Corso di laurea in Scienza della Alimentazione e ...• Sintomi • Approccio clinico • Metodiche...
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Corso di laurea in Scienza della Alimentazione
e Nutrizione Umana (SANU)Prof. Stefano Fiorucci
Apparato digerente
• Anatomia e fisiologia
• Sintomi
• Approccio clinico
• Metodiche di studio
1www.gastroenterologia.unipg.it
Structure of Salivary Glands
Esophageal anatomy
• The esophagus acts as a conduct for the transport of food from the oral cavity to the stomach.
• The esophagus is a 18- to 26-cm hollow muscular tube with an inner skinlike lining of stratifiedsquamous epithelium.
• Between swallows, the esophagus is collapsed, but the lumen distends up to 2 cm anteroposteriorly and3 cm laterally to accomodate the swallowed bolus.
Esophageal anatomy
Esophageal anatomy
The esophageal wall is composed of four layers:
• innermost mucosa, composed by nonkeratinized stratified squamous epithelium;
• submucosa, that comprises a dense network of connective tissue within which are bood vessels,
lymphatic channels, neurons of Meissner plexus and esophageal glands;
• muscularis propria that is responsible for carryng out transport function. The upper 5-33% are composed
of skeletal muscle, the distal 33% are composed of smooth muscle and in between is a mixture of both
types. The muscular wall separates to inner circular and outer longitudinal layers
• outermost avventitia that is an external fibrous layer that covers the esophagus, connecting it with
neighboring structures. It is composed of loose connective tissue and contains small vessels, lymphatic
channels, and nerve fibers.
Unlike the remainder of the gastrointestinal tract, esophagus has no serosa.
Esophageal structure
GI Motility online (May 2006) | doi:10.1038/gimo6
Musculature of the esophagus
The esophagogastric junction is the only area of gastrointestinal tract in whichcontiguous hollows have opposite pressure values: this difference is maintained bya mechanism controlled by LES that permits the presence of a positive intragastric(abdominal) pressure and a negative intraesophageal (thoracic) pressure.
Linea Z
The lower esophageal sphincter (LES)
GI Motility online (May 2006) | doi:10.1038/gimo14
Anatomy of the esophagogastric junction.
GI Motility online (May 2006) | doi:10.1038/gimo3
Simultaneous manometry and fluoroscopy of barium swallow in a normal subject.
An example of swallow-induced lower esophageal sphincter (LES) relaxation (left) and transient LES
relaxation (right)
Conventional manometry
Esophageal motor disorders: esophageal manometry
Diagnostic studies
Conventional radiology
CT
MR
Endoscopy
EUS (endoscopic US)
Manometry
pH-metry
Esophageal motor disorders: esophageal manometry
Esophageal motor disorders: esophageal manometry
Diagnostic studies
Conventional radiology
CT
MR
Endoscopy
EUS (endoscopic US)
Manometry
pH-metry
Esophageal disorders Endoscopy
Diagnosis
Endoscopy
Conventional radiology
CT
MR
EUS (endoscopic US)
Manometry
pH-metry
Esophagitis and Barrett’s esophagus
Esophageal disorders Conventional radiology
Diagnosis
Conventional radiology
CT
MR
Endoscopy
EUS (endoscopic US)
Manometry
pH-metry
Esophageal disorders Endoscopic ultrasound
Linear Radial (360°)
Diagnosis
Conventional radiology
CT
MR
Endoscopy
EUS (endoscopic US)
Manometry
pH-metry
1. Mucus: Glycoprotein products found throughout
entire GI tract. Primary function as lubricant, but can
also have many other regionally specialized functions
2. Pepsinogen: Proenzyme made by chief
cells. In gastric lumen:
Pepsinogen (42 kDa) Pepsin (35 kDa)inactive proenzyme
HCl (pH < 3)
active protease
4. Intrinsic Factor: Essential for the absorption of Vit B12
3. Hydrochloric Acid: denature food; activate
pepsinogen; dissolve bone; bacteriocidal
Secretions of the stomach
Composition of the Gastric Juice
p.282
Watson et al. Nature Reviews Cancer 6, 936–946 (December 2006) | doi:10.1038/nrc2014
A protective role for mucus
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Svuotamento gastrico
Svuotamento gastrico
Svuotamento gastrico
Metodiche di studio dell’ apparato digerente
• Endoscopia
• Radiologia (ecografia, TC e RM)
• Microcapsule
• Tecniche funzionali (breath test,..)
