Eine Reise durch die Physiologie - Wie der Körper des Menschen funktioniert
Funktionen
und Eigenschaften des Gastrointestinalen Systems
© H. Hinghofer-Szalkay
Cadherin: calcium-adhering - Ca++-abhängig, bewirkt Zellkontakt
Cholezystokinin: χολή = Galle, κύστις = Blase, κίνησις = Bewegung
ergotrop: ἔργον = Arbeit, τροπή = Richtung (auf Arbeit ausgerichtet)
intraluminal: lumen = Licht ("lichte Weite") - Innenraum von Hohlorganen
Kerckring-Falten: Theodor Kerckring
Lieberkühn'sche Krypten: Johann N. Lieberkühn
M-Zelle: M für microfold cells (kleine Falten statt Mikrovilli an der apikalen Oberfläche))
Paneth-Zellen: Joseph Paneth
Peyer'sche Plaques: Johann Peyer
Prader-Willi-Syndrom: Andrea Prader, Heinrich Willi
Waldeyer-Ring: Heinrich Waldeyer
Zöliakie: κοιλία = Bauch, Unterleib, κοιλιακός = abdominal
Magen-Darm-Schleimhaut nimmt Nahrungsstoffe über eine große Austauschfläche (≈200 m2) in das "eigentliche Innere"
des Körpers auf. Vor physiko-chemischen und biologischen
Gefahren (Toxine, Mikroorganismen, Parasiten) schützen Ansäuerung (Magen), Schleimbildung und immunologische
Abwehr (Enzyme, sekretorische Antikörper, GALT: Gut-associated lymphatic tissue) - die sogenannte Darmbarriere. Die Darmflora (etwa 100 Billionen Bakterien,
Archaeen, Eukaryoten) ist ein komplexes
Ökosystem mit einem ziemlich individualspezifischen Muster. Ihre Aktivität wirkt sich
auf Gesundheit und Stimmungslage aus.
Komplexe
Nahrungsstoffe (Fremdeiweiß) sind potentielle Antigene. Die
gastrointestinalen Immunmechanismen müssen so ausgelegt sein, dass sie
einerseits biologischen Schutz bieten, andererseits keine
Unverträglichkeitsreaktionen auf Nahrungskomponenten auftreten.
Rezeptoren im Magen-Darm-Trakt detektieren mechanische und chemische
Reize; das löst Sekretion,
Kontraktion, Hormonsekretion aus. Ein Teil der Information wird neuroendokrin
bis zum Gehirn weitergeleitet und beeinflusst u.a. Hunger- und
Sattheitsgefühle.
Das gastrointestinale
System trägt wesentlich zur Kreislaufregulation bei. Es kann einen
beträchtlichen Anteil des Blutvolumens speichern und bei hohem Sympathikustonus dem
Kreislauf bereitstellen - durch Drosselung der arteriellen Durchblutung
und Kontraktion der zahlreichen Venen. Das befördert Blut aus dem
Splanchnikusbereich, erhöht den venösen Rückstrom und stabilisiert die Herzleistung.
|
Das enteroendokrine
System: "Verdauungshormone" aus dem Darm kommunizieren Information an
andere Stellen des GI-Systems, aber auch an das Gehirn u.a.
Das Darmnervensystem
(enterales Nervensystem) verwaltet lokale Reflexe (z.B. die
Peristaltik), steuert Sekretion und Motorik und steht mit dem
restlichen Nervensystem in reziproker Verbindung
Das enterale Immunsystem
ist ein Zentrum der mikrobiologischen Prüfung, angeborenen und
adaptiven Abwehr, aber auch Mäßigung (Verhinderung überschießender
Immunreaktionen z.B. auf Nahrungsmittelkomponenten)
Das gastrointestinale System baut nicht nur Makromoleküle ab (enzymatische Verdauung) und nimmt Nahrungsstoffe auf (Absorption), er hat zahlreiche weitere Funktionen, darunter:
<Abbildung: Luminale und basolaterale Membransysteme der Darmschleimhaut
Nach einer Vorlage bei solvobiotech.com
Der wichtigste Weg für die Aufnahme
(Absorption, Resorption) von Stoffen aus dem Darmlumen sind verschiedene molekulare Transporter
(bunte Ovale) auf der luminalen Membran einerseits (links), der
basolateralen Membran andererseits (rechts).
Vgl. dort
Auch die Sekretion in den Darm erfolgt über solche Systeme, also transzellulär.
Darüber hinaus können Stoffe (z.B. Ionen, Wasser) auch parazellulär zwischen den Kompartimenten ausgetauscht werden, d.h. durch das Schlußleistensystem (tight junctions).
