FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO

1. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO • A apresentação a seguir contém esquemas e figuras que pretendem apenas ilustrar os principais fenômenos observados na Fisiologia do Sistema Digestório. Declaro que nenhum recurso didático substitui as aulas presenciais com o acompanhamento de seu professor e/ou a leitura de um bom livro-texto (encontre aqui minhas recomendações de bibliografia básica). Esta apresentação e outros materiais relacionados estão disponíveis em “Material didático” ou nas páginas dedicadas às nossas disciplinas de graduação em meu WEBsite: www.cristina.prof.ufsc.br 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 Títulos das 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

3. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO Títulos desta apresentação: • Digestão e absorção dos principais nutrientes de uma dieta ideal • Adaptações do ID para a digestão final e a absorção dos nutrientes, água e eletrólitos. • Digestão e absorção dos nutrientes: • Carboidratos • Proteínas • Lipídeos • Absorção de água, eletrólitos e Vitaminas

4. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO Títulos desta apresentação: • Digestão e absorção dos principais nutrientes de uma dieta ideal • Adaptações do ID para a digestão final e a absorção dos nutrientes, água e eletrólitos. • Digestão e absorção dos nutrientes: • Carboidratos • Proteínas • Gorduras • Absorção de eletrólitos e Vitaminas

5. Digestão e absorção dos principais nutrientes, água, eletrólitos e vitaminas constituintes de uma dieta ideal

6. Características do Intestino Delgado: adaptações morfofuncionais para a digestão e absorção Adaptações da mucosa intestinal (pregas, vilosidades e microvilosidades) amplificam a superfície de contato entre o epitélio absortivo do intestino delgado e os nutrientes. Vilosidades do intestino delgado

7. Área total do intestino delgado de humanos: 200m2 (*) É equivalente à área de uma quadra de tênis!!! Características do Intestino Delgado: adaptações morfofuncionais para a digestão e absorção Pregas, vilosidades e microvilosidades multiplicam em 600 vezes a superfície absortiva e digestiva do intestino delgado pregas circulares (*) Você acha pouco? Então, com a ajuda de um liquidificador, triture o seu almoço de hoje (não esqueça dos líquidos e da sobremesa) até que este torne-se pastoso. Então, com a ajuda de um rodo, espalhe-o por toda a superfície de uma quadra de tênis... Agora talvez você tenha uma melhor noção da dimensão da superfície absortiva do intestino delgado... vilos microvilos

8. Características do Intestino Delgado Duodeno Esta é a imagem de um corte histológico da primeira porção do intestino delgado, o Duodeno. Ele também possui as camadas básicas do trato gastrointestinal tais como a Mucosa, (setas azuis), a Submucosa, (setas vermelhas),e aMuscular Externa (setas verdes). O intestino delgado possui muitas adaptações que aumentam sua superfície de contato. Primeiro ele possui as pregas circulares que são extensões da Submucosa, indicada pelas setas amarelas. Outra adaptação são os vilosque são extensões da mucosa indicados aqui pelas setas pretas. Importante notar a presença no duodeno das glândulas de Brunner as quais são abundantes na submucosa. Nenhum outro segmento do intestino possui estas glândulas. http://faculty.une.edu/com/abell/histo/histolab3d.htm extraído, enquanto disponível, de: http://www3.umdnj.edu/histsweb/lab20/lab20duodenum.html

9. INTESTINO DELGADO E AS ADAPTAÇÕES ABSORTIVAS The panels below depict the bulk of this surface area expansion, showing villi, epithelial cells that cover the villi and the microvilli of the epithelial cells. Note in the middle panel, a light micrograph, that the microvilli are visible and look something like a brush. For this reason, the microvillus border of intestinal epithelial cells is referred to as the "brush border". http://arbl.cvmbs.colostate.edu/hbooks/pathphys/digestion/smallgut/anatomy.html