Istologia
Radiologia
PRINCIPALI SINTOMI-GUIDA
• Dolore • Disfagia e rigurgito• Singhiozzo (singulto)• Anoressia • Nausea e vomito • Aerofagia, meteorismo• Dispepsia, pirosi, reflusso gastro-esofageo• Diarrea e stipsi• Tenesmo, incontinenza, sintomi proctologici• Ittero (sintomo+segno a carattere generale)• Ematemesi, melena, enterorragia, proctorragia, etc.
DISFAGIA
Il termine indica una DEGLUTIZIONE DIFFICOLTOSA. Riguarda dapprima i boli solidi, la cui deglutizione è facilitata dall’ingestione di liquidi, solo tardivamente anche i liquidi.E’ provocata da cause organiche o funzionali che agiscono a livello faringeo o esofageo (o entrambi).Cause organiche: Cause funzionali (discinesie):
Neoplasie Acalasia e spasmo dell’UES,
Esofagiti Incoordinaz. faringo-esofagea
Diverticoli Spasmo esofageo diffusoSclerodermia Acalasia del LES
Variante importante è la DISFAGIA PARADOSSA: difficoltà alla deglutizione dei liquidi più che dei solidi (cause funzionali)
ODINOFAGIA: DEGLUTIZIONE DOLOROSA (cause faringee)
RIGURGITO
Ritorno in cavità orale, con o senza emissione, di materiale alimentare ingerito, oppure di succo gastrico, senza la partecipazione delle attività muscolari coordinate descritte per il vomito. Così definito, il rigurgito comprende anche il reflusso gastro-esofageo (compreso il rigurgito del lattante).Considerato in senso stretto, il rigurgito si riferisce a materiale non ancora giunto a contatto col succo gastrico (solo masticato) ed è quindi sintomo di patologia esofagea:
NeoplasieDiverticoli Acalasia
Fa seguito al ristagno di cibo nell’esofago, che può diventare abnormemente dilatato, per un ostacolo organico o funzionale alla progressione, oppure entro un’estroflessione diverticolare.
Il materiale può entrare nelle vie aeree e dare fenomeni “ab ingestis”
DISPEPSIA
Termine aspecifico che comprende numerose componenti: senso di digestione lenta, di pesantezza e tensione epigastrica postprandiale, eruttazioni, borborigmi, possibile pirosi
Sensazione di dolore urente (“bruciore”) epigastrico e retrosternale, sostenuta da alterazioni dell’attività motoria esofagea, a sua volta favorita da reflusso gastro-esofageo ed esofagite (a loro volta solitamente associati a ernia iatale).Si riteneva che la causa fosse sempre il reflusso acido. Oggi si pensa a uno spasmo del LES, secondario al reflusso o ad altre cause (ulcera peptica, neoplasie esofagee o gastriche, farmaci gastrolesivi, sclerodermia esofagea, etc.).
PIROSI
SINGHIOZZO (propriamente, SINGULTO)
Contrazione istantanea, spastica, involontaria e afinalistica del diaframma, sostenuta da cause che agiscono attraverso archi riflessi, le cui efferenze attraversano il nervo frenico.• Il più delle volte, cause banali o indefinibili, che agiscono per
pochi minuti in soggetti ipersensibili• Singhiozzo prolungato per stimolazioni del diaframma o del
n. frenico da parte di cause organiche:- affezioni pleuropolmonari- affezioni pericardiche- ernie iatali- sovradistensione gastrica o colica- peritoniti, ascessi subfrenici- irritazioni subfreniche postoperatorie
ANORESSIA
Perdita dell’appetito. - fenomeno transitorio, da cause banali- fenomeno prolungato, da cause anche importanti, organiche o
psichiche• Anoressia primaria
- neurosi, psicosi, farmaci, etc.• Anoressia secondaria
- stati febbrili, malattie infettive- endocrinopatie- gastriti croniche- carcinoma gastrico- altre malattie organiche, specie gastroenteriche
NAUSEA• Ripugnanza verso il cibo e senso di vomito imminente• La nausea può non essere seguita dal vomito, ma il vomito è di di solito preceduto dalla nausea (non se da ipertensione endocranica)
• Frequente concomitanza di fenomeni neurovegetativi (astenia, pallore, bradicardia, sudorazione, salivazione)
• Stesse cause del vomito
Espulsione forzata del contenuto gastrico attraverso la bocca, sotto il controllo del S.N.C. (centro del vomito, nella formazione reticolare del bulbo), che coordina impulsi afferenti ed efferenti
VOMITO
Il vomito può entrare nelle vie aeree e dare fenomeni “ab ingestis”
EFFERENZE DEL VOMITO(nervi somatici, S.N.A)
contrazionemuscoli intercostalidiaframmaparete addominaleglottidestomaco e piloro
rilasciamentoLES, esofagomuscolo cricofaringeo
AFFERENZE DEL VOMITO (stimoli nervosi, chimici, etc.)- Encefalo- Labirinto- Tubo digerente- Chemorecettori (metaboliti, veleni, farmaci, etc.)