Treibende Kraft für die Bewegung sind Konzentrationsgefälle,
elektrische Ladung, oder direkt ATP (primäre Energiequelle ist die Spaltung energiereicher Phosphate)
ASBT, apical sodium-dependent bile salt transporter BCRP, breast cancer resistance protein CNT, concentrative nucleoside transporter ENT, equilibrative nucleoside transporter HPT1, Cadherin 17 MCT, monocarboxylate transporter MRP, multidrug resistance-associated protein OATP, organic anion-transporting polypeptide OCT, organic cation transport protein OCTN, organic cation transporter, novel, type n OST, Oligosaccharyltransferase PEPT, peptide transporter PgP, P-glycoprotein
Über Transportsysteme s. dort
Über die Polarität epithelialer Zellen s. dort
Resorption
Assimilation: Darunter versteht man die Gesamtheit der digestiven (aufschließenden) und absorptiven / resorptiven Vorgänge im Darm. Sie kann in vier konsekutive Mechanismen untergliedert werden:
Intraluminale
Phase (lumen: Innenraum von Hohlorganen) -
Verdauung im Darmrohr, insbesondere durch pankreatische Enzyme
Bürstensaumphase - Stoffe werden im Bereich der Mikrovilli weiter abgebaut, um apikal resorbiert werden zu können
Intrazelluläre Phase - weitere Spaltung, z.B. von di- bis polymeren Molekülen, in der Mukosazelle, sowie Transport durch die Zelle
Basolateralmembranphase - dient dem Transport durch die basolaterale Membran zu Pfortader und Lymphgefäßen (teils energieverbrauchend)
Verweildauer: Die Passagezeiten des Speisebreis durch die
verschiedenen Abschnitte des Gastrointestinalsystems spiegeln die
unterschiedlichen Kontakt- und Speicherungsdauern wider:
Verweildauer des Chymus
|
Ösophagus
|
Magen
|
Dünndarm
|
Dickdarm
|
≈10 Sekunden
|
bis zu 3 h
|
bis zu 7 h
|
bis zu 70 h
|
Die Summe dieser Zeitbeträge ergibt eine gesamte Passagezeit (=Zeit von
der Nahrungsaufnahme bis zur Defäkation) von 1 bis 3 Tagen.
>Abbildung: Darmoberfläche
Nach Vorlagen bei Pearson Education 2004, 2011
Rote
Pfeile: Resorption über die luminale Membran (Mikrovilli) der
Darmschleimhaut-Epithelzellen.
Grüner Pfeil: Transport über die
basolaterale Membran
Die Oberfläche, die der Resorption zur Verfügung steht, würde bei einem glatten Darmrohr nur etwa 1/3 m2 betragen ( s. auch dort). Durch die makroskopischen Aufstülpungen der Kerckring-Falten sowie Einfaltungen nach innen (Lieberkühn'sche Krypten) (>Abbildung) nimmt die Oberfläche um das Dreifache auf 1 m2 zu. Eine weitere Verzehnfachung - auf ≈10 m2 - erfolgt durch die ca. 1 (0,5-1,6) mm langen Darmzotten (villi intestinales).
Entscheidend ist die mikroskopisch feine Auffaltung der apikalen (also
luminalen) Zellmembran der Enterozyten (= Mukosazellen) in Mikrovilli (Durchmesser ≈0,1 µm) (brush border) - das erhöht die Resorptionsfläche um einen weiteren Faktor 20 auf ungefähr 200 m2.
Insgesamt wird die Resorotionsoberfläche durch Einfaltungen, Zotten und Mikrovilli etwa 600fach vergrößert:
Oberflächenvergrößerung um den Faktor
|
Kerckring-Falten
|
3-4
|
Villi intestinales
|
6-10
|
Mikrovilli
|
20-30
|
Zottenmotorik:
Die Darmzotten kontrahieren sich regelmäßig (in Längsrichtung
angeordnete kontraktile Myofibroblasten), das unterstützt den Transport
resorbierten Inhalts durch Blut- und Lymphgefäße. Anschließend stülpt
sie der arterielle Druck wieder in die Länge, und es ergeben sich neue
Kontaktstellen mit dem Chymus ("stempelartige" Bewegungen).
Entzündliche Vorgänge im Darm können diese Strukturen angreifen, was zu Resorptionsstörungen und
Mangelernährungssymptimen führt (wie bei Colitis ulcerosa, Morbus Crohn oder Zöliakie).
Der Gastrointestinaltrakt ist ein Immunorgan
Mit
der Nahrung gelangen Fremdstoffe und Keime in den Darm. Das gastrointestinale System verfügt über ein spezielles Immunsystem (in der lamina propria befinden sich Blut- und Lymphgefäße sowie das darmsassoziierte lymphatische Gewebe: Gut-associated lymphatic tissue, GALT - es beinhaltet 5-mal so viele Lymphozyten wie das Blut). Etwa 1014
Bakterien befinden sich im Darm, sie operieren mit über einer halben
Million verschiedener Gene (≈30-mal mehr als das Genom des Menschen
enthält).
<Abbildung: Intestinales Immunsystem
Die
Epithelzellen der Darmmukosa bilden eine physikalische Barriere für
Mikroben, die zu Billiarden im Darm vorkommen. Ein Schleimfilm (Mukus)
schützt das Epithel,
tight junctions dichten den Raum zwischen den Epithelzellen ab.
Epitheliale Stammzellen erneuern laufend den Epithelbesatz, wobei
Paneth-Zellen am Boden von Lieberkühn'schen Krypten eine unterstützende Rolle spielen.
Endokrine ECL-Zellen bilden "Verdauungshormone", Paneth-Zellen
Defensine (<Abbildung unten). Die Schleimbildung der Becherzellen
wird durch Azetylcholin angeregt.
