FORDØYELSE OG ABSORPSJON

Transkript

1 1 FORDØYELSE OG ABSORPSJON Stadium IB Førsteamanuensis Ingunn Bakke Institutt for kreftforskning og molekylær medisin Det medisinske fakultet, NTNU 2 Dagens tema Generell introduksjon Karbohydrat Proteiner Fettstoff Vann og elektrolytter Vitaminer og mineraler Malabsorpsjon 1

2 3 Læringsmål IB gjøre rede for motiliteten i fordøyelseskanalen, produksjon av fordøyelsessekreter, samt fordøyelse og absorpsjon av viktige næringsstoffer forklare den histologiske oppbygningen av. lever og fordøyelseskanalens ulike avsnitt, og gjøre rede for sammenhengen mellom struktur og funksjon definere og gi en enkel karakteristikk av: (gallesteinssykdom), malabsorpsjon. Kunnskapsmål på nivå 1-3 (4) (Blooms taksonomi): Nivå 1 (Hukommelse) gjenfortelle, med lærebokas ord og uttrykk (10) Nivå 2 (Forståelse) gjengi lærestoffet med egne ord, trekke (7, 6,10) sammenbindende linjer Nivå 3 (Anvendelse) bruke innlært stoff til å løse enkle oppgaver (7) Nivå 4 (Analyse) å kunne se sammenhenger, bruke innlært (7, 6) stoff til å skille og løse delproblemer hver for seg 4 Hva er egentlig fordøyelse og absorpsjon? Overordnet funksjon Redusere mat til en form som kan absorberes Polymerer Komplekse kjemiske forbindelser Faste, harde substanser Absorbere næringsstoffer effektivt Maten er ikke i kroppen før den er kommet inn i blodet Kvitte seg med og hindre opptak av andre stoffer Toksiner, bakterier, fiber 2

3 5 Mat og drikke Næringsstoffer = det vi kan nyttiggjøre oss (vann), karbohydrat, proteiner, fettstoff, vitamin, mineral og sporstoff I tillegg stoffer som kroppen ikke klarer å bryte ned eller ta opp fordi vi mangler enzym og absorpsjonssystem En del av dette fordøyes likevel av bakterieflora i tykktarm Mikrobiomet mer og mer anerkjent som en viktig faktor ( ulike arter, ca 1-2 kg, ca 100 trillioner individuelle mikroorganismer!) 6 Mage-tarmkanalen Munnhule (spytt) Ventrikkel Lever / galle Pankreas Tynntarm: duodenum jejunum ileum Tykktarm 3

4 7 Fordøyelse Hovedsakelig enzymatisk nedbrytning munnhule magesekk tarm Mange ulike enzym bidrar spyttkjertel mageslimhinne bukspyttkjertel tarmepitel Mange enzym er pro-enzym som må aktiveres 8 Andre mekanismer som bidrar oppløsning denaturering emulsifisering nøytralisering bakterieflora MOTILITET 4

5 9 Absorpsjon Transport av lavmolekylære substanser over cellemembraner i tarmepitelet Daglig passasje av store mengder substans og væske inntak sekresjon avskalling Bullen et al. Lab Invest Næring blir hovedsaklig tatt opp fra og med duodenum til og med jejunum <5% av inntatt karbohydrater, fett og proteiner tapes i avføring Salt og vann absorberes også i ileum og colon 5

6 11 12 Varierende slimhinne i ulike deler av mage-tarmkanalen 6

7 13 Varierende slimhinne i ulike deler av tynntarmen 14 Stor overflate i tynntarmen gir effektiv absorpsjon 7

8 15 Nettverk av blodårer og lymfekar i alle villi (tarmtotter) Spesialiserte celler i ulike nivå av slimhinnen 16 Karbohydrat Polysakkarid Stivelse amylopektin (75%) forgrenet (,1-4 og,1-6) amylose (25%) rettkjedet (,1-4) Glykogen forgrenet (,1-4 og,1-6),1-6 binding,1-4 binding 8

9 17 Disakkarid sukrose laktose maltose glukose-fruktose galaktose-glukose glukose-glukose Monosakkarid glukose fruktose 18 Nedbrytning av karbohydrat Enzym Substrat Spesifisitet Spytt -amylase stivelse, glykogen,1-4 Pankreas -amylase stivelse, glykogen,1-4 Mikrovilli laktase laktose Ett glukosidaseenzym med to enzymatiske subenheter sukrase isomaltase ( -limit dextrinase) sukrose -limit dextriner,1-4 og,1-6 maltase (glukoamylase) maltose, maltooligosakkarid,1-4 9

10 19 Eksempel - nedbrytning av glykogen / stivelse = et maltooligosakkarid,1-6 binding 20 Absorpsjon av karbohydrater Karbohydrater absorberes kun som monosakkarid glukose, fruktose, galaktose 10