CAUSE DEL VOMITO- Patologie encefaliche (specie conipertensione endocranica)
- Affezioni labirintiche (labirintiti, cinetosi)
- Malattie gastrointestinali acute a carattere doloroso o ostruttivo
- Malattie gastrointestinali croniche- Malattie metaboliche/disendocrine- Intossicazioni, farmaci, rx-terapie- Numerose altre cause (compresi gravidanza, fattori emozionali, etc.)
Anche se spesso il sintomo non risulta facilmente inquadrabile, si possono individuare, sommariamente, tre tipi di VOMITO:• “Centrale”: affezioni labirintiche, neurologiche, cause tossiche,
dismetaboliche, farmacologiche, etc.• Riflesso: fenomeno associato a stimoli dolorosi o a patologie
gastrointestinali a carattere non ostruttivo• Ostruttivo: derivante da un ostacolo, parziale o completo, alla
progressione del contenuto gastrointestinale (alimenti o secrezioni)
Il VOMITO risulta, nel complesso, sintomo aspecifico, di scarsa utilità clinica, talora addirittura un fenomeno parafisiologico.In CHIRURGIA è un sintomo importante agli effetti diagnostici
CARATTERI ORGANOLETTICI DEL VOMITO (1): ELEMENTI INTERPRETATIVI A FINI DIAGNOSTICI
Vomito riflesso: il carattere è sempre e soltanto gastrico o biliareVomito ostruttivo: caratteristiche variabili, dipendenti dal livello
e dal tipo di ostruzione (anche solo gastrico)
VOMITO GASTRICO (per l’ematemesi, vedi emorragie digestive) - riflesso o ostruttivo (stenosi antro-piloriche o duodenali)- alimentare o meno (caratteri differenti secondo fase digestiva) - contenuto gastrico in fase interdigestiva: bianco, trasparente,
leggermente filante- possibile componente biliare (reflussi duodeno-gastrici, abituali
o secondari al vomito): giallo chiaro, trasparente, fino a verde scuro, denso, secondo tempi di ristagno
- se componente biliare: riflesso o ostruzione sottovateriana VOMITO BILIARE: vedi ultimi due punti precedenti
- solitamente in assenza di ingesti
CARATTERI ORGANOLETTICI DEL VOMITO (2): ELEMENTI INTERPRETATIVI A FINI DIAGNOSTICI
VOMITO ENTERICO - sempre e solo ostruttivo (ileo meccanico, raramente paralitico) - raramente alimentare (raro che il paziente assuma cibo)- liquido giallastro per componente biliare, denso, maleodorante
VOMITO FECALOIDE - sempre e solo ostruttivo (è un vomito enterico tardivo)- fecaloide non significa fecale (vomito fecale: eccezionale,
possibile solo in presenza di fistole gastro-coliche)- il termine si riferisce a un’intensa maleodoranza, evocativa
dell’odore fecale, per abnorme crescita batterica (vedi oltre); altre caratteristiche analoghe a quelle del vomito enterico
- solitamente dovuto a occlusione meccanica ileale “bassa” (ma ogni vomito enterico col tempo può diventare fecaloide
- le occlusioni coliche non determinano vomito finchè il colon è “recettivo” e la valvola ileo-ciecale resta continente
AEROFAGIA E METEORISMO
L’intestino normamente contiene 150-250 ml di gas e ne elimina da 400 a 1200 ml, parte con l’eruttazione, parte con le flatulenze.• il 70% deriva da ingestione (deglutizione + aria alimenti): N2, O2
• il 20% diffonde dal sangue: soprattutto CO2
• il 10% viene prodotto dai batteri intestinali: H2, CH4
L’AEROFAGIA è l’eccessiva ingestione di aria, sostenuta da cattive abitudini igienico-alimentari (pasti frettolosi, parlare durante il pasto, masticazione di gomme, eccesso bevande gassate, etc.).E’ la maggior responsabile di METEORISMO, solitamente transitorioe associato a eruttazioni, borborigmi, distensione, flatulenze.