10. Características do Intestino Delgado: adaptações morfofuncionais para a digestão e absorção Existência de uma densa rede de capilares, vênulas e ductos lacteais que permeiam os vilos intestinais permitindo, assim, o aporte de substâncias e a drenagem dos nutrientes, água e eletrólitos absorvidos pelo epitélio intestinal. http://www.mc.vanderbilt.edu/histology/

11. VOLUMES DIÁRIOS INGERIDOS, SECRETADOS, ABSORVIDOS E EXCRETADOS PELO TGI Overall fluid balance in the human gastrointestinal tract. About 2 L of water is ingested each day, and 7 L of various secretions enters the gastrointestinal tract. Of this total of 9 L, 8.5 L is absorbed in the small intestine. About 500 ml is passed on to the colon, which normally absorbs 80% to 90% of the water presented to it. (From Vander AJ, Sherman JH, Luciano DS: Human physiology, ed 6, New York, 1994, McGraw-Hill.) Levy et al., 2006

12. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO Títulos desta apresentação: • Digestão e absorção dos principais nutrientes de uma dieta ideal • Adaptações do ID para a digestão final e a absorção dos nutrientes, água e eletrólitos. • Digestão e absorção dos nutrientes: • Carboidratos • Proteínas • Gorduras • Absorção de eletrólitos e Vitaminas

13. DIGESTÃO E ABSORÇÃO DE CARBOIDRATOS Os carboidratos contribuem com 40-45% das calorias ingeridas(*). 50-60% estão na forma de amido(amilose e amilopectina) e 30-40% na forma de sacarose e lactose (*)dados da dieta norte-americana) Encontramos ainda glicogênio (~amilopectina) e trealose (dissacarídeo encontrado em cogumelos e outros fungos) Lactose (do leite) e glicogênio (se você comer a vaquinha) Sacarose (cana-de-açúcar) Amilopectina (amido) da batata Goodman, B. E. Advan. Physiol. Edu.., 2010

14. Digestão e absorção de carboidratos Digestão do amido (amilopectina) ~glicogênio Structure of a branched starch molecule and the action of α-amylase. The colored circles represent glucose monomers linked by α-1,4 linkages. The black circles represent glucose units linked by α-1,6 linkages at the branch points. The α-1,6 linkages and terminal α-1,4 bonds cannot be cleaved by α-amylase. Berne et al., 2004

15. Digestão final de polissacarídeos pelas enzimas da borda-em-escova (constitucionais) do intestino delgado

16. Digestão e absorção dos derivados da digestão do amido (amilopectina) ~ glicogênio enzimas e transportadores presentes nos microvilos (borda-em-escova) Amido glicogênio salivar e pancreática (SGLT1) Functions of the major brush border oligosaccharidases. The glucose, galactose, and fructose molecules released by enzymatic hydrolysis are then transported into the epithelial cell by specific transport proteins. The glucose-galactose transporter is also known as SGLT1 and the fructose transporter as GLUT5. G, Glucose; Ga, galactose; F, fructose. Berne etal., 2004

17. Digestão e absorção de dissacarídeos da dieta LACTOSEeSACAROSE enzimas e transportadores presentes nos microvilos (borda-em-escova) Lactose Sacarose Amido glicogênio salivar e pancreática (SGLT1) Fig. 33-2 Functions of the major brush border oligosaccharidases. The glucose, galactose, and fructose molecules released by enzymatic hydrolysis are then transported into the epithelial cell by specific transport proteins. The glucose-galactose transporter is also known as SGLT1 and the fructose transporter as GLUT5. G, Glucose; Ga, galactose; F, fructose. Berne et al., 2004

18. Absorção de glicose/galactose nas microvilosidades (borda-em-escova) do intestino delgado http://faculty.uca.edu/~johnc/trans1440.htm veja animação onl-ine: http://www.stolaf.edu/people/giannini

19. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO Títulos desta apresentação: • Digestão e absorção dos principais nutrientes de uma dieta ideal • Adaptações do ID para a digestão final e a absorção dos nutrientes, água e eletrólitos. • Digestão e absorção dos nutrientes: • Carboidratos • Proteínas • Gorduras • Absorção de eletrólitos e Vitaminas

