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GASTROINTESTINALEPHYSIOLOGIE I.
Übersicht: Funktion und Kontrolle
prof. Gyula Sáry
Übersicht: Funktion und KontrolleLernziele: 59-61.
2
Besonderheiten des Magen-Darm-Trakts
Energiezufuhr: ~ 30 kcal/kg /Tag
mechanische und enzymatische Abbau: 2mm Grenze
Proteine: Aminosäure, Di- und Tripeptide
Kohlenhydrat: Monosacharide
Fett: Fettsäure und Monoglyceride
Der MD Trakt ist die größte Oberfläche zwischen dem Körper und der Umwelt
Wichtiges Immun-Organ: GALT Gut Associated Lymphoid Tissue (Lymphozyten und Wichtiges Immun-Organ: GALT Gut Associated Lymphoid Tissue (Lymphozyten und
Mastozyten)
Immunverteidigung und Immuntoleranz
Der MD Trakt hat Sekretion-Absorption Mechanismen wie die Nierentubuli.
Der MD Trakt hat sein eigenes Nervensystem und fukzioniert auch ohne ZNS.
Gilt als größtes endokrin System, produziert mehr Hormone als die andere endokrine
Drüsen zusammen
2
4
Flüssigkeitsekretion und Reabsorption in dem M-D Trakt
Volumen aufgenommenes Volumen
Nahrung(1,5)
Speichel(1)
Magen-
Täglich ~ 9 L
4
Magen-sekretion
(2)
Galle(0,4)
Pankreassaft(1,5)
Dünndarm (2,5)
9
autonomischesNervensystem
enterisches Nervensystem
Kontrollmöglichkeiten im M-D Trakt
Hormone
Parakrine
Inhalt des Darmes
Enterozyt
9
mechanische, chemische, osmotische Reize
Dar
mw
and
10
Sphinkter
Mundhöhle: kauen, feuchten, Fett-und Kohlenhydrat Verdauung starten
Oesophagus: Transport in den Magen
Magen: vorübergehend speichern, mahlen, Sekretion von Protease und
Grundlagen und Kontrolle: Übersicht
Sphinkter
mahlen, Sekretion von Protease und HCl
Dünndarm: Digestion, Absorption, Reabsorption von Flüssigkeiten
Dickdarm: Elektrolyten Reabsorption, Speichern
Drüsen: Speichel, Pancreassaft, Galle…
Sphinkter
Sphinkter
Sphinkter
11
kauen: ZNS, somatomotorisch
Speichelsekretion: ZNS, symp. und parasym.
Schlucken: ZNS, somatomotorisch und parasymp.
prox. Magen: speichern, ZNS parasymp.
dist. Magen: mahlen, ENS, humoral
Grundlagen und Kontrolle: Übersicht
ENS= enterales Nervensystem. Magen-Darm Trakt funkzioniert auch ohne ZNS,
symp. und parasymp. haben modulatorische Funktionen.
