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Master Course Gastroenterology Gastric acidity: pathophysiology and therapy
Prof. Dr. med. Radu Tutuian Leitender Arzt Gastroenterologie Universitätsklinik für Viszerale Chirurgie und Medizin (UVCM) Inselspital, Universität Bern e-mail: [email protected]
Gastric acidity: pathophysiologie and therapy 2
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Topics
• Physiology of gastric acid secretion
• Abnormal gastric acid secretion
• Therapy – acid suppressive therapy
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Parietal cell – at rest
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Parietal cell – stimulated
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Acid secretion by parietal cells
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Phases of gastric secretion
Cephalic (30%) Gastric (50-65%) Intestinal (5-20%)
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Phases of gastric acid secretion
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Cephalic phase • Stimuli:
– Smelling, tasting, chewing and swallowing • Pathways, mediators
– vagus – acetylcholine (Ach), gastrin, gastrin-release peptide (GRP), histamine
• Experiments – Vagotomy – Sham feeding – Pharmacologic stimulation of CNS (insulin, tolbutamide)
– Pharmacologic inhibition of mediators (atropine)
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ECL cell
ACh
Gastrin Vagal nerve
Blood
H+
Ca2+ IP3
PLC cAMP
AC
ACh Gastrin Histamine
H+ H+
H+
H+ H+
Active proton pump
Inactive proton pump
G cell GRP
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Cephalic phase • Key points
– Self-selected meals produce higher response compared to bland meals
– Vagotomy blocks the efferent pathway of the cephalic phase
– Gastric phase composes 30% of total response to meal
– Direct vagal stimulation of parietal cell is more important than vagal stimulation via G-cells (gastrin)
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Gastric phase • Stimuli:
– Antral pH, amino acids / peptides, distension • Pathways, mediators
– Local reflexes, long reflexes – acetylcholine (ACh), gastrin, gastrin-release peptide (GRP), histamine
• Experiments – Stomach distension
• Vagus mediated reflexes • Pyloro-pyloric reflexes • Pyloro-oxyntic reflexes
– Chemical stimulation (pH solutions, solutions of aminoacids and peptides, caffeine, alcohol)
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Protein digestion
Peptides Amino acids H+ acetylcholine
gastrin Vago- vagal reflex
GRP
local reflex
ACh Stomach distention
Gastric phase
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Intestinal phase • Stimuli:
– Duodenal pH, amino acids / peptides
• Pathways, mediators – Local reflexes – gastrin, enterooxyntin
• Experiments – Intravenous infusion of aminoacids
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Absorbed amino acids
Intestinal phase
Intestinal Endocrine
Cell
Entero- oxyntin
Protein Digestion products
H+
Intestinal G Cell Gastrin
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Gastric secretion regulation
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Inhibition of gastric secretion
• Stimuli – Drop in intragastric pH
• Inhibits gastrin secretion • Stimulates somatostatin secretion
– Duodenal nutrients (decrease gastric secretion and inhibit gastric motility)
• Gastric inhibitory peptide (GIP) • Secretin • Colecystokinin (CCK) • Enterogastrones
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Inhibition of gastric acid secretion
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Topics
• Physiology of gastric acid secretion
• Abnormal gastric acid secretion
• Therapy – acid suppressive therapy
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Peptic ulcer disease
Esophagitis Gastric ulcer
Duodenal ulcer
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Peptic ulcer disease
• Common causes – H. pylori infection – NSAR / ASA – Stress ulcera (burns, head trauma, ?psychologic)
• Rare causes – Inflamatory bowel disease (IBD) – M. Crohn – Ischemic – Hypersecretory states (Zollinger-Elison syndrome)
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Zollinger-Elison syndrom
• Autonomous gastrin secretion – Gastrin >1000 pg/ml
• Confirmation: secretin test
• Location of tumor: – Endosonography – Octreoscan (somatostatin receptor)
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Topics
• Physiology of gastric acid secretion
• Abnormal gastric acid secretion
• Therapy – acid suppressive therapy
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H2-receptor antagonists
• Introduced in early 1970’ies – cimetidine – Tagamet®
– ranitidine – Zantac®
– nizatidine – Axid®
– famotidine – Pepcid®
• Block H2-receptors on parietal cells • Decrease maximal acid production • Treatment
– Duodenal/gastric ulcers – GERD
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Proton pump inhibitors (PPIs)
• Introduced mid 1980’ies – Omeprazole – Antra®
– Lansoprazole - Agopton® – Pantoprazole – Zurcal®, Pantozol® – Rabeprazole - Aciphex® – Esomeprazole – Nexium®
• Block ATP-dependent H+/K+ pump
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Time
Intra
gast
ric p
H
Baseline Ome 20 Lanso 30 Panto 40 Rabe 20
24-h intragastric pH profile on PPI qd
Nocturnal acid breakthrough between 21:00-22:00
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Summary • Gastric acid secretion
– Active process, using ATP – 3 phases: cephalic, gastric, duodenal
• Abnormal gastric acid secretion – Erosions and ulcera – Gastrin producing tumors: Zollinger-Ellison Syndrome
• Acid suppressive therapy – Highly efficient – PPI and/or H2RA