Das Mukosa-assoziierte lymphatische Gewebe (
MALT)
nimmt Antigene an der Darmoberfläche auf (Bakterien, Viren u.a.) und
gibt sie an das intestinale Lymph- und Immunsystem weiter (dendritische
Zellen, T- und B-Lymphozyten, Makrophagen).
In den Peyer-Plaques prüfen M-(
microfold-) Zellen den Darminhalt
Zur Abwehr möglicher Infektionen verfügt der Darm über einen Schleimfilm (Muzine: glykosylierte Proteine aus Becherzellen), der die Mikroorganismen auf Distanz zum Epithel hält; antibiotische Peptide wie Defensine, die Pathogene abtöten können; und sekretorische Antikörper vom Typ IgA aus Plasmazellen (unterstützt durch T-Helferzellen) in der lamina propria. Verschiedene Rezeptoren
der Epithelzellen (wie Toll-like und NOD-like) fördern einerseits
immunologische Abwehrmaßnahmen gegen Pathogene, limitieren andererseits
Entzündungsreaktionen auf ungefährliche Bakterien. Dazu wirken dendritische Zellen und Makrophagen der lamina propria entzünsungshemmend und homöostatisch.
Lymphozyten tragen zur Immunität des Darms vor allem im Sinne
spezifischer Abwehrmechanismen gegen Mikroben und Parasiten bei.
Aktivierte regulatorische T-Zellen (Treg) halten Entzündungsreaktionen des Darms im Zaum. Lymphatische
Organe des gastrointestinalen Trakt befinden sich
im Rachenraum als Waldeyer-Ring
(lymphatischer Rachenring - die Gesamtheit der Mandeln im
Hals-Rachen-Bereich): Rachenmandeln, Tubenmandeln (Eustachi-Röhre),
Gaumenmandeln (Tonsillen), Zungenmandeln
im Dünndarm (Peyer-Plaques, s. unten) und
im Dickdarm
(Appendix).
>Abbildung: Häufigkeit und Arten von Mikroorganismen im Gastrointestinaltrakt
Nach einer Vorlage bei Alfred-Nissle-Gesellschaft e.V. - a-nissle-ges.de
Die Zahl der Mikroorganismen (im Verdauungssystem mehr als 1000 verschiedene Arten) übersteigt diejenige der Zellen im Körper.
CFU (colony forming unit): In einem Kulturmedium koloniebildende Einheit (KBE). Die Anzahl vitaler Bakterien in einer Probe kann höher liegen als die Zahl nachweisbarer CFUs
Bakteriendichte (>Abbildung) Die
Magensäure tötet die meisten Bakterien ab, sodass der Inhalt praktisch
steril ist; normalerweise findet man im Magen ≈1 vitale Bakterie / g
Chymus (Helikobakter, Laktobacillus). Die Zahlen steigen nach peripher
enorm an: Duodenum, 103/g; Jejunum, 104/g; Ileum, 107/g; Colon, 1012/g. Auch die Art der beteiligten Bakterien unterscheidet sich je nach Darmabschnitt.
Das darmsassoziierte lymphatische Gewebe stellt nicht nur eine Abwehrlinie gegen Mikroben dar (Mikrobiom des Darmes: schätzungsweise 1014 Zellen - mehr als die Gesamtzahl an Körperzellen inklusive Erythrozyten -, 500-1000 Arten, ≈0,6 Millionen Gene - 30-mal mehr als das Genom des Menschen), sondern genießt auch eine immunologische Sonderstellung. So zeigt der Darm Toleranz
gegenüber oral zugeführten Antigenen, was vor immunologischen
"Überreaktionen" gegenüber Nahrungsbestandteilen schützt. Der
Mechanismus dieser oralen Toleranz ist noch weitgehend unklar (2020).
Verschiedene Moleküle, wie z.B. Cadherine ,
beteiligen sich an Schutz und Integrität der Darmschleimhaut.
Dazu zählen antimikrobielle Proteine, die sich u.a. in den Krypten ansammeln. Infektionsschützend wirken sekretorische
Antikörper (Klasse IgA)
und unspezifische Schutzfaktoren, u.a. eine muköse Auskleidung der
Darmschleimhaut. Der niedrige pH-Wert im Magen tut das seine.
Überreaktionen werden durch eine Art Allergieschutz des
darmassoziierten Gewebes (GALT) vermieden.
Andererseits verfügt der Darm mit seiner Darmflora
aus Bakterien, Archaeen und Eukaryoten über ein komplexes immunologisch
stabilisierendes Ökosystem (die Kolonisierung des Darms beginnt ab der Geburt). Im Darm einer gesunden erwachsenen Person lassen sich hauptsächlich anaerobe Bakterien (≈10 bis 100 Billionen) nachweisen.
Die intestinale Barriere (Trennung zwischen luminaler "Außenwelt" und
unter dem Mukosaepithel liegender "Innenwelt") wird durch eine
einzellige Epithelzellschicht gebildet: Enterozyten, die mittels durchgehender interzellulärer Abdichtungen
zusammengehalten werden. Gleichzeitig besteht ein ständiger Austausch
von Zellen: Stammzellen aus dem Bereich der Krypten bilden fortlaufend
frischen Ersatz für die sich abnutzenden Epithelzellen.