Mundhöhle und Rachen: kauen, feuchten, Fett-und Kohlenhydrat Verdauung startenMedikamente, Glukose
Oesophagus: Transport in den Magen
Magen: vorübergehend speichern, mahlen, dist. Magen: mahlen, ENS, humoral
Magensekretion: ENS, humoral
Dünndarm: Motorik und Sekretion, ENS, humoral
Gallensekretion: meist. humoral
Pankreassekretion: meist. humoral
Dickdarm: Motorik: ENS
distaler Dickdarm: ENS, ZNS, parasymp. und
somatomotorisch
Magen: vorübergehend speichern, mahlen, Sekretion von Protease, HCl und Muzin!Medikamente, Alkohol
Dünndarm: Digestion, Absorption, Reabsorption von FlüssigkeitenAbsorption von alle Nahrungsmittel (B12
und Gallensaure nur im Ileum)
Dickdarm: Elektrolyten Reabsorption, Speichern, StuhlgangElektrolyten, Wasser, Medikamente (Suppositorium)
12
Längstmuskulatur
Ringmuskulatur
Serosa
submucosa
mucosa
Mesenterium(Arterien, Venen, Nerven,
Lymphader)12
14
Das enterische Nervensystem
Vaskulatursensorisch
parasympathisch
• Teil des veget. Nervensystems
• ~500 Mill. Neuronen
• unabhängig von ZNS
• lokale Reflexe:
Rezeptor
Boron, Boulpaep, Medical Physiology, Elsevier Saunders, 2012
Myenterisches Plexus: Integration, Muskelafferente und Efferenzen
Submucosal plexus:Rezeption, Efferenzen
•Kontrolle von motorische Funktionen und Koordination• Perfusionskontrolle• Exokrine und endokrine Sekretion
sympathisch
Hirnstamm Sympatisch
Interneuron
Effektorneuronen
• „enterales Gehirn”, vor-programmierte Reaktionen
17
Das enterische Nervensystem (ENS)
ZNS
Die Darm-Gehirn Achse
17
Effektor
SensorInterneuronReflexeProgram MöglichkeitenInfo. Verarbeitung
MotorNeuron
Glattmuskulatur Gefäße Sekretion
ENS
WirkungMotorikReflexe
Vasomotorik
18
Die Darm-Gehirn Achse
Das ZNS kann MD Funktionen modulieren
parasympathische Wirkungen, vago-vagale Reflexe
sympathische Wirkungen
Fluchtreaktion von Cannon, kephale Phase von MD Sekretion
Kommunikation ist bidirektional (CCK, ghrelin)
Das Immunsystem
18
Das Immunsystem
Mastozyten im Lamina propriasensitivität für NeurotransmitterReaktion gegen Antigene von DarmlumenMastozyten können MD Funktionen beeinflussen (Histamin)
Nervale, hormonale und immun Kontrolle:
Redundanz für eine „versagensichere” Funktion
19
Modulation des ENS durch das ZNS
n. vagus
Vaguskerne
parasympathisch sympathisch
parasympatische Wirkungen:NUR durch das ENS
ZNS autonomes nervensystem
19
n.pelv.
Vaskulatur
Sekretion
Glattmus.
NUR durch das ENS
21
Kontrollmöglichkeiten des MD Traktes
1. Enterales Nervensystem (lokale Reflexe)
2. vegetat. Ganglien (kurze Reflexe)
3, 4. Rückenmark, Hirnstamm (lange
21
3, 4. Rückenmark, Hirnstamm (lange Reflexe - vago-vagaler Reflex)
5. Höhere Zentren (z.B., Hypothalamus)
22
Starling arbeitete mit Sir William M.
Bayliss und untersuchte den Kreislauf
(s. Frank-Starling Gesetz im Hertz,
Mikrozirkulation, usw.).
Die beide haben Sekretin entdeckt
Ernest Henry Starling
1866-1927
(1902).
Der Name „Hormon” stammt von
ihnen, und sie haben auch die
Grundgesetze für hormonale Kontrolle
beschrieben.
22
23
Das Entero-hormonale System
• Die enteroendokrine Zellen befinden sich einzeln, diffuse im
Epithelium und sezernieren peptid Molekulen.
• Die Sekretion wird reguliert durch: Reize aus dem Darm-Lumen, das
ENS, Hormone und Molekulen des Immunsystems.ENS, Hormone und Molekulen des Immunsystems.
• Die sezernierte Molekulen wirken am MD Trakt Muskulatur, Drüsen
und Gefäβe, durch parakrine/endokrine Wege, können indirekt an die
Neurone des ENS wirken (auch durch andere Hormone).
• Hormone aus dem MDT wirken auch an die Neurone des ZNS (zB.
