Sistema digestivo: Regulación hormonal de la función gastrointestinal

Guía para el alumno En esta actividad se requiere que el alumno identifique una hormona desconocida, basándose en mediciones obtenidas en ratas virtuales en las que se monitorizan diferentes secreciones exocrinas, la glucemia y la fuerza de contracción en diferentes segmentos del tracto gastrointestinal. Objetivo.

1. Integrar conceptos de fisiología endocrina y fisiología gastrointestinal. 2. Conocer las hormonas que regulan la función gastrointestinal. 3. Comprender los efectos de las hormonas que regulan la función gastrointestinal. 4. Promover el trabajo en equipo. 5. Que el alumno aplique el pensamiento analítico para resolver un problema.

Cuestionario. ¿Cuáles son los órganos accesorios del tracto digestivo y cuál es su función? ¿En dónde se producen y cómo ejercen su efecto la gastrina,la secretina, la colecistocinina (CCK) y el péptido inhibidor gástrico (GIP)? ¿En qué parte del sistema GI ocurre la mayoría de la digestión y absorción de nutrientes? ¿Cuál es la importancia de la vena porta? ¿Qué otras hormonas se liberan por el tracto gastrointestinal? ¿Cuál es la función del HCl y del bicarbonato liberados en el tracto gastrointestinal? Introducción. El tracto gastrointestinal consiste en la boca,el esófago, el estómago,el intestino delgado, el colon y el ano. Su función principal es transportar la comida a una velocidad que permita la digestión y absorción de nutrientes necesarios para generar la energía necesaria para el funcionamiento adecuado del cuerpo. En la boca comienza la digestión mecánica. Ahí las glándulas salivares producen saliva,un líquido que contiene agua,moco, HCO3 y amilasa.Al mezclarse con los alimentos durante el proceso de masticación, los lubrica y facilita su trayecto por el esófago y contribuye a la higiene y correcto funcionamiento de la boca. Los componentes más importantes de la saliva son, el bicarbonato (HCO3) que se encarga de neutralizar el ácido producido por bacterias en la boca, previniendo así la formación de cavidades y la amilasa, una enzima que comienza la digestión de carbohidratos. La función principal del esófago es transportar la comida de la boca al estómago. El transporte a través de éste órgano está regulado por movimientos peristálticos del músculo del esófago que empujan actívamente la comida hacia el estómago. Otra función del esófago,mediada por los esfínteres esofágicos superior e inferior, es evitar la entrada de aire al estómago y el reflujo gástrico.

A continuación el alimento pasa hacia el estómago,el cual tiene dos divisiones funcionales: proximal y distal. Cuando la comida llega al estómago proximal, éste se expande para recibir y almacenar el alimento el cual será dirigido hacia la parte caudal en donde será procesado mecánica y químicamente para formar el “quimo” que consiste en alimento mezclado con ácidos gástricos. Este producto es posteriormente dirigido hacia el intestino delgado en donde tiene lugar el proceso de digestión y absorción. El páncreas,el hígado y la vesícula biliar son órganos accesorios del tracto digestivo que en conjunto secretan diversas sustancias hacia el duodeno para favorecer el proceso de digestión.Dichas sustancias incluyen hormonas,enzimas,bilis y HCO3 que actúan sinérgicamente para permitir la correcta digestión y absorción de nutrientes a lo largo del intestino delgado. Por último el quimo es transportado hacia el colon donde ocurre una importante absorción de agua y la formación de las heces. El tracto gastrointestinal (GI) tiene su propio sistema nervioso, el sistema nervioso entérico, que funciona de manera autónoma pero cuya actividad es influida por el sistema nervioso simpático y parasimpático.El nervio Vago, parte del sistema parasimpático, aumenta su actividad y promueve la motilidad y las secreciones hacia el tracto GI. De manera opuesta, la actividad del sistema nervioso simpático inhibe la secreción glandular y disminuye la motilidad. Es importante,al estudiar la función del tracto gastrointestinal y la regulación hormonal de éste, tomar en cuenta la irrigación y el drenaje sanguíneo. Recuérdese que el tracto gastrointestinal recibe su aporte sanguíneo de las arterias celíaca, mesentérica superior y mesentérica inferior, y que la sangre rica en nutrimentos absorbidos en el tracto GI es llevada por la vena porta hacia el hígado donde se procesan muchos de los nutrimentos absorbidos. La población de células enteroendocrinas del intestino representa menos del 1% de las células intestinales, pero constituyen la mayor masa de células endocrinas corporales. Se han identificado numerosos tipos de células enteroendocrinas que se pueden clasificar por criterios morfológicos o por las sustancias que secretan. En la tabla al final de este documento1 se hace un resumen de las hormonas producidas en el tracto digestivo y se especifica donde se produce, cuál es su efecto y cómo se estimula su secreción. Para fines de esta práctica nos enfocaremos a cuatro de las hormonas más conocidas y que se producen más abundantemente en el tracto gastrointestinal: gastrina, secretina, colecistocinina (CCK) y péptido inhibidor gástrico (GIP). Estas hormonas se producen en células neuroendocrinas dispersas por la mucosa del estómago y el intestino delgado y son liberadas en respuesta a la estimulación del nervio vago, la distensión de las paredes del tracto gastrointestinal, o la estimulación por los mismos nutrientes ingeridos. Una vez liberadas son transportadas en la circulación portal, llegado primero al hígado, luego a la circulación sistémica y por último regresando al tracto gastrointestinal para regular la motilidad y secreción de enzimas y otras hormonas.