Dichtigkeit der Darmbarriere und Selektivität ihrer Durchlässigkeit sind im Bereich der
Mikrovilli besonders hoch, die Enterozyten haben hier einen extrem
dichten Tight-junction-Besatz; diese Barriere ist in der Tiefe der
Krypten weniger dicht. In den Krypten befinden sich Stammzellen, aus
denen verschiedene spezialisierte Zellen für die Darmschleimhaut
hervorgehen.
<Abbildung:
Schleimhaut-Immunsystem im Darm des Menschen
Nach Brandtzaeg et al, Terminology: nomenclature of mucosa- associated lymphoid tissue. Mucosal Immunology 2008; 1: 31-7
Links: Zonen in der Darmschleimhaut, in die über hochendotheliale Venolen naive B- und T-Lymphozyten gelangen (immunologische Induktionszone). Durch
B-Zell- und M-Zell-Follikel werden Antigene zu antigenpräsentierenden
Zellen transportiert (einschließlich dendritische Zellen, Makrophagen
und B-Zellen).
Mitte: Über die Lymphbahnen gelangen die Zellen in Lymphknoten
und
aktivieren dort T-Lymphozyten. Von hier gelangen Effektor- und
Gedächtnis- B-und T-Zellen ins Blut und gelangen in "Effektor"-Gebiete,
z.B. wieder im Darm.
Rechts:
"Effektor"-Mukosa. Die Auswanderung reifer Lymphozyten wird durch das lokale Profil endothelialer Adhäsionsmoleküle und von Chemokinen gesteuert
APC, antigenpräsentierende Zelle
B, B-Lymphozyt
DC, dendritische
Zelle
FDC, follikuläre dendritische Zelle
HEV, hochendotheliale
Venole
J, J-Kette
M, M-Zelle
MALT, Mukosa-assoziiertes lymphatisches Gewebe (tissue)
mSC, membranständige sekretorische Komponente
pIgR, polymerer Ig-Rezeptor
sIgA,
sekretorisches IgA
sIgM, sekretorisches IgM
T, T-Lymphozyt
Die Epithelzellen der Darmmkosa stammen von gemeinsamen Vorläuferzellen in den Lieberkühn'schen Krypten ab. Spezialisten sind:
Schleimproduzierende Becherzellen an der Spitze der Darmzotten. Diese produzieren stark glykosylierte Proteine (Muzine), die Mikroben vom Kontakt mit dem Epithel fernhalten. Muzine werden auch von submukösen Drüsen sezerniert. Im
Dünndarm finden sich Mikroben auf der Außenseite einer einfachen
Schleimschicht; im Dickdarm ist die Schleimschicht zweilagig, die
Mikroben reichern sich in der lumenwärts gerichteten an. In beiden
Fällen bleiben die Epihelien weitgehend keimfrei; der Mukus hilft bei
der Vermittlung antimikrobieller Effekte epithelialer Substanzen und
bindet an Adhäsionsproteine, die Mikroben zum Andocken an
Endothelzellen benützen. Der Darm einer erwachsenen Person produziert
mehrere Liter Schleim pro Tag, die Muzine werden innerhalb von 6-12
Stunden neu gebildet. Produktion und Glykosylierung der Muzine
unterliegt der Regulation durch zahlreiche Zytokine und wird auch durch mikrobielle Adhäsionsproteine anregegt..
>Abbildung: Lieberkühn´sche Krypte (bis 0,4 mm tief) mit Paneth´schen Körnerzellen
Nach einer Vorlage bei vivo.colostate.ed
Paneth-Zellen produzieren antimikrobielle Stoffe, darüber liegende pluripotente Stammzellen dienen der Erneuerung aller anderen Zelltypen
In der Tiefe der Krypten sitzen Paneth'sche Körnerzellen (>Abbildung). Sie bilden Abwehrpeptide, die Bakterien, Pilze, Spirochäten
und einige Viren abtöten (breitband-antibiotische Wirkung):
Defensine (α- und β-HD - human defensins - Paneth-Zell-Defensine heißen auch Crypticidine), diese stammen aus Dünn- und Dickdarm und diversen Zellen auch außerhalb des Darmes: Epithelien (Haut, Lunge), Granulozyten, NK-Zellen, zytotoxische T-Lymphozyten.
Defensine wirken direkt gegen Bakterien, Pilze und hüllentragende Viren
(Angriff gegen Membrankomponenten) und regen Entzündungsvorgänge an.
Laktoferrin,
Lysozyme,
IgA,
Peptidasen wie Trypsin, diese verstärken z.B. die Wirkung von Defensinen.
M-Zellen (Microfold cells)
auf der Oberfläche domförmiger Mukosaerhebungen (<Abbildung
oben) "sammeln" Moleküle und Mikroorganismen (die an
entsprechende
Rezeptoren binden und damit immunologisch "interessant" sind) aus dem
Darm ein und transportieren sie mittels
Endosomen ins lymphatische Gewebe.
Dazu kommen antigenpräsentierende dendritische Zellen, Makrophagen und
lokale lymphoide Zellen - sie alle sind zu antiviraler und
entzünsungsfördernder Aktivität fähig, zumeist getriggert durch die
Bindung mikrobieller Ligenden an mustererkennende Rezeptoren. Im Darm gesunder Menschen sind dendritische Zellen und Makrophagen
der lamina propria entzündungshemmend wirksam (einige Makrophagen
können gleichzeitig Mikroben phagozytieren und antiinflammatorische
Zytokine sezernieren).