Nahrungsaufnahme) oder an andere, hormonsezernierende Zellen
(Incretine im Pancreas). 23
25
Gastrin Famile: Gastrin, CCKSecretin Familie: Secretin, GIP, GLP-1, VIP
25Gastrin Famile: Gq/IP3/DAGSecretin Familie: Gs/cAMP
26
M-D Hormone, Parakrine und Neurokrine
1. Gastrin: Adaptation der Magenmotilität und Sekretion zu Mageninhalt
2. CCK: Adaptation der Magenentlehrung, Gallen Entlehrung,
Pankreassekretion zu Dünndarminhalt
3. Secretin: Adaptation der Magenentlehrung, Duodenum, Gallenwege
und Pancreas HCO3 Sekreton zu Duodenum pH
4. GIP (Gastric Inhibitory Peptide/Glukose Dependent Insolinotropic Peptide)
und GLP-1: Adaptation der Magenentlehrung und Insulinsekretion zu
Kohlenhydrat-Inhalt des Dünndarmes
5. Motilin: Koordination der (lehren) Magen- und Dünndarmmotorik in
der interdigestiven Phase (MMC)
6. Ghrelin: Adaptation der Nahrungsaufnahme zu MD Trakt und
Tagesrhythmus26
27
Glukose
12
16
20
24
Pla
sma
Glu
kose
(m
mo
l/L)
kein GIP
Diabetes mellitus
der GLUKOSE-TOLERANZ TEST
4
8
-60 0 60 120 180 240 300
Pla
sma
Glu
kose
(m
mo
l/L)
Minuten
postprandiale
(postalimentare)
Hyperglykemie
postprandiale
(postalimentare)
Hypoglykemie27
28
Glattmuskulatur Typen
Elekrische IsolierungErmöglicht feine Kontrolle
Gap junctions ermöglichenKoordinierte Kontraktion
28
31
MD Trakt Muskulatur
• T. muscularis mucosae: lokale Kontrolle durch ENS
• Längstmuskulatur: meistens stimulation durch Ach
• Ringsmuskulatur: rhythmische Kontraktionen. Myogener Tonus, stim. und inhib. NES, Hormonwirkungen. und inhib. NES, Hormonwirkungen.
• Ringsmuskulatur formt Sphinktere.
• Rhytmische Kontraktionen: vom distalen Magen bis Sigmoideum spezielle „langsame Wellen” produzieren den Basalen Elektrischen Rhythmus (BER).
• BER stammt von Zeitgeber Arealen: Magen : 15-20 s, Dünndarm 5-8 s, Dickdarm Minuten?
31
35
ELEKTRISCHE AKTIVITÄT der M-D GLATTMUSKEL
- elektrische Synapsen (gap junction) - Ruhepotential ist weniger negativ und oszilliert- mesenchymale Zeitgeber Zellen (Interstitialzellen von Cajal)
• BER:•Basaler Elektrischer Rhytmus
(langsame Wellen):(langsame Wellen):Pacemaker Zellen triggern, Glattmuskulaturtransportiert
• Spikes = AP „sitzen” über den langsamen Wellen„Ca++-Spikes”
35
36
GLATTMUSKELKONTRAKTIONEN in Magen-Darm Trakt
1. kontraktionen kommen nur während „Spikes”
2. die Frequenz wird von den langsame Wellen bestimmt3. die Stärke hängt von der Anzahl der „Spikes” an
Membrane-potenzial
(mV)
Schwelle
langsameWelle AP
Schwelle
Kontrakzions-stärke
Zeit36
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Das DARMGESETZ (nach Bayliss)
Reiz: Stimulation der Wand des M-D Trakts
Reiz
1. Kontraktion oral vom Reiz 2. Relaxation caudal vom Reiz
3. der Kontraktionsring und Relaxationsring fahren aboral
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Der wandernder myoelektrischer Motorkomplex
Phasen
I. Phase: nur langsame Wellen keine motorische AktivitätII. Phase: unregelmäßige Spikes + KontraktionenIII. Phase: regelmäßige Spikes + peristaltische Kontraktionen
Mahlzeiten
1. nur zwischen Mahlzeiten, bei lehrem Magen und Darm !!!