Nell’OCCLUSIONE INTESTINALE, o ILEO (arresto completo e persistente del transito in un segmento intestinale), meteorismo e distensione sono ingravescenti e si associano a dolore e vomito
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Small bowel anatomy
67
Small bowel immune system
Glucose –endocrine axis
68
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CarbohydratesCarbohydrates are the most important energy-containing components of the diet. The energetic value of most carbohydrates is 17.5 kJ per g.A daily diet of 400 g carbohydrates covers 7 000 kJ, which is 56% of the usable energy in a diet of 12 500 kJ daily. The formation of metabolic water on a mixed diet is 0.032 g of water per J.
The common sources of digestible carbohydrates are starches (amylose), table sugar, fruits and milk.
Plant and animal starch (amylopectin and glycogen) are branched molecules of glucose monomers.
Indigestible carbohydrates are present in vegetables, fruits and grains (cellulose, hemicellulose, pectin) and in legumes (raffinose). Indigestible carbohydrates are also referred to as dietary fibres.
Digestion of starches to simple hexoses occurs in two phases: The luminal phase begins in the mouth with the action of salivary amylase (ptyalin), In the small intestine The starch polymer is reduced to maltose, maltriose and a-limit dextran or dextrins. The three substrates are pushed through the intestine and are now ready for the brush-border phase. Some of the substrate molecules get into contact with the brush-borders of the absorbing mucosal cell via the unstirred water layer. Enterocytes carry disaccharidases and trisaccharidases (oligosaccharidases) on their surface that cleave these substrates to glucose, G.
Milk sugar (lactose) and cane sugar (sucrose) only require a brush-border phase of digestion, since they are disaccharides.
Sucrose is reduced to glucose and fructose (G-F), and lactose to glucose and galactose (G-Ga) by the action of disaccharidases (sucrase and lactase).
ProteinsThe typical Western diet contains 100 g of protein, which is equivalent to an energy input of 1700 kJ daily, although an adult needs only less than one g pr kg of body weight. This luxury combustion is an inappropriate use of global resources. Moreover, a high protein intake implies a long-term risk of uric acid accumulation from purine degradation ( Meats, fish, eggs, and diary products are high in proteins and expensive. Vegetable proteins are not as expensive as animal proteins.
Digestion of dietary proteins begins in the stomach, with the action of the gastric enzyme pepsin (pH optimum is 1), Pepsin is produced from pepsinogen in the presence of HCl.
ProteinsThe digestion is continued in the intestine by proteolytic enzymes of the pancreas. Enteropeptidase converts trypsinogen to trypsin. Trypsin acts auto-catalytically to activate trypsinogen, and also convert chymo-trypsinogen, pro-carboxy-peptidases A/B, and pro-elastase to their active form. When the chyme is pushed into the duodenum, the pancreatic juice neutralises the chyme and the activity of pepsin is stopped. The proteolysis in the small intestine plays the major role, because the digestion and absorption of dietary protein is not impaired by total absence of pepsin.Cytosolic peptidases from the enterocytes and brush border peptidases from the brush borders of the villous cells then cleave the small peptides into single amino acids (Enteropeptidase, amino-polypeptidase and di-peptidases).
The end products of protein digestion by pancreatic proteases and brush border peptidases are di- and tri-peptides and amino acids. The cytosolic peptidases are abundant and particularly active against di- and tri-peptides.