1 tomada del libro “Williams. Tratado de endocrinología, 13.ª Edición” (disponible en la biblioteca médica digital www.facmed.unam.mx/bmnd/ en la opción de ClinicalKey.

Si bien podemos encontrar células neuroendocrinas que liberen cada una de estas hormonas a lo largo de todo el tracto gastrointestinal, la densidad no es homogénea:

● Las células enteroendocrinas de tipo G que producen gastrina se encuentran principalmente el estómago y en el bulbo duodenal. Los estímulos para su secreción son: distensión de la pared del estómago, productos de la digestión proteica y la activación del nervio Vago. Su función es estimular a las células parietales para la secreción de ácido clorhídrico (HCl) y factor intrínseco. Estas sustancias son componentes de los ácidos gástricos junto con pepsinógeno y moco. La función del HCl es mantener un adecuado nivel bacteriano y permitir la conversión de pepsinógeno a su forma activa,la pepsina para comenzar el proceso de digestión.

● Las células enteroendocrinas de tipo S que producen secretina se encuentran predominantemente en el duodeno y yeyuno proximal. La secretina se libera como respuesta a una disminución del pH, o ante la presencia de ácidos grasos o péptidos en la luz intestinal. Su función es estimular que se liberen del páncreas enzimas y HCO3 (para neutralizar los ácidos gástricos y permitir que las enzimas pancreáticas trabajen adecuadamente).

● Las células neuroendocrinas I que producen CCK se pueden encontrar a lo largo de todo el intestino delgado. La CCK es liberada por las células K en respuesta al consumo de grasas y ocasiona que el esfínter de Oddi se relaje para permitir que las secreciones biliares y pancreáticas alcancen el duodeno.

● Las células neuroendocrinas K que producen GIP se concentran en el duodeno y el yeyuno proximal. El GIP es liberado en respuesta a la presencia de grasas y en menor medida de carbohidratos. Su acción induce una disminución de la motilidad GI aunque probablemente su función principal sea favorecer la liberación de insulina por las células β pancreáticas e inhibir la producción de HCl por las células parietales.

Con tus conocimientos de fisiología, completa la siguiente tabla de acuerdo a la cantidad de secreción que esperas encontrar en la administración de cada hormona. Pon (+) si aumenta, (-) si disminuye y (sc) si no hay cambios.

Gastrina Secretina CCK GIP ACh

secreción de glandula salival

pH de estómago

Secreción en conducto

pancreático

secreción en conducto biliar

pH de secreción en conducto biliar

contracciones de estómago/min

motilidad de intestino delgado (contracciones/

min)

Nivel de azúcar en sangre (mg/dl)

Fuerza de contracciones peristálticas

(mmHg)

ACTIVIDAD 01: Uso de “ratas virtuales” para estudiar la fisiología gastrointestinal

Para este experimento se usaron 6 ratas macho virtuales de la cepa Wistar, de 90 días de edad, obtenidas del bioterio virtual de la facultad de medicina, que se mantuvieron con un ciclo de luz/oscuridad de 12h/12h, a temperatura y humedad constante y tuvieron comida y agua ad libitum hasta el día del experimento. A los 75 días, tras un ayuno nocturno de 8 horas, se realizó bajo anestesia general la canalización (colocación de catéteres) de la glándula salival, estomago, conducto pancreático principal y conducto biliar común para medir los volúmenes de fluido secretado. Tras recolectar los fluidos, se midió el pH de los fluidos secretados por cada órgano. Además se colocaron balones con medidores de presión dentro del estómago y el intestino delgado para monitorear cambios en la motilidad gastrointestinal (frecuencia y fuerza de las contracciones). Un esquema del experimento realizado se presenta a continuación:

Posteriormente, cada animal recibió por vía intravenosa 1 mL de uno de los siguientes tratamientos:

1. Solución salina (rata control). 2. Gastrina. 3. Secretina. 4. CCK. 5. GIP. 6. ACh (Acetilcolina para mimetizar los efectos de la estimulación del nervio vago).

Diez minutos después de la inyección con los catéteres se recolectaron las secreciones de las glándulas y se realizaron pruebas para determinar pH y contenido de cada una. Con los balones se monitorizó la fuerza y frecuencia de las contracciones. El nuevo estudiante de maestría encargado de realizar el procedimiento enlistó las secreciones de cada glándula y los cambios en la motilidad, pero olvidó indicar a qué grupo (hormona administrada) pertenecía cada lista. Con base a la tabla que completaste y los datos del experimento que te será proporcionada por tu profesor, analiza los datos y determina qué hormona fue administrada a cada rata. Para este experimento considera que una diferencia significativa será considerada solo si hay un cambio mayor al 20% respecto a los valores en las ratas control. Un cambio menor a 20% será atribuido a error experimental o a variabilidad biológica. Bibliografía:

1. Williams. Tratado de endocrinología, 13.ª Edición 2. Hsu C.T, et al. Advances in Physiology Education, v21 n1 pS23-S38 Jun 1999 3. Guyton y Hall Tratado de Fisiología Médica 13ª Edición

Elaborada por: MPSS Metztli Calva, MPSS José Antonio Llano Revisada por: Dr. Jean Pascal Morin, Dr. Héctor González, Dr. Carlos Medina, Dr. Vito Hernández. Anexo del libro: Williams. Tratado de endocrinología, 13.ª Edición