11 21 Inn i enterocytter: aktiv transport med Na + facilitert transport Ut av enterocytter: facilitert transport 22 Ufordøyelige karbohydrater Polymerer av ulike sukkermolekyler (kostfiber) frukt, erter, bønner, poteter, grønnsaker, korn, ris cellulose, hemicellulose, pektin, kortkjedede karbohydrater (frukto- og galakto-oligosakkarider) Kan ikke brytes ned av tarmens enzymer -amylase spesifikk for,1-4 bindinger En del vannløselige fiber kan fermenteres av bakterier i kolon til kortkjedede fettsyrer som tas opp Flere ulike funksjoner 5-10% av kaloriinntak (viktig for kolonepitelet), masseeffekt, mykere avføring, bedre peristaltikk, metthetsfølelse 11

12 23 Proteiner Ingen direkte lager i kroppen et visst dagsbehov, spesielt av essensielle aminosyrer Proteiner i næring (30-60 g/dag) Sekret og avskalling av epitel (30-60 g/dag) Turnover ~2-5 dager i tynntarm og 5-7 dager i kolon 24 Nedbrytning av protein Enzym Substrat Ventrikkel pepsin protein / polypeptid protein til peptider i mage (ca 15%) Pankreas trypsin chymotrypsin karboksypeptidase A, B elastase protein / polypeptid protein til peptider og aminosyrer i duodenum (ca 50%) 12

13 25 Enzym Substrat Mikrovilli peptidaser aminopeptidase dipeptidaser dipeptidyl aminopeptidaser peptid oligopeptid (dipeptid) peptider til oligopeptid og aminosyrer Cytosol i enterocytter peptidaser dipeptid, tripeptid oligopeptid til aminosyrer - finnes i større mengde enn mikrovilli-enzymer 26 Proteasene fra ventrikkel og pankreas blir utskilt som inaktive pro-enzym pepsinogen aktiveres til pepsin av syre pankreas-enzym aktiveres ved enzymatisk proteolyse (enterokinase) 13

14 27 ph er den viktigste enkeltfaktor som påvirker aktiviteten av enzymene (magesyre) (bikarbonat fra pankreas og tarmepitel) 28 Spesifisitet av proteasene Endopeptidase spalter interne peptidbindinger - pepsin (N-terminalt av phe, trp, tyr) - trypsin (C-terminalt av lys, arg) - chymotrypsin (C-terminalt av phe, trp, tyr) Eksopeptidaser spalter peptidbindinger i endene - karboksypeptidaser C-terminal ende karboksypeptidase A, B - aminopeptidaser N-terminal ende aminopeptidase dipetidyl aminopeptidase 14

15 Facilitert transport Absorpsjon av protein 30 Aminosyrer absorberes av spesifikke system aktiv transport med Na + facilitert transport Di- og tripeptider absorberes av ett effektivt og lite spesifikt system aktiv transport med Na + Ut av enterocyttene PHE ved diffusjon aktiv transport med Na + NBB IMINO Di- og tripeptider Y+ L Produksjon av egne proteiner A ASC Diffusjon aktiv transport med Na + Luminalt Basolateralt 15

16 31 Fettstoffer Stoffer med få polare grupper og lav løselighet i vann Tre hovedgrupper triglyserider (>90% av fettstoffet i næring) fosfolipider steroler og sterolestere (kolesterol) Essensielle fettsyrer -3 fettsyrer (linolensyre, EPA, DHA fisk) -6 fettsyrer (linolsyre planter) 32 Triglyserid Kolesterol Fosfolipid 16

17 33 Nedbrytning av fettstoff Enzym Substrat Ventrikkel gastrisk lipase triglyserider lavt ph optimum Pankreas pankreatisk lipase (+ colipase) fosfolipase A2 triglyserider fosfolipid Avhengig av å arbeide på overflaten av micellene kolesterolester hydrolase kolesterolestere lysofosfolipid triglyserid 2-monoglyserid bred spesifisitet 34 Nedbrytning av fettstoff 17

18 35 Absorpsjon av fett Gallesalter er amfifatiske molekyler som danner miceller Øker overfalten enzymene kan jobbe på Gjør fettstoff løselig i vann fat 36 Miceller diffunderer gjennom unstirred water layer og inn mellom mikrovilli hastighetsbestemmende trinn Fettdråpe Mixed micelle unstirred water layer microvilli Nedbrytningsprodukter fra fett diffunderer fra micellene og inn i enterocyttene 18

19 37 I glatt endoplasmatisk retikulum (ER) blir nedbrytningsproduktene satt sammen igjen til opprinnelige fettstoff Pakkes sammen med apolipoprotein B-48 og danner chylomicroner Chylomicroner går ut av enterocyttene ved eksocytose og diffunderer til lymfen 38 Malabsorpsjon Mangelfullt opptak av næringsstoffer Steatorré Symptomer og funn kronisk diaré (for eksempel steatorré) vekttap (vekststagnasjon hos barn) abdominal oppblåsthet magesmerter og kvalme endringer i avføring slapphet anemi og andre mangelsymptom 19

