Ernährung und Verdauung

Ernährung und Verdauung 1. Mechanismen der Säurebildung im Magen 2. Regulation pH-Profil im GI-Trakt 3. Sekretion im Pankreas und Sekretion im Darm 4. Magenentleerung, Magenmotilität 5. Helicobakter pylori

Ernährung und Verdauung - Mechanismen der Säurebildung im Magen und ihre Regulation

Säurebildung Zellen des Magens Charakteristika der Belegzelle Säuresekretion der Belegzelle Magenschutz Schleimbildung „unstirred layer“

Säurebildung

Überblick: Zellen des Magens

Zelltyp

Funktion

Belegzellen

HCl- Sekretion, Intrinsic- Faktor

Nebenzellen

Schleimbildung

Hauptzellen

Sekretion von Pepsinogen

G-Zellen

Bildung von Gastrin

Oberflächenepithel

Bicarbonat und Schleim sezernierend

Charakteristika der Belegzelle

Säuresekretion in der Belegzelle

Magenschutz

Schutzmechanismen

•

Schleimbildung

•

„Unstirred Layer“

„Unstirred“ Layer zum Schutz des Magens

Ernährung und Verdauung - pH-Profil im GI-Trakt

pH-Werte im Verdauungssystem Regulation der Magensäuresekretion Kephale Phase Gastrale Phase Intestinale Phase Helicobakter Pylori

pH- Werte im Verdauungssystem: • Speichel ~ 6,5 • Magensäure 0,8; mit Speisebrei 1,8-4,0 • Pankreassekret 8,5-9,0 • Gallensekret 8,0-8,5 • Dünndarmsekret 8,0 • Stuhl 6,5-7,0

HCl ← → HCO3-

Regulation der Magensäuresekretion

• neurale Regulation, Neurotransmitter • humorale Regulation:

- endokrine Hormone - parakrin wirksame Stoffe

• Kephale Phase • Gastrale Phase • Intestinale Phase

Kephale Phase • Anblick, Geruch, Geschmack der Speise • Chemorezeptoren, taktile und propriozeptive Reize • Reizung des Parasympatikus → Speichelsekretion → bis zu 40% der Magensäuresekretion • Acetylcholin à muskarinische Rezeptoren der sekretorischen Zellen (direkt) → Freisetzung von Gastrin → Freisetzung von Histamin

indirekt

Gastrale Phase • Dehnungsreize, chemische Reize →Gastrinfreisetzung • „gastrokolischer Reflex“, Defäkationsdrang • Ansäuerung des Mageninhalts bis pH 2 • Hemmung weiterer Säuresekretion durch Somatostatin

Intestinale Phase Saurer Chymus im Duodenum: • Aktivierung der Pankreassekretion • Kontraktion der Gallenblase • Hemmung der Magensekretion → Enterogastrischer Hemmreflex

Humorale Regulation durch Zellen in Duodenum und Jejunum: • Sekretin

pH < 4,5

+ bicarbonatreiche, wässrige Sekretion - Gastrin

• CCK

lange FS

+ Pankreassekretion, Gallenkontraktion

AS

- Magenentleerung à Sattheitsgefühl

Glucose, pH

+ Insulin

• GIP

- Magensaftsekretion

Ernährung und Verdauung - Sekretion im Pankreas

Pankreassekretion - Mechanismen der Sekretion - Steuerung der Sekretion Darmsekretion - Sekretion im Dünndarm - Sekretion im Dickdarm

Pankreassekretion Pankreassekret: • etwa 1-1,5 l pro Tag • über Ductus pancreaticus → Papilla duodeni major → Duodenum • Hauptbestandteile: •Pankreasenzyme → Aufspaltung der Nahrungsbestandteile •Bicarbonat → Neutralisation des Magensaftes

Pankreasenzyme •

Aus Azini des Pankreas durch Exozytose freigesetzt

•

Lipase, Amylase und Ribonuclease in aktiver Form sezerniert

•

Proteolytische Enzyme in Form inaktiver Vorstufen sezerniert → Schutz vor Selbstverdauung

•

Trypsininhibitor → verhindert vorzeitige Trypsinaktivierung im Ausführungsgang

•

Enteropeptidasen im Duodenum → Umwandlung von Trypsinogen in Trypsin → Trypsin aktiviert weitere Enzymvorstufen

