Caracterización y regulación de la absorción paracelular intestinal de compuestos hidrosolubles en Passer domesticus (Linneo 1758).

Tesis

Resumen *

El epitelio intestinal es el sitio primario de incorporación de sustancias en el organismo. En este proceso se han descrito principalmente dos rutas de absorción de compuestos hidrosolubles: una transcelular y otra paracelular. Esta última, ocurre a través de un canal formado por distintos complejos moleculares proteicos de las uniones estrechas de enterocitos adyacentes, que conecta el lumen intestinal con el espacio basolateral. Estudios previos han aportado evidencias de la importancia de esta ruta en la absorción de nutrientes, fundamentalmente glucosa, en aves. Sin embargo, las características y propiedades fundamentales de esta vía de absorción intestinal aun permanencen sin estudiarse. Teniendo en cuenta esta situación, los objetivos de esta tesis son los siguientes: (a) proponer un modelo biológico in vivo adecuado para el estudio de la absorción intestinal paracelular, (b) validar observaciones previas de la importancia de esta vía utilizando nuevos marcadores y metodologías de estimación de la biodisponibilidad, (c) determinar el efecto del tamaño molecular y la carga de las moléculas hidrosolubles en la absorción intestinal a través de la vía paracelular y (d) establecer el efecto de la presencia de nutrientes en el lumen intestinal, como reguladores de la magnitud de la absorción. La importancia del entendimiento y predicción de la absorción intestinal a través de la vía paracelular es relevante en diversas áreas, como la clínica médica, la fisiología ecológica y evolutiva, la nutrición animal y la ecotoxicología. Así, para la clínica médica, es crucial el conocimiento de los mecanismos de ingreso al organismo de marcadores intestinales que son usados rutinariamente para monitorear terapias y diagnosticar patologías digestivas. En el segundo caso, conocer las vías principales de absorción de nutrientes en distintos organismos permite conocer y predecir posibles límites al ingreso de la energía, estos últimos, con profundas consecuencias en la biología de los individuos (e.g. reproducción, crecimiento). En el tercero y cuarto caso, la permeabilidad intestinal es la mayor determinante de la biodisponibilidad de nutrientes y toxinas hidrosolubles, en consecuencia el conocimiento de la relación estructura-absorción provee información útil en la formulación de alimentos balanceados comerciales y en el modelado molecular para el diseño de nuevas generaciones de pesticidas. Con el propósito de alcanzar los objetivos propuestos, primeramente seleccionamos como modelo biológico a los gorriones (Passer domesticus). Luego, pusimos a punto la metodología que utilizamos en el resto de la tesis para cuantificar la absorción a través de la vía paracelular por el intestino. El diseño experimental fue ideado de manera de reproducir dentro de nuestro laboratorio condiciones funcionales cercanas a las naturales. Para determinar la biodisponibilidad de marcadores hidrosolubles, utilizamos una técnica farmacocinética clásica, que calcula este parámetro como la razón de las áreas bajo las curvas de la concentración plasmática de las sondas administradas oralmente e inyectadas intramuscularmente en función del tiempo. En el primer estudio de esta tesis pretendimos extender el conocimiento previo acerca de la absorción de la L-glucosa, evaluando la permeabilidad de otros dos monosacáridos similares en PM a la glucosa (D-manitol y L-arabinosa) y que son utilizados regularmente por otros investigadores. Los ensayos mostraron que la absorción total de estos compuestos se incrementó en forma lineal con el aumento de la concentración de soluto administrada (en un rango de concentraciones de 1 a 1000 mmol/l para D-manitol y 10 a 200 mmol/l para L-arabinosa). Estos resultados son coherentes con un mecanismo de absorción pasiva. Una evidencia que da soporte adicional a nuestra interpretación, es que los tiempos de retención en el tracto digestivo de los marcadores fueron independientes de las concentraciones en que se administraron. La fracción absorbida de estos azúcares fue alrededor de 69%. En la segunda serie de experimentos, pusimos a prueba dos predicciones respecto de la biodisponibilidad de compuestos hidrosolubles. La primera, que la magnitud de la absorción a través de la via paracelular tiene una relación inversa con el tamaño del soluto; predicción que se desprende de considerar el movimiento de solutos hidrosolubles a través de poros. En la segunda predecimos que la absorción se incrementa en presencia de nutrientes en la luz intestinal; esta predicción deriva de considerar que el mecanismo de absorción paracelular tiene al elemento convectivo como su principal componente. Las experiencias realizadas dan sustento a ambas predicciones. En relación a la primera, observamos que la biodisponibilidad de los distintos marcadores intestinales (0,61 ± 0,09 para L-arabinosa PM=150,1; 0,64 ± 0,13 para L-ramnosa PM=164,2; 0,46 ± 0,08 para perseitol PM=212,2 y 0,15 ± 0,05 para lactulosa PM=342,3) disminuye hasta un 75% para la molécula de mayor tamaño en relación a la más pequeña. Con respecto a nuestra segunda predicción, registramos un aumento de un 40% en la biodisponibilidad de todos los azúcares en la presencia de nutrientes o glucosa en la luz intestinal. Por último, en el tercer estudio se pone en evidencia la selectividad eléctrica de la vía paracelular en el proceso de absorción de compuestos que poseen una carga eléctrica neta. Para esto, se utilizaron como marcadores de permeabilidad, dos dipéptidos (serina-lisina PM=233,3 Da y serina-ácido aspártico PM=220,2 Da) de similar tamaño molecular y solubilidad en agua. Ambos fueron sintetizados con D-aminoácidos para evitar hidrólisis y posibles interacciones con transportadores de la membrana intestinal. La biodisponibilidad que observamos del péptido cargado positivamente (serina-lisina) fue aproximadamente un 90% mayor comparada con la del cargado negativamente. Una derivación importante del trabajo realizado es que nos permitió obtener valores de permeabilidad intestinal (i.e. a través de la vía paracelular) comparables con los de especies de otros taxones. De esta manera, la magnitud de la absorción intestinal a través de la vía paracelular sigue el siguiente orden: gorriones > humanos > ratas. La modelación teórica basada en ecuaciones que explican el movimiento de solutos en epitelios permite especular que las diferencias en la magnitud de la absorción pueden ser atribuidas a la variación del flujo de solvente que se produciría por incremento de las diferencias osmóticas entre compartimientos, más que a una diferencia en el tamaño de poro efectivo de esta vía. En consecuencia, las observaciones de esta tesis en relación a una selectividad en cuanto al tamaño molecular y la carga eléctrica, constituyen un aporte al conocimiento de las características de la absorción paracelular intestinal de compuestos hidrosolubles, sobre todo para nutrientes tan relevantes como glucosa y  aminoácidos. Además, el hallazgo de una regulación de esta vía de transporte a través de agentes exógenos –por ejemplo, componentes de la dieta- permite especular sobre una posible modulación tanto incremental como decremental de la absorción intestinal, cuestión relevante tanto para la ecología nutricional como para la fisiología digestiva de los organismos. Información suministrada por el agente en SIGEVA