Die Epithelzellen der Darmschleimhaut (Mukosa) exprimieren verschiedene Rezeptoren
(Toll-like Rezeptoren in der Zellmembran, NOD-like Rezeptoren im
Zytoplasma) zur Erkennung von PAMPs. Werden solche Rezeptoren
aktiviert, löst das einerseits Immunantworten (antiviral,
inflammatorisch) gegen Pathogene aus, andererseits begrenzt es
Reaktionen auf harmlose Mikroben (Kommensalen). Epithelzellen können
bei Mikrobenkontakt oder Verletzung Zytokine sezernieren, die auch als Alarmine bezeichnet werden und angeborene Immunabwehr aktivieren.
Auf diese Weise wird das Immunsystem mit ausgesuchten
Antigenen befasst - entweder im Peyer-Plaque selbst, und/oder in
tributären Lymphknoten. Der Darm enthält ≈30.000 solitäre
Lymphfollikel (sie finden sich auch im gesamten Dickdarm). Im Darm befinden sich ≈200 Peyer-Plaques, sie gehören zum sekundären lymphatischen Gewebe und finden sich vor allem im
distalen Ileum. Peyer-Plaques
enthalten zwischen 5 und 200 aggregierte
Lymphfollikel.
Lymphoide Zellen des
angeborenen Immunsystems - zytokinproduzierende Lymphozyten ohne
T-Zell-Rezeptoren - sezernieren auf entsprechende Reize hin Interleukine (z.B. IL-17) und beteiligen sich so an der Verstärkung regulativer und protektiver Aufgaben an der Darmschleimhaut.
Das intestinale Nervensystem beeinflusst die Barrierefunktion des Epithels. Nicht nur Nerven-, auch Gliazellen des
Darmnervensystems spielen dabei mit, z.B. über den glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF). Effektorstoffe wie Azetylcholin, VIP und NO
sind Schlüsselsubstanzen für die Regulierung der Epithelbarriere, indem
sie muköse Perfusion, Lymphozytenwanderung, Schleimproduktion
und Resorption beeinflussen.
Zum
Immunsystem des Darms s. auch
dort
Der Gastrointestinaltrakt hat eine große Bedeutung für den Kreislauf
<Abbildung: Durchblutungsgrößen (erwachsene Person) im Splanchnikusgebiet
Modifiziert nach einer Vorlage bei Koepen and Stanton, Berne and Levy's Physiology (6th ed), Mosby / Elsevier 2008
Dem
Verdauungssystem fließen insgesamt etwa 1,8 l/min arterielles Blut zu,
das sind rund 30% des gesamten Ruhe-Herzminutenvolumens
Das Verdauungssystem ist stark kreislaufwirksam: Die
starke Perfusion und die gute Dehnbarkeit der Venengeflechte
(Mesenterialbögen, venöse Blutspeicher z.B. in Leber und Milz) führen
dazu, dass das gastrointestinale System ein wichiger Angriffspunkt für regulatorische Einflüsse
ist. Arterioläre Dilatation führt zu starker Blutspeicherung, und
kardiovaskuläre Reflexe - z.B. der Baroreflex - wirken sich vor allem
auf Gefäße im Bauchraum aus. Starke Vasodilatation kann zu
Kreislaufversagen führen (Widerstandsverlustschock).
Die
Durchblutung beansprucht mit 1,5-2,0 Litern pro Minute einen großen
Anteil (in Ruhe ein Drittel) des Herzzeitvolumens.
Etwa 700 ml/min gelangen über die a. coeliaca, 700 ml/min über die a.
mesenterica superior, und 400 ml/min über die a. mesenterical inferior
zu den in der <Abbildung gezeigten Organen.
Die Pfortader bringt
etwa 1,3 l/min Blut aus dem Darm zur Leber, sodass diese rund ein
Drittel ihrer Blutversorgung arteriell, und zwei Drittel über den
Pfortaderkreislauf erhält (ausgeprägte Arteriolen verhindern beim
Zusammenfluss in den Leberläppchen zu den Sinusoiden ein Überschießen
des arteriellen Zustroms - der Druck im Pfortaderkreislauf beträgt weniger als 10 mmHg).
Die sympathische
Versorgung der Baucheingeweide, und damit die Steuerung der
Durchblutung, erfolgt über Nerven des Splanchnikussystems. Bei erhöhtem Sympathikustonus
(ergotrope Reaktionslage) kommt es zu Vasokonstriktion und damit zu
verminderter Durchblutung und (druckpassiv) Entspeicherung von Blut aus
venösen Gefäßnetzen - Blut wird mobilisiert, der venöse Rückstrom verbessert und die Vorlast des Herzens erhöht, was Herzminutenvolumen und arteriellen Druck zu stabilisieren hilft.
Hormone aus dem Gastrointestinaltrakt regulieren Verdauungstätigkeit und Appetitkontrolle
>Abbildung: Gastrointestinale Hormone: Bildungsorte und Wirkungen
Nach einer Vorlage bei pacbio.com
Das Verdauungssystem produziert die größte (molare) Menge an Hormonen im Organismus
Größter Hormonproduzent. Hormonsezernierende
Zellen des Verdauungssystems (>Abbildung) machen zusammengenommen
die größte endokrin aktive Masse des Körpers aus. Sie erzeugen "Verdauungshormone", die auf Motilität und Sekretion in
Magen, Darm, Pankreas, Leber und Gallenblase, und auch auf andere Gewebe, z.B. das Gehirn,
einwirken.