20. DIGESTÃO E ABSORÇÃO DE PROTEÍNAS Consumo diário total de proteínas(*): 70-100g de proteínas da dieta e 35-200g de proteínas endógenas (inclui enzimas e células epiteliais descamadas) Origens: animal e vegetal Variedade de ligações peptídicas e, portanto, exige muitas enzimas hidrolíticas. (*)dados da dieta norte-americana proteínas de origem vegetal Proteínas de origem animal Insetos ou larvas de inseto Goodman, B. E. Advan. Physiol. Edu.., 2010

21. Digestão das proteínas: 1. Protease gástrica (pepsina) extraído de: Digestive System (Vander, Sherman & Luciano, 2002 HumanPhysiology, chap. 17, McGraw-Hilll)

22. Digestão das proteínas: 1. Protease gástrica (pepsina) extraído de:Digestive System (Saladin, 2002 Anatomy and Physiology, chap. 25, McGraw-Hill)

23. Digestão das proteínas: 2. Proteases pancreáticas extraído de:Digestive System (Saladin, 2002 Anatomy and Physiology, chap. 25, McGraw-Hill)

24. Digestão das proteínas: 3. Peptidases intestinais (da borda-em-escova) extraído de:Digestive System (Saladin, 2002 Anatomy and Physiology, chap. 25, McGraw-Hill)

25. Digestão das proteínas: 3. Peptidases intestinais (da borda-em-escova) Digestão final de polipeptídeos pelasenzimas da borda-em-escova (constitucionais) do ID extraído de: Digestive System (Vander, Sherman & Luciano, 2002 HumanPhysiology, chap. 17, McGraw-Hilll)

26. Digestão das proteínas: 3. Peptidases intestinais (da borda-em-escova) “The hierarchy of proteases and peptidases that functions in the small intestine. The pancreatic proteases convert dietary proteins to oligopeptides. Brush border peptidases then convert the oligopeptides to amino acids (about 70%) and dipeptides and tripeptides (about 30%). The amino acids are taken up across the brush border membrane by amino acid transporters and the small peptides by a peptide transporter. In the cytosol of the enterocyte, dipeptides and tripeptides are cleaved to single amino acids.” Berne et al., 2004

27. Absorção de aminoácidos, di e tripeptídeos pelo enterócito(*) Fig. 33-7 A wide variety of dipeptides and tripeptides is taken up across the brush border plasma membrane by a single type of H+-powered secondary active transport protein. The H+ gradient is created by Na+-H+ exchangers in the brush border membrane. In the epithelial cell cytosol, peptidases cleave most of the dipeptides and tripeptides to single amino acids, which leave the cell at the basolateral membrane by facilitated transport. Berne et al., 2004 (*) Existem inúmeros sistemas de transporte luminal e basolateral de aminoácidos. Veja os principais nos Quadros 62.6 e 62.7 de Aires, 2012

28. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO Títulos desta apresentação: • Digestão e absorção dos principais nutrientes de uma dieta ideal • Adaptações do ID para a digestão final e a absorção dos nutrientes, água e eletrólitos. • Digestão e absorção dos nutrientes: • Carboidratos • Proteínas • Lipídeos • Absorção de eletrólitos e Vitaminas

29. Digestão e absorção de lipídeos 30-40% das calorias de uma dieta típica Ocidental provêm das gorduras e >90% desta gordura ingerida é sob a forma de triacilgliceróis (*). Os ácidos graxos predominantes da dieta são os de cadeia longa com >12 (usualmente 16C-20C) A digestão das gorduras em humanos é realizada pelas lipases lingual, gástrica e pancreáticas. (*) Goodman, B. E. Advan. Physiol. Edu.., 2010