LipidsThe typical Western diet contains 100 g of lipids (3900 kJ) daily. Most of the dietary lipids consumed are triglycerides (only 2-4% is made up of phospholipids, cholesterol, cholesterol esters etc). Lipids would comprise just above 30% (ie, 100 g = 3900 kJ) of a standard diet of 12 500 kJ daily. An optimal diet should contain only 20% lipids, such as the lipids of fish oil and olive oil.
Colon
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Integrated meta-omics
Lepage P et al. Gut 2013;62:146-158
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The human GI microbiota
M Arumugam et al. Nature 000, 1-7 (2011) doi:10.1038/nature0994485
The gene catalogue - characterized by a metagenomic approach - indicates
the microbe genome encodes for 3,364 non-redundant genes suggesting
that no more than ~1,150 bacterial species are abundant enough to be
detected in the feces. With most individuals harboring approximately 160
different bacterial species and 99% of intestinal microbiome derives from
30-40 species
M Arumugam et al. Nature 2011 doi:10.1038/nature09944
Functional and phylogenetic profiles of human gut microbiome.
The relationship between gut
mirobiota and humans is a
symbiotic relationship.
Though people can survive with
no gut flora, the microorganisms
perform a host of useful functions,
such as fermenting unused
energy substrates, training the
immune system preventing
growth of harmful species,
regulating the development of the
gut, producing vitamins and
producing hormones to direct the
host to store fats.
However, in certain conditions,
some species are capable of
causing diseases 86
Enterotypes of the human gut microbiome
87
M Arumugam et al. Nature 000, 1-7 (2011) doi:10.1038/nature09944
The structure of the human intestinal microbiota across the life cycle.
Kostic A D et al. Genes Dev. 2013;27:701-718
88
16S rRNA gene surveys reveal a clear separation caused
by socio-economic factor
De Filippo C et al. PNAS 2010;107:14691-14696
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High fat/low fiber diet BACTERIOIDES
Low fat /high fiber diet PREVOTELLA
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Science Express on 6 June 2012, doi: 10.1126/science.1223813
Main metabolites Main Bacteria Signaling pathways
Short-chain fatty acids (SCFA): acetate, propionate,
butyrate, isobutyrate and others
Clostridial clusters IV and XIVa of
Firmicutes, including species of
Eubacterium, Roseburia, Faecalibacterium,
and Coprococcus
Energy source for colonic epithelial cells, anti-
tumor activities on colorectal cancer. Modulate
insulin resistance in metabolic syndrome and type 2
diabetes
Bile acids: CA, hyocholic acd, DCA, CDCA, α-MCA,
β-MCA, ω-MCA, TCA, GCA, TCDCA, GCDCA, , T-
αMCA, T-βMCA, LCA, UDCA, hyodeoxycholic acid,
GDCA, TDCA, tauro-hyocholic acid
Lactobacillus, Bifidobacteria, Enterobacter,
Bacteroides, Clostridium
Essential for absorption of dietary fats and lipid-
soluble vitamins and act as signaling molecule
through FXR, GPBAR1, PXR, VDR and other BARs*
to regulate triglycerides, cholesterol, glucose and
energy homeostasis.
Choline metabolites: methylamine, dimethylamine,
trimethylamine, trimethylamine-N-oxide,
dimethylglycine, betaine
Faecalibacterium prausnitzii,
Bifidobacterium
Impact on lipid and glucose metabolism. Potential
mediators in nonalcoholic fatty liver disease, diet
induced obesity, type II diabetes, and cardiovascular
disease.
Indole derivatives: N-acetyltryptophan,
indoleacetate, indoleacetylglycine, indole, indoxyl
sulfate, indole-3-propionate, melatonin, melatonin 6-
sulfate, serotonin, 5-hydroxyindole
Clostridium sporogenes, E. coli AhR ligands. Anti-inflammatory effects. Unknown
metabolic activities
Vitamins: vitamin K, vitamin B12, biotin, folate,
thiamine, riboflavin, pyridoxine
Bifidobacterium Complementary source to endogenous vitamins.
Unclear metabolic effects
D-lactate, formate, methanol, ethanol, succinate,
lysine, glucose, urea, α-ketoisovalerate, creatine,
creatinine, endocannabinoids, 2-
arachidonoylglycerol (2-AG), N-
arachidonoylethanolamide, LPS, etc.