Zahlreiche Verdauungshormone sind identisch mit Transmittern, die im
Gehirn, peripheren Nervensystem, auch in anderen Geweben vorkommen.
Agonisten / Antagonisten können daher sehr weitreichende
(Neben-)Wirkungen haben, u.a. abhängig von ihrem Verhalten an der Blut-Hirn-Schranke.
Das gastrointestinale System kann daher als das größte endokrine Organ des Organismus
bezeichnet werden. Hormonbildende Zellen befinden sich in der
Darmschleimhaut, wobei man "offene" und "geschlossene" Typen
unterscheidet (<Abbildung):
Die meisten sind gegen die Schleimhautoberfläche "offen" (open enteroendocrine cells),
können also an ihrem apikalen Ende - mittels Rezeptoren und
Ionenkanälen - Stoffkonzentrationen im Darmlumen registrieren und
entsprechend (endokrin) reagieren - z.B. auf pH, Aminosäuren oder
Fettsäuren. Sekretagoge Stoffe regen diese Zellen an.
Andere erstrecken sich nicht bis zum Darmlumen, sie sind "geschlossen" (closed enteroendocrine cells); ihre Aktivität wird parakrin, neuronal oder endokrin reguliert.
Beide Zelltypen sezernieren ihre Hormone über die basolaterale
Membran in Richtung splanchnische Kapillaren in der lamina propria; so
gelangen sie in Pfortader, Leber und systemischen Kreislauf. In einer
typischen Situation kommt es anschließend zu einem Effekt der negativen Rückkopplung:
Der sekretagoge Stoff, der im Darm die Hormonausschüttung ausgelöst
hat, wird durch die Reaktion des Darms abgebaut bzw. entfernt, seine
Konzentration im Darm nimmt ab, und die Hormonbildung der
entsprechenden enteroendokrinen Zellen erlischt. Das Ergebnis ist die
Stabilisierung der entsprechenden Stoffkonzentrationen.
<Abbildung: Lage und Funktionsweise enteroendokriner Zellen (blau)
Nach Steinert RE, Feinle-Bisset C, Asarian L, Horowitz M, Beglinger C, Geary N: Ghrelin,
CCK, GLP-1, and PYY(3–36): Secretory Controls and Physiological Roles
in Eating and Glycemia in Health, Obesity, and After RYGB. Physiol Rev
2017; 97: 411-63
Links: Ghrelinzellen im Magen sind von Nachbarzellen gegen das Lumen abgeschlossen (closed enteroendocrine cells), sie haben keinen direkten Kontakt zum Mageninhalt.
1: Neuronale Impulse sind die wichtigste Anregung zur Ghrelinsekretion
2: Freigesetztes Ghrelin diffundiert durch die lamina propria in das Blut und gelangt so in den Kreislauf
3:
Ghrelinzellen verfügen über Rezeptoren (orange) für Nahrungsstoffe, die
sie über die Blutbahn und wohl auch aus dem Lumen erreichen
4: Verschiedene endokrine Signale können Ghrelinzellen hemmen
Rechts: CCK / GLP-1 / PYY- Zellen im Dünndarm haben direkten Kontakt zum Darmlumen (open enteroendocrine cells).
1: Auch sie verfügen über Nahrungsstoff-Rezeptoren (orange), sowohl
apikal als auch basolateral, und diese üben wohl die Hauptwirkung auf
die Hormonsekretion aus
2: Die sezernierten Hormonmoleküle diffundieren durch die lamina propria in das Blut und gelangen so in den Kreislauf
3: Hormone und Nährstoffe gelangen aus dem Kreislauf zu den enteroendokrinen Zellen
4: Auch neuronale Impulse beeinflussen die Hormonproduktion
Aufgeschaltet auf solche simple Rückkopplungsschleifen sind übergeordnete neurohumorale Steuerungen;
das ermöglicht die Integration der Verdauungsvorgänge in
gesamtorganismische Situationen (z.B. multiple Einflüsse auf das
Verdauungssystem, oder Stress, der das gastrointestinale System "herunterfährt").
Verdauungshormone sind Peptide; sie funktionieren über GPCR-Rezeptoren. Man teilt sie nach strukturellen Homologien in mehrere Gruppen ein:
Gastrin-Familie
Zur Gastrin-Familie gehören die Peptidhormone
Gastrin und
Cholezystokinin
(=Pankreozymin). Diese beiden Hormone weisen an ihrem C-Ende eine
gleiche 5-Aminosäuren-Sequenz auf. Sie wirken über CCK-Rezeptoren und
Gq-Proteine auf den
Ca++- DAG- PKC-Signalweg.
Gastrin
entsteht zu 60-70% in G-Zellen
des Magenantrums und zu 30-40% in der der Duodenalmukosa. Es wird als Vorstufe gebildet und von der G-Zelle durch posttranslationale Verarbeitung (posttranslational processing) aufbereitet.