Pankreasenzyme Name

Wirkung

α-Amylase

Polysaccharidspaltung zu Maltose

Lipase

Triglyceridspaltung zu Fettsäuren u. Glycerin

Phospholipase A

Lysolecithin- bzw. -kephalin- u. Fettsäurebildung

Phospholipase B

Glycerophosphorylcholin- u. Fettsäurebildung aus Lysolecithin

Trypsin

Spaltung v.a. der denaturierten Proteine; als »Trypsinogen« sezerniert

Chymotrypsin

ähnl. wie Trypsin spaltend

Carboxypeptidasen

Abspaltung endständiger Aminosäure

Ribonucleasen

Spaltung von 3'-Bindungen

Desoxyribonucleasen

spezif. Phosphodiesterase; Endprodukte: Oligodesoxynucleotide

Elastase

Aufspaltung elastischer bzw. kollagener Fasern

Kollagenase Kallikrein

Freisetzung von Kininen

Sterinesterhydrolase

Spaltung von Sterinfettsäureestern

Elektrolyte des Pankreassekrets Hauptanionen:

Cl¯ Bicarbonat

Hauptkationen:

Na+ und K+

•

Konzentration: 300 mosmol/l → isoton zum Blutplasma

•

[Anionen] = [Kationen] ≈ 150 mmol/l

•

Sekretionssteigerung: → Kationenkonzentration bleibt gleich → [Cl¯] und [Bicarbonat] verändern sich gegenläufig - Anionenkonzentration bleibt somit auch konstant - bei max. Sekretion: [Bicarbonat] bis zu 140mmol/l pH= 8,2 → Austausch von Chlorid und Bicarbonat im Ausführungsgang

Sekretionsmechanismen Azinuszellen: •

produzieren chloridreiches Primärsekret basolateral → Na+-K+-2Cl¯-Kotransport luminal

→ Cl¯-Kanäle

Epithelzellen der Ausführungsgänge: •

sezernieren bicarbonatreiches alkalisches Sekret

•

Stimulation durch Sekretin H+- Na+- Antiport aktiviert (basolateral) ↓ Cl¯-Bicarbonat-Antiport (luminal) ↓ Bicarbonat reichert sich im Lumen an → Chloridkonzentration sinkt ↓ Wasser und Na+ folgen passiv parazellulär (Sekret bleibt somit isotonisch)

Steuerung der Sekretion

Parasympathikus und Cholecystokinin → fördern Produktion eines enzymreichen Sekrets Sekretin → fördert Produktion eines bicarbonatreichen Sekrets

Interdigestive Phase ( Verdauungsruhe): •

nur geringe Basalsekretion → ca. 5ml/h

Digestive Phase ( nach Nahrungseinnahme): •

reichliche Sekretion → 8ml/min

•

3 Aktivierungsphasen:

Kephale Phase: –

Bicarbonatkonzentration und Enzymausstoß steigen an

–

ausgelöst durch N. vagus ( VIP/ GRP, Acetylcholin)

Gastrale Phase: –

Sekretionsteigerung durch

→

Dehnung der Magenwand vagovagale Reflexe Gastrinfreisetzung

Intestinale Phase: –

Sekretionssteigerung durch gastrointestinale Hormone

Sekretin: - von den S-Zellen der Schleimhaut ausgeschüttet - stimuliert Bicarbonat-Sekretion in Gangepithelien → Neutralisation des Chymus Cholecystokinin: - aus endokrinen Zellen der Darmmucosa - bewirkt in Azinuszellen Exozytose von Proenzymen und Enzymen

Darmsekretion

Dünndarm: - weitere Zerlegung der Nahrungsbestandteile - Spaltprodukte isoosmotisch resorbiert - Oberflächenvergrößerung durch:

Falten Zotten/ Krypten Mikrovilli

Kolon: durch Wasserresorption Stuhl weiter eingedickt

Dünndarmsekretion •

Mucosa sezerniert 2,5-3 l/d

•

Sekret muzin- und bicarbonatreich

•

Praktisch keine Enzyme im Sekret

Becherzellen und Brunnerdrüsen: - produzieren Muzine, die Epithel gelartig überziehen - zum Schutz und für ein reibungsloses Gleiten des Stuhls Hauptzellen: - sezernieren plasmaisotonische NaCl-Lösung Na+-K+-2Cl¯-Kotransporter ( basolateral) ↓ Cl¯- Kanal (luminal) ↓ Wasser und Na+ folgen passiv Brunnerdrüsen: - sezernieren muzin- und bicarbonatreiches Sekret - Anreicherung über Cl¯-Bicarbonat-Antiport