2. dauert für 3-5 Min. und wiederholt sich in alle 90-100 Minuten
3. beginnt im Magen und läuft bis zum distalen Ileum
4. unverdaubare Partikel zu Kolon
5. Kontrolle: Motilin
Magen
distalesIleum
Geschw.:5 cm/min
Mahlzeiten
41
42
Ileus paralyticus (Darmverschluss)
• Obstruktion, Entzündung, Chirurgische Eingriffe aktivieren
Nozizeptoren der Darmwand.
• Durch kurze Reflexbögen (durch symp. Ganglia) und Stressreaktion
kommt es zu Paralyse der Darmbewegung. Dysfunktion des ENS auch
durch lokale Entzündungsmediatoren und Medikamente.
• Stau des Inhaltes in den ausgedehnten Darmsegmente verursacht
Kreislaufschock, Dehnung der Darmwand verursacht Hypoperfusion
(Nekrose).
• Auskultation am Bauch: keine Bewegungsgeräsche: Stille der Krypta
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DAS EXNER-PHÄNOMEN
Nagelspitze in der Darmwand als Reiz
Peristaltik
Peristaltik (Speisebrei)
Gegenstände mitSpitze drehen sich im M-D Trakt um.
Peristaltik (Speisebrei)Dreht den Nagel um
Peristaltik Zieht den Nagel aus
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Funktionen der Magen-Darm Zirkulation
• metabolischen Bedarf der Organe befriedigen
• Blut versichern für die Sekretion der Verdauungsekreteund Absorptionund Absorption
• postprandiale Hyperämie ~ 50% (aktiv)
• gastrointestinale Venen speichern Blut, sind wichtig fürdie systemische Blutdruckkontrolle
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Strömung in der viszeralen Zirkulation, portale Zirkulation
Leber
Magen und Milz
Absorbierte Nährstoffe und Hormone wirken an die LEBER am höhchsten Konzentration!
Pankreas
Dünndarm
Dickdarm
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Mikrozirkulation der Leber
Bezüglich der Druckwerte in den Blutgefäßen der Leber ist die hohe Permeabilität der hepatischen Mikrozirkulation zu berücksichtigen. Da die Wand der Lebersinusoiden sehr permeabel ist (Proteinkonzentration im Disse-Raum fast gleich hoch wie im Blutplasma), können Eiweißmoleküle praktisch ungehindert zwischen Intra- und Extravasalraumwechseln und für den Durchtritt von Flüssigkeit (kapilläre Filtration) ist so gut wie ausschließlich der hydrostatische Druckgradient ausschlaggebend.
Aus dem Darm in das Pfortaderblut aufgenommene Stoffe werden meist direkt der Leber zugeführt. Bei diesem first
pass durch die Leber werden zahlreiche Biomoleküle (z.B. Häm) und Medikamente (teilweise) inaktiviert, und ihre Bioverfügbarkeit ist dann gering (z.B. Aspirin, Morphin, Levodopa etc). Das bedeutet, dass sie höhere Wirkung entfalten, wenn man sie auf alternativem Weg (z.B. über ein Suppositorium oder via Infusion) zuführt -beziehungsweise sie müssen bei oraler Einnahme entsprechend hoch dosiert werden.
50
Mikrozirkulation der Leber
In den Sinusoiden wird Blut aus den Arterien und Venen gemischt. Stofftransport zwischen Plasma und DisseRauma ist ungehindert. (Auchfür Proteine!).Lymph!Pathologie: Flüssigkeit kann in die Bauchhöle geraten. Ascites
Lipoprotein(permeabel)
Chylomikron(impermeabel)
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Kontrolle der viszeralen Zirkulation
• Sympathischer konstriktorischer Tonus: GI Blut„wiederverteilung”, Venen als Blutspeicher.
• Aktivation der sekretorischen Fasern in parasymp. und enteralen NS: Vasodilatation in den Drüsen, Stromstärkeenteralen NS: Vasodilatation in den Drüsen, Stromstärkebis zum 7-8x höher. VIP, NO und Ach.
• Metabolische Autoregulation (postprandial).
• Escape Phänomen