Präprogastrin ist das primäre Transkript. Durch Sulfatierung und Enteroproteolyse entstehen
Progastrine, die weiterer Endoproteolyse, sowie Ringbildung zu einem Pyroglutamylrest unterliegen;
Gastrin-Zwischenformen (Intermediate) entstehen, und nach weiteren molekularen Modifikationen schließlich
Gastrin, das (aus 17 Aminosäuren bestehend) biologisch aktiv (G-17) und
vor Angriff durch zirkulierende Amino- und Karboxypeptidasen geschützt
ist.
Gastrin regt über den CCK-2-Rezeptor (Gastrinrezeptor)
an Belegzellen die Säureproduktion und
an Hauptzellen die Produktion von Pepsinogen an, stärkt die Kontraktionswellen im Antrum und
erhöht den
Tonus des Kardiasphinkters (glatte Muskelzellen).
Gastrin (Serum / Plasma, nüchtern)
<100 ng/l
>Abbildung: Verteilung enteroendokriner Zellen auf Magen, Dünn- und Dickdarm
Nach Steinert RE, Feinle-Bisset C, Asarian L, Horowitz M, Beglinger C, Geary N. Ghrelin,
CCK, GLP-1, and PYY(3–36): Secretory Controls and Physiological Roles
in Eating and Glycemia in Health, Obesity, and After RYGB. Physiol Rev
2017; 97: 411-63
Die
Kategorisierung erfolgte ursprünglich nach histologischen Kriterien
(I-Zellen für CCK, L-Zellen für Enteroglukagon und PYY usw). Diese
Zellen produzieren jedoch einen Mix aus verschiedenen Hormonen
Cholezystokinin (CCK, Pankreozymin)
wird von enteroendokrinen I-Zellen
im Duodenum, Jejunum und oberen Ileum gebildet
(Abbildungen). Es ist ein aus 33 Aminosäuren bestehendes Peptid mit
struktureller Beziehung zu Gastrin (5 gleiche C-terminale Aminosäuren).
CCK wirkt über CCK-1-Rezeptoren. Diese nutzen DAG-, Proteinkinase C - und Ca++- abhängige Signalwege.
Bestandteile des
Chymus, die infolge der CCK-Wirkung verdaut werden (Peptide, Aminosäuren, Fettsäuren) sowie niedriger
pH-Wert regen seine Produktion an. Vor allem wirken langkettige Fettsäuren und Monoglyzeride anregend auf die CCK-Sekretion.
Trypsin im Darm hemmt die
CCK-Freisetzung, Plasma-CCK-Spiegel und Trypsinsekretion sinken
(negative Rückkopplung).
<Abbildung: Physiologie des CCK
Nach Steinert RE, Feinle-Bisset C, Asarian L, Horowitz M, Beglinger C, Geary N. Ghrelin,
CCK, GLP-1, and PYY(3–36): Secretory Controls and Physiological Roles
in Eating and Glycemia in Health, Obesity, and After RYGB. Physiol Rev
2017; 97: 411-63
Die
Produktion von CCK (rote Punkte) aus enteroendokrinen Zellen (hellblau)
des Dünndarms wird von allen Makronährstoffen angeregt (Rezeptoren an
der apikalen Membran: orange). Das Hormon diffundiert über die lamina
propria in Blutgefäße und erreicht so seine Zielorgane (rote Pfeile).
1: CCK ruft Sättigungsgefühl hervor - vielleicht via hormonelle Wirkung
auf die Pylorusregion des Magens und von hier über vagale Afferenzen
(grüner Pfeil) oder unmittelbar über neuronale Impulse, sowie über
direke endokrine Wirkung auf das Gehirn
2:
CCK dämpft die postprandiale Erhöhung des Blutzuckerspiegels über
Beeinflussung der Magenentleerung und möglicherweise einen vago-vagalen
Reflex
3: Die Magenentleerung wird durch CCK vermittels eines direkten endokrinen Effekts verlangsamt
Durchgezogene Linien: gesicherte Effekte; gestrichelt: postuliert
regt Cholezystokinin die Gallenblase zur Kontraktion an (daher der Name) - sowohl durch direkten Einfluss auf die Gallenblasenmuskulatur, als auch indirekt über Aktivierung parasympathischer (N. X) Nervenfasern
verlangsamt es die Magenentleerung - dadurch gewinnen die Verdauungsvorgänge im
Duodenum Zeit - und hemmt die Salzsäurebildung
regt es die Enzymsekretion in der Bauchspeicheldrüse sowie
Kontraktionen der Gallenblase an (Fettemulsion, enzymatischer Abbau, daher der Name "Pankreozymin")
relaxiert es den Sphincter Oddi (ampulla hepatopancreatica), wahrscheinlich über inhibitorische Neurotransmitter (NO)
regt es die Darmmotorik an
reduziert Cholezystokinin die Salzsäureproduktion im Magen, indem es Gastrin vom CCKB-Rezeptor kompetitiv verdrängt.
Cholezystokinin wird im oberen Dünndarm gebildet und regt die Sekretion eines enzymreichen Pankreassaftes an.
|
CCK gehört zu den Verdauungshormonen, die auch außerhalb des
gastrointestinalen Systems wirksam sind: Es wird in mehreren
Gehirnregionen gebildet und beteiligt sich an der Regulierung des
Energiehaushaltes.