20 39 Prinsipielle årsaker - eksempler Pankreatitt Reduksjon eller mangel på enzym laktasemangel, pankreassvikt, betennelse/ ødeleggelse av tarmepitel Reduksjon eller mangel på andre nødvendige faktorer nedsatt galleproduksjon og/eller resirkulering Endret miljø i magetarmkanalen redusert ph i duodenum, bakterieovervekst i tynntarm Skade på tarmepitel eller for lite tarm betennelse ved Crohns sykdom totteatrofi ved cøliaki short-bowel syndrome etter tarmoperasjon med reseksjon Økt transit-tid i tarm/økt gastrisk tømming 40 Cøliaki Mb. Crohn s 20

21 41 Absorpsjon av elektrolytter og vann Medregnet egne sekreter må tarmen absorbere ca 9000 ml vann/døgn og store mengder elektrolytter g Na + daglig 5-8 g av dette er fra maten kun 0.5% tapes i avføringen 42 Viktig egenskap ved tarmepitelet er innholdet av tight junctions Proksimal-til-distal gradient av minkende passiv permeabilitet tynntarm mer lekk, raskere skifter i transport relatert til måltider tykktarm skal konsentrere avføringen 21

22 43 Absorpsjon av elektrolytter er komplisert og forskjellig i ulike tarmavsnitt varierer noe med osmolariteten til det som tas inn Elektrolyttene absorberes ved både aktive og passive mekanismer Na +, K +, HCO 3-, Cl - drives av osmotiske- og elektrokjemiske gradienter - Na + / K + - ATPase i basolateral membran av enterocyttene 44 Jejunum Ileum og colon 22

23 45 Vann transporteres passivt ettersom transport av andre substanser gir konsentrasjonsforskjeller Tykktarm stor reservekapasitet Hovedsaklig mellom cellene 46 Absorpsjon av kalsium Tas opp aktivt spesielt i duodenum og jejunum via spesifikke Ca 2+ -kanaler i mikrovilli Intracellulær transport bundet til calbindin Mengden calbindin hastighetsbestemmende trinn vitamin D stimulerer ved å regulere genuttrykket av calbindin 23

24 47 Absorpsjon av jern Jern i kosten finnes som Fe 3+ (~90%) bundet til organiske molekyl eller heme-jern bundet til globiner (kjøtt, fisk, innmat) Normalt omkring 10% absorpsjon, kan økes litt ved behov - Effektiv resirkulering av jern i kroppen, kun lite basalt tap (avskalling av epitel i avføring, svette, urin, menstruasjon) Absorpsjon hovedsaklig i duodenum, men kan skje i hele tynntarm enten som heme-jern eller som Fe 2+ - Fe 3+ må reduseres til Fe 2+ før opptak av blant annet enzymet ferrireduktase i mikrovilli 48 Opptaket av jern er avhengig av 1) kroppens behov for jern, 2) kostens innhold av jern og 3) kostens sammensetning forøvring Heme-jern: effektiv absorpsjon, påvirkes ikke av kostfaktorer Fe 2+ : mindre effektiv absorpsjon (2-20%), hemmes eller stimuleres av ulike faktorer - Hemmes av stoffer som danner uløselige salter eller komplekser som ikke tas opp, eller stoffer som hemmer redusering til Fe 2+ (eks. fosfat og kalsium i melk, garvesyre i te/kaffe, fytinsyre i korn) - Økes av askorbinsyre (VitC) som øker redusering til Fe 2+ - Økes av kjøttfaktor (antagelig et peptid) i kjøttmat 24

25 49 Ferrireduktase: reduserer Fe 3+ til Fe 2+ DMT1 (divalent metalliontransportør1): frakter Fe 2+ inn i enterocytten Ferroportin: frakter Fe 2+ ut av enterocytten Hefestin: ferroksidase som reoksiderer Fe 2+ til Fe Hepcidin er sentral i reguleringen av jerntilførsel til blodet Sirkulerende peptidhormon produsert i hepatocytter Hemmer eksporten av jern ut av enterocytten (og makrofager og hepatocytter) ved å binde til ferroportin og gi internalisering Lavere eksport av jern gir økt intracellulært jern, redusert syntese av DMT1 og redusert absorpsjon Økt tap av jern via avskalling av epitel i avføring Produksjonen reguleres av transferrinmetningen i blodet Høy transferrinmetning (mye jern) gir økt produksjon Lav transferrinmetning (lite jern) gir redusert produksjon 25

26 51 - DMT-1 Høy transferrinmetning i blodet DMT-1 + Lav transferrinmetning i blodet fra enterocytten fra enterocytten 52 Absorpsjon av vannløselige vitaminer vitamin B, C 26

27 53 Absorpsjon av vitamin B 12 Frigis fra mat av pepsin og magesyre Bindes til R-faktor fra spytt i det sure miljøet i magen Frigis fra R-faktor ved proteolyse av pankreas enzym i det nøytrale miljøet i duodenum og bindes til intrinsic factor (IF) som dannes av parietalceller i magesekken Vitamin B12-IF komplekset transporteres nedover tarmen og absorberes aktivt av reseptorer i terminale ileum 54 Absorpsjon av fettløselige vitaminer vitamin A, D, E, K Går inn i miceller sammen med fettstoff og nedbrytningsprodukter av disse Tas opp ved diffusjon gjennom mikrovilli og pakkes i chylomicroner (vitamin K1 gallesyreavhengig aktiv transport) 27

28 55 28