Pathologie: sekretorischer Diarrhoe ( Durchfall) Ursache:

bakterielle Gifte Bsp: Toxine von Salmonellen, Cholera-Vibrionen, pathogenen Coli-Bakterien

Folgen: Aktivierung der Cl¯-Kanäle → Chloridsekretion stark gesteigert → Wasser folgt passiv → somit Flüssigkeitssekretion gesteigert → beschleunigte Darmpassage

→ Auch nicht konjugierte Dihydroxygallensäuren und VIP können diese Auswirkungen haben → Reaktionen erfolgen cAMP vermittelt

Regulation der Dünndarmsekretion

1.

neuronal: - Chemo- und Mechanorezeptoren in Submucosa - N.vagus → Steigerung - efferente Neurone (Plexus myentericus) - postganglionäre sympathische Fasern → Hemmung

2.

humoral: - über gastrointestinale Hormone

Dickdarmsekretion •

Mucosa bildet nur wenig Sekret

•

muzinhaltig

•

Bicarbonat über Bicarbonat-Cl¯-Antiport sezerniert

•

K+-Ionen gelangen z.T. über luminalen K+-Kanal der Epithelzellen (der Krypten) aber hauptsächlich parazellulär ins Lumen

Ernährung und Verdauung - Magenentleerung, Magenmotilität (glatte Muskulatur, slow waves, Schrittmacher)

1. Der Schluckakt 2. Das GIT-Rohr 3. Magenmotilität 4. Magenentleerung

1. Der Schluckakt - Orale Phase (willkürlich) - Pharyngeale Phase - Ösophageale Phase - Mageneintritt

1. Der Schluckakt

2. Das GIT-Rohr

2. Das GIT-Rohr

3. Magenmotilität proximaler Magen - beim Schlucken → proximaler Magen wird kurzzeitig dilatiert → Innendruck steigt durch Füllung kaum an. - tonische Kontraktion (keine Peristaltik) - dient als Speicher

distaler Magen - Schrittmacherzone - „slow waves“ richtung Pylorus → Peristaltik

3. Magenmotilität

3. Magenmotilität

3. Magenmotilität

4. Magenentleerung - Die Magenentleerung wird vom Kontraktionsgrad des Pylorus gesteuert. - Er ist kein Sphinkter hat jedoch eine verdickte Muskelwand - meist so stark kontrahiert, dass nur Flüssigkeit passieren kann - durch Kontraktion der Antrummuskulatur und Erschlaffen des Pylorus gelangt der Speisebrei ins Duodenum

4. Magenentleerung Die Magenentleerung wird gefördert durch: - Parasympathikus - Dehnung des Magens - Gastrin und gehemmt durch: - Sympathikus - Dehung des Duodenums (Vermeidung von Überladung)

- Cholecystokinin und GIP (Gastric inhibitory peptide)

- Sekretin - hohe Osmolarität im Bulbus duodeni

4. Magenentleerung Erbrechen: - das Zwerchfell wird in Inspirationsstellung fixiert - die Bauchmuskeln kontrahieren sich rasch - gleichzeitig kontrahiert das Duodenum und die Ösophagussphinkter erschlaffen. - durch den hohen Druck auf den Magen entleert sich der Mageninhalt via Ösophagus

4. Magenentleerung

Anwendung auf Helicobacter pylori – Infektion: • Helicobacter pylori vermindert u.a. die Somatostatinbildenden DZellen der Magenschleimhaut → Hypergastrinämie → Hyperazidität → beschleunigte Magenentleerung

Medikamente gegen die übermäßige Säurebildung: • Säurehemmer: kompetitive Hemmung der H2-Rezeptoren • Protonenpumpenhemmer : irreversible Hemmung der K+/H+ ATPase • Prostaglandinanaloga für Bicarbonatbildung

Klinischer Fall:

Ulcus ventriculi: Häufigkeiten • Betrifft Männer häufiger als Frauen • ca. 10% der Bevölkerung haben im Laufe ihres Lebens ein Magengeschwür • In Deutschland ca. 40.000 Fälle jährlich

Bakterielle Infektionen des Magens? • Bis in die 80er Jahre umstritten → pH = 1 –2!

J. Robin Warren

Barry J. Marshall

Nobelpreis 2005

Ulcus ventriculi: Ursachen • Vorschädigung durch: – Alkohol – Nikotin – Stress

• Auslöser: Helicobacter pylori – 75% der Magengeschwüre – 95% der Duodenalgeschwüre

Entstehung des Geschwürs

Entstehung des Geschwürs

Danke fürs Zuhören