Magtarmkanalens fysiologi

Vad händer när fisken äter?

Magtarmkanalens viktigaste funktion är att bryta ner föda så att näringsämnen kan tas upp av kroppen. För att detta ska fungera måste födan transporteras från munnen via magen vidare till tarmen. Det övergripande syftet med vår forskning är att ta reda på mer om de signaler som styr denna nedbrytning och transport.

Vad händer när djuren har ätit? Är signalerna olika i olika djurgrupper, det vill säga hur har de förändrats under evolutionen? Och hur förändras de under utvecklingen? Är kontrollsystemen olika vid olika årstider, det vill säga påverkas de av till exempel varierande temperatur?

Med hjälp av specifika antikroppar (immunohistokemi) kan vi färga in nerver i mage och tarm och se hur cellerna ser ut, vart de går och vilka signalsubstanser de innehåller. Effekten av dessa signalsubstanser studeras i sin tur både in vitro och in vivo. Vi undersöker både hur rörelsemönstren i magtarmkanalen och blodflödet påverkas.

Integrerad kontroll av magtarmkanalens motilitet

Olika djur får i sig näring på olika sätt. När fiskar och de flesta andra ryggradsdjur äter förs maten ner i magtarmkanalens där den bryts ner i mindre beståndsdelar som kan tas upp av kroppen. Olika delar av magtarmkanalen har olika funktion. I magen frisätts saltsyra och enzym som kemiskt bryter ner maten. Samtidigt pågår muskelsammandragningar som mekaniskt bearbeta maten. I tarmen fortsätter nedbrytningen av framförallt fett och kolhydrater samtidigt som mindre molekyler och vatten tas upp till blodet.

Födan måste alltså transporteras från munnen via magen vidare till tarmen. Detta sker tack vare att muskler i mag-tarmväggen omväxlande dras samman (kontraherar) och slappnar av (relaxerar). För att rörelsen ska gå i rätt riktning krävs en noggrann kontroll och koordination vilket sker med hjälp av hormoner och nervsignaler.

Hur styrs tarmrörelserna?

I magtarmkanalen finns ett stort antal nervceller, ungefär lika många som i ryggraden. Dessa utgör det enteriska nervsystemet vilket är en av nyckelspelarna i kontrollen av magtarmkanalen. När nerver aktiveras avger de signalsubstanser varav vissa har en stimulerande effekt på muskler och andra nervceller medan andra verkar hämmande. I dag känner man till ett stort antal ämnen som fungerar som signalsubstanser i magtarmkanalen; förutom de klassiska transmittorsubstanserna acetylkolin och adrenalin har en mängd neuropeptider samt gasen kväveoxid visat sig vara av stor betydelse.

Vad gör vi?

Våra studier går bland annat ut på att undersöka förekomst och utbredning samt effekt av olika tänkbara signalsubstanser i representanter för olika grupper av ryggradsdjur, framförallt fisk. Vi studerar även själva tarmrörelserna, och ser hur dessa ändras till exempel när djuren har ätit - om frekvensen av sammandragningar ökar eller minskar och om man kan se olika rörelsemönster. Vi undersöker även hur yttre miljöfaktorer som bland annat vattentemperatur påverkar detta hos fisken.

Tidigare studier har bland annat fokuserat på hur den allra tidigaste kontrollen av magtarmkanalen går till. För dessa studier använde vi zebrafisk (Danio rerio) och sydafrikansk klogroda (Xenopus laevis) vilka båda två är viktiga som modelldjur för olika genetiska och utvecklingsbiologisk studier. De representerar dessutom två olika djurgrupper (fisk respektive groddjur) med ganska olika utvecklingsstrategier.

Att titta på nerver (och andra celler)

Med hjälp av immunohistokemi och andra histokemiska metoder kan man färga in nervsystemet. På så vis kan man dels få en generell bild av hur nervfibrer och nervcellkroppar är distribuerade i magtarmkanalen, dels kan man se om nerverna innehåller en viss transmittorsubstans som man vill studera.

Nedan syns exempel på hur det enteriska nervsystemet kan se ut hos fisk.

Bild

Förutom det enteriska nervsystemet spelar andra autonoma nervbanor en viktig roll för kontroll och samordning av magtarmkanalens rörelsemönster. Dessa ingår i reflexbanor som förutom motoriska nerver också omfattar sensoriska nervbanor. En viktig del är att ta reda på hur dessa banor går, hur nerverna ser ut och vilka signalsubstanser de innehåller samt vilka typer av signaler de reagerar på (till exempel mekaniskt eller kemiskt stimuli).

Vi har även tittat på hur nervsystemet utvecklas hos zebrafiskyngel. När syns de första nerverna? Vilka signalsubstanser uttrycks först?

Att titta på tarmrörelser

Tarmrörelser och aktivitet i musklerna kan studeras på isolerade vävnadsprover eller i levande djur. Ofta använder vi en kombination av olika metoder för att undersöka den fysiologiska betydelsen av till exempel de olika signalsubstanserna vi hittar i nervcellerna. Genom att tillsätta dessa ämnen med eller utan specifika hämmare (det vill säga ämnen som till exempel kan binda till samma receptor och därmed hindra signalsubstansen att binda och utöva sin effekt) kan vi ta reda på hur signalvägarna går och om signalsubstanserna har en stimulerande eller bromsande effekt på tarmrörelserna. Vi kan även studera hur aktiviteten ökar eller minskar vid födointag eller vid olika temperatur.

I många studier har vi filmat tarmrörelserna hos både vuxna fiskar och yngel för att senare analysera mönstren med olika bildanalyssystem. Zebrafiskyngel är genomskinliga så därför kan man se magtarmkanalen utan att utsätta djuret för några ingrepp.

Vad händer när det blir varmare i sjön?

Fiskar har ungefär samma kroppstemperatur som det omgivande vattnet. Hur påverkas metabolism och tarmaktivitet av att temperaturen går ner på vintern? Eller kanske ännu viktigare, hur kommer ett förändrat klimat med förhöjda vattentemperaturer att påverka fiskens överlevnadsförmåga? Hur förändras magtarmkanalens förmåga att bearbeta födan? Hur på verkas blodflödet till magtarmkanalen? Hur påverkas fiskens beteende? Dessa och många andra frågor försöker vi få svar på i projekt som även omfattar cirkulationsfysiologer och ekologer.