30. Digestão e absorção de lipídeos • Lipase pancreática: hidrolase de éster de glicerol • A hidrolase de éster de glicerol é a lipase mais comum em humanos, é secretada no duodeno e sintetizada pelos ácinos pancreáticos e hidrolisa parcialmente os TAG´s. • É ativa na superfície da gota de gordura emulsificada, na interface agua-óleo. • Porque a lipase pancreática é quase que completamente inativada pelos sais biliares nas micelas, a colipase previne essa inativação deslocando os sais biliares da superfície da gota de gordura e permitindo a ação da lipase (age como uma cunha). • O complexo lipase-colipase é muito ativo e hidrolisa o triacilglicerol em 2 ácidos graxos e 2-monoacilglicerol. http://www.lib.mcg.edu/edu/eshuphysio/program/section6/6ch6/s6ch6_10.htm

31. Digestão e absorção de lipídeos

32. A absorçao de lipídeos da dieta depende da presença dos sais biliares (emulsificação). Assim, os lipídeos contidos nas micelas difundem através da camada estacionária de água (barreira para absorção de lipídeos) até a membrana da borda-em-escova do ID onde são absorvidos... camada estacionária de água Levy et al, 2006

33. A absorçao de lipídeos da dieta depende da presença dos sais biliares (emulsificação) . ... e nos enterócitos ocorre a síntese de novo dos triacilgliceróis e a formação dos quilomícrons Transporte através de borda-em-escova: difusão simples ou através de transportadores de membrana Os quilomícrons são exocitados através da membrana basolateral, difundem para os vasos lacteais (linfáticos) chegando ao sangue através do ducto torácico. Levy et al, 2006

34. Digestão e absorção de lipídeos

35. Digestão e absorção de lipídeos

36. Sais biliares e a emulsificação das gorduras: a formação das micelas para a digestão pela lipase pancreática MICELA Vander, Sherman & Luciano, 1997 extraído de: Digestive System (Vander, Sherman & Luciano, 2002 HumanPhysiology, chap. 17, McGraw-Hilll)

37. http://www.medscape.com/viewarticle/416521_4

38. An outline of the major metabolic pathways by which chylomicron remnants and low-density lipoprotein (LDL) are formed from chylomicrons and very-low-density lipoprotein (VLDL), respectively, and subsequently catabolised. High-density lipoprotein (HDL) is secreted by the gut and liver and receives additional components during the metabolism of triglyceride-rich lipoproteins. IDL, intermediate-density lipoprotein; apo, apolipoprotein; TG, triglyceride; CE, cholesteryl ester; CETP, cholesteryl ester transfer protein; SR, scavenger receptor; LCAT, lecithin: cholesterol acyltransferase. Adapted with permission from Durrington PN. Hyperlipidaemia: Diagnosis and Management. 2nd edition. London: Butterworth-Heinemann; 1995. http://www.cmglinks.com/asa/lectures/Part_2/lecture/2.htm home:http://www.cmglinks.com/asa/lectures/

39. http://www.medscape.com/viewarticle/416521_4

40. The oil-drop or mixed micelle model of lipoprotein structure for chylomicron, very low-density lipoprotein (VLDL), low-density lipoprotein (LDL) and high-density lipoprotein (HDL). Apolipoproteins in the outer phospholipid membrane are designated by letters. The major differences between the different lipoproteins are in 1) the size of the neutral lipid (triglyceride and esterified cholesterol) core; 2) the lipid composition in the core; and 3) the apolipoprotein composition. Although not shown, unesterified cholesterol is found predominantly in the phospholipid monolayer. Adapted with permission from Oberman A, Kreisburg RA, Henkin Y (editors). Principles and Management of Lipid Disorders. Baltimore: Williams & Wilkins; 1992;87-105. http://www.cmglinks.com/asa/lectures/Part_2/slides/3.htm