Bacteroides, Pseudobutyrivibrio,
Ruminococcus, Faecalibacterium,
Subdoligranulum, Bifidobacterium,
Atopobium, Firmicutes, Lactobacillus
Variety of biological functions. Unclear metabolic
Polyamines Campylobacter jejuni, Clostridium
saccharolyticum
Anti-inflammatory and antitumoral effects. Unclear
metabolic effects
Phenolic, benzoyl, and phenyl derivatives Clostridium difficile, F. prausnitzii,
Bifidobacterium, Subdoligranulum,
Lactobacillus
PXR ligands. Regulation of xenobiotic metabolism.
Unclear metabolic effects
Lipids: conjugated fatty acids, LPS, peptidoglycan,
acylglycerols, sphingomyelin, cholesterol,
phosphatidylcholines, phosphoethanolamines,
triglycerols
Bifidobacterium, Roseburia, Lactobacillus,
Klebsiella, Enterobacter, Citrobacter,
Clostridium
Anti-inflammatory and pro-inflammatory activities.
Modulation of immune system. Act on insulin
receptor and insulin sensitivity. Regulation of
cholesterol and tryglycerols metabolism
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The GI microbiota shapes the bile acids
signaling
Fiorucci & Distrutti, Trends Mol Med, 2015 in press
Gut Microbiota from Twins Discordant for Obesity Modulate Metabolism in Mice
Science 6 September 2013: Vol. 341 no. 6150
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Bidirectional interactions within the gut
microbiota/brain axis
Nature Reviews Neuroscience 13, 701-712 (October 2012) | doi:10.1038/nrn3346
Mind-altering microorganisms: the impact of the gut microbiota on brain and behaviour
99
Bidirectional interactions within the
gut microbiota/brain axis
Mayer EA, Tillisch K, Gupta A. Gut/brain axis and the microbiota. J Clin Invest. 2015 Mar 2;125(3):926-38. doi: 10.1172/JCI76304.
Endoscopia
Radiologia
Radiologia
Colonscopia virtuale
Videocapsula
Volume e composizione delle secrezioni del tubo digerente
SECREZIONE Volume Na + K + Cl - HCO3-
ml/24 h mEq/l mEq/l mEq/l mEq/l
Saliva 500-2000 10 26 10 30
Succo gastrico 500-3000 60 10 130 -
Succo duodenale 100-2000 140 5 80 -
Succo digiuno-ileale 100 - 900 140 5 104 30
Bile 500-1000 140 5 100 35
Succo pancreatico 100 - 800 145 5 75 115
DIARREA - 1
Manca una definizione assoluta, perchè disturbo interpretabile molto soggettivamente
emissione rapida di feci abbondanti e poco formateTra liquidi ingeriti, alimenti e secrezioni, ogni giorno percorrono il tubo digerente circa 10 litri.
- il 90% è assorbito dall’ileo (arrivano al cieco circa 1000 ml)- il 90% è assorbito dal colon (volume fecale: circa 100 ml)- il colon può compensare fino a 4-5 litri
Una riduzione anche modesta della capacità di assorbimento colico o una riduzione importante dell’assorbimento ileale possono provocare diarrea, ma non tutte le diarree s’instaurano con questo meccanismo
DIARREA - 2
Nella diarrea sono importanti non solo l’osservazione dei caratteri organolettici (specie presenza di sangue, feci normocromiche o “biliari”, steatorrea), ma anche ritmi, rapporti coi pasti, durata (diarree acute o croniche), concomitanza col dolore. Nel complesso, il sintomo è aspecifico, in quanto riscontrabile in numerose malattie, per lo più gastrointestinali, o un condizioni non francamente patologiche (banali intolleranze alimentari, stress, etc.)
CLASSIFICAZIONE DELLE DIARREE• Osmotiche: lassativi osmotici, malassorbimenti, intestino corto• Secretorie: enterocoliti batteriche (endotossine), e virali, lassativi “irritanti”, sali biliari secondari, tumori intestinali ormonosecernenti
• Essudative: M. di Crohn e colite ulcerosa, colite ischemica, colite postattinica (da raggi),
• Da alterata motilità: colon irritabile, fattori psico-emozionali, reazioni neurovegetative, stati disendocrini e dismetabolici
CAUSE DI DIARREA CRONICA