssaiba mais sobre o SNE nesta revisão

44. DIVISÕES SIMPÁTICA E PARASSIMPÁTICA

45. INERVAÇÃO EXTRÍNSECA DO TGI Clique e realize esta animação em uma página à parte... Extraído, enquanto disponível, de http://www.mmi.mcgill.ca/mmimediasampler2002/

46. Revise os principais conceitos sobre os Nervos Cranianos, incluindo o VAGO (X) aqui. Central Nervous System - Visual Perspectives - Atlas em 3D e interativo "(...) illustrates the spatial dimension of the human brain and stimulates interaction with the object being studied, something which is not a standard feature of illustrations and atlases (...)". KarolinskaInstitutet, A Medical University, Stockholm, Sweden. Acessogratuito.

47. Durante a alimentação, ocorrem também influências importantes do TGI sobre o SNC, em especial o controle do apetite e da saciedade. Percepção visceral: exemplo de regulação de funções extra-gastrointestinais estimulação da saciedade pelas aferências vagais e CCK Gastrointestinal signals regulate food intake. The majority of signals from the GI tract regulate the size of individual meals. Mechanoreceptors quantitating stretch of the stomach, and chemoreceptors activated by nutrients in the GI tract, transmit information via vagal and sympathetic afferents to the hindbrain nuclei. This information is then transmitted to the hypothalamus and other forebrain structures for integration with additional signals regulating food intake. Vagal afferents from the liver signal the presence of specific nutrients. Glucose and ketones act as signals to the CNS directly on responsive neurons in the hypothalamus. Gastrointestinal hormones such as CCK bind receptors in the liver to activate vagal afferents, or access the CNS via the circulation. Other hormones such as GLP-1 inhibit feeding by slowing gastric emptying. http://endotext.org/obesity , 2002 SACIEDADE aferência vagal em resposta à estimulação de: -quimioceptores -mecanoceptores (distensão gástrica) aferência vagal em resposta à estimulação pela CCK no ID (efeito parácrino)

48. Fisiologia do Sistema Digestório Veja animações on-line sobre o assunto: • Encontremaisrecursosem: • - Vídeos educativos da UFRJ-NUTES, disponíveis no YouTube na página do Prof. Leopoldo DeMeis, dentre eles: "O trânsito digestivo" • Portal do livro “Hole's Human Anatomy & Physiology (Shier et al., 2009), 12th Edition: Digestive System e Nutrition and Metabolism • WEBsite da Profa. Cristina: “Material Didático”/”SistemaDigestório”

49. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO Títulos das demais apresentações disponíveis: • Introdução ao estudo do sistema digestório (SD) • Movimentos observados no trato gastrointestinal (TGI) • Secreções do TGI • Digestão e absorção dos principais nutrientes de uma dieta ideal