41. Drenagem linfática intestinal de quilomícrons no período pós-prandial (...) Conteúdo abdominal de coiote, sendo as linhas finas esbranquiçadas (setas) os ductos linfáticos preenchidos por quilomícrons sintetizados pelos enterócitos (intestino delgado). Quando grandes quantidades de quilomícrons estão sendo absorvidas, a drenagem linfática do intestino delgado parece leitosa e os ductos linfáticos são visíveis (setas). Esta linfa passa através de nódulos linfáticos mesentéricos (LN) e daí, para linfáticos maiores (...) http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/digestion/smallgut/absorb_lipids.html

42. FISIOLOGIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO Títulos desta apresentação: • Digestão e absorção dos principais nutrientes de uma dieta ideal • Adaptações do ID para a digestão final e a absorção dos nutrientes, água e eletrólitos. • Digestão e absorção dos nutrientes: • Carboidratos • Proteínas • Lipídeos • Absorção de água, eletrólitos e Vitaminas

43. Mecanismos absortivos do epitélio do intestino delgado Água e NaCl Mucosa em repouso Absorção de NaCl ativada

44. Mecanismos absortivos do epitélio do intestino delgado Água e NaCl Movimento de água Visão integrada

45. Mecanismos absortivos do epitélio do intestino delgado

46. Mecanismos absortivos do epitélio do intestino delgado extraído, enquanto disponível (até 2006) de: http://medweb.bham.ac.uk/research/toescu/Teaching/GIT2ndYBIOCHEM.html

47. Mecanismos absortivos do epitélio do intestino delgado • NOTES • The H available for exchange with Na comes from the dissociation of H2CO3 formed following the diffusion of CO2 from lumen. The formation of H2CO3 is catalysed by Carbonic anhydrase (not shown) . • 2. The bicarbonate (HCO3-) imbalance resulting from the exit of H ions is counteracted by the activity of a baso-lateral HCO3/Cl exchange system extraído, enquanto disponível (até 20076) de: http://medweb.bham.ac.uk/research/toescu/Teaching/GIT2ndYBIOCHEM.html

48. Mecanismos absortivos do epitélio do intestino delgado NOTES: It is likely that the activity of the Na channel is under the control of aldosterone (a mineralocorticoid), in a manner similar with that existent in the kidney. extraído, enquanto disponível (até 20076) de: http://medweb.bham.ac.uk/research/toescu/Teaching/GIT2ndYBIOCHEM.html

49. NOTES: 1. The H available for exchange with Na comes from the dissociation of H2CO3 formed following the diffusion of CO2 from lumen. The formation of H2CO3 is catalysed by Carbonic anhydrase (not shown); 2. The bicarbonate (HCO3-) imbalance resulting from the exit of H ions is counteracted by the activity of a paired, luminal HCO3/Cl exchange system, which works in conjunction with the Na/H exchange system; 3 . The resulting Cl load of the enterocyte is dealt with by the activity of the baso-lateral Cl channel. The activity of the latter helps in building up the standing osmotic gradient. extraído, enquanto disponível (até 20076) de:http://medweb.bham.ac.uk/research/toescu/Teaching/GIT2ndYBIOCHEM.html

50. Mecanismos envolvidos na homeostase do Ca2+ Um elemento importante para a homeostase do Ca2+ total corporal é a percepção da célula paratireóide, atavés de receptores sensíveis ao Ca2+ (CaR). Paralelamente à diminuição dos níveis de Ca2+ sangüíneos, esses receptores acionam a secreção do Paratormônio (PTH). Este por sua vez, estimula a liberação de Ca2+ ósseo e aumenta a produção renal do Calcitriol (ou 1,25-VitD) a partir da 25-Vitamin D (25-VitD) no túbulo contorcido proximal do néfron. A 1,25-VitD aumenta a expressão de canais de Ca2+ epiteliais (TRPV6) e, junto com o PTH, o TRPV5 renal. O TRPV6 transporta Ca2+ para o sangue através da borda-em-escova do intestino delgado enquanto o TRPV5 aumenta a reabsorção de Ca2+ no TC distal no néfron (texto extraído da Fig. 1 do artigo original). http://arjournals.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev.physiol.69.031905.161003