CCK (Nüchternplasma)
<80 ng/l (stark methodenabhängig)
Biologische Halbwertszeit 2,5-5 Minuten
Zur Sekretin-Familie zählen die Hormone Sekretin, Glukagon, die glukagonähnlichen Peptide GLP-1 und GLP-2, sowie das vasoaktive intestinale Peptid (VIP). Ihre Rezeptoren wirken über Gs-Proteine und erhöhen den intrazellulären cAMP-Spiegel.
Sekretin stammt aus duodenalen und jejunalen S-Zellen.
Es wird - ähnlich wie Gastrin - über mehrere Zwischenschritte aus einer
Vorstufe (Präprogastrin) gebildet. Das fertige Hormon ist ein aus 27
Aminosäuren bestehendes Peptid.
Sekretin wirkt über Sekretinrezepotoren, welche cAMP-abhängige Signalwege nutzen. In der apikalen Membran der Ausführungsgang-Epithelzellen öffnen sich Chloridkanäle (CFTR-Kanäle),
und neue werden (durch Exozytose CFTR-hältiger Vesikel) hinzugefügt.
Chloridionen strömen daraufhin vermehrt lumenwärts (Wasser folgt
osmotisch auf dem parazellulären
Weg nach), Chlorid wird anschließend gegen Bikarbonat getauscht. Das
Ergebnis ist die Bildung basischen Pankreas- und Gallensekrets.
Die Freisetzung des Sekretins
wird durch duodenale pH-Werte unter 4,5 angeregt; der Blutspiegel
steigt innerhalb weniger Minuten nach Ansäuerung des Duodenalinhalts
(Passage sauren Mageninhalts in den Zwölffingerdarm) an. Sekretin
erhöht die Bikarbonatbildung in Pankreas, Gallenblase und Dünndarm,
hemmt die Gastrin-Sekretion im Magen, steigert im Magen die
Muzinproduktion (verzögerte Magenentleerung), und
regt die Sekretion von Somatostatin und Insulin an.
In den ersten Jahren des 20. Jahrhunderts entdeckten und beschrieben Ernest H. Starling und William M. Bayliss
das Sekretin und prägten den Begriff "Hormon" (von ὁρμᾶν = antreiben).
1902 untersuchten sie, inwieweit das Nervensystem Digestionsvorgänge
steuert. Durchtrennung sämtlicher Nerven zum Pankreas resultierte nicht in einem Ausfall seiner physiologischen Regulation, woraus die Bedeutung endokriner Steuerung ("Verdauungshormone") ersichtlich wurde.
Sekretin (Nüchternplasma)
12-75 ng/l (methodenabhängig)
Biologische Halbwertszeit ≈4 Minuten
Glukagon
und glukagonähnliche Peptide (GLP) entstehen aus einem gemeinsamen Vorläufermolekül, dem Präproglukagon. Durch Proteolyse entstehen daraus Glukagon, GLP-1 und GLP-2. Prohormon-Konvertasen erzeugen zellspezifisch bestimmte Hormonmuster: Pankreatische α-Zellen Glukagon, L-Zellen im Darm GLP-1 und GLP-2.
Glukagon wird bei Abfall des Blutzuckerspiegels freigesetzt, es führt zu die
Glykogenolyse, Glukoneogenese aus Aminosäuren und Aktivierung von
Lipasen (Steigerung des Fettsäurespiegels im Blut).
Glukagon (Nüchternplasma / -serum)
≈50-150 ng/l (methodenabhängig)
GLP (Glukagonähnliche Peptide, glucagon-like
peptides) aus L-Zellen in Dünndarm und Colon (Abbildungen) sind - wie GIP - Inkretine (insulinotrope Hormone). Sie wirken - über
GLP-Rezeptoren - auf verschiedene Zielorgane. , und regen das Wachstum des Darms an.
GLP-1 wird
aus distalen Darmabschnitten (>Abbildung oben) 5-30 Minuten nach Nahrungsaufnahme freigesetzt,
angeregt durch freie Fettsäuren und Glukose im Jejunum, teils über neuronale Stimulation, proportional zur aufgenommenen Kalorienmenge. In Ileum und Colon wirken freie Fettsäuren und Glukose direkt stimulierend. GLP-1 stärkt auch Herztätigkeit
und Knochenaufbau. GLP-1 fördert das postprandiale Sättigungsgefühl, verlangsamt die Magenentleerung, zügelt die Glukoneogenese (Leber) und steigert die
Insulinempfindlichkeit
(Muskulatur). Es wirkt trophisch auf endokrin aktive Zellen der
Bauchspeicheldrüse (Langerhans-Inseln), vor allem ß-Zellen (möglicher
Einsatz bei diabetischen Patienten).
GLP-2 (und PYY) werden zusammen mit GLP-1 sezerniert. GLP-2 hat keine insulinotrope Wirkung, bindet an einen eigenen GLP-2-Rezeptor und hat einen stark wachstumsfördernden Effekt auf den Darm.
| Glukose im Darm steigert die Sekretion von GLP-1, dieses wirkt u.a. appetithemmend und regt die Sekretion von Insulin an. |
VIP
(vasoaktives intestinales Peptid) wird im Duodenum bei Anwesenheit
von Fetten im Chymus freigesetzt, es relaxiert glatte Muskulatur in
Magen und Darm, erhöht die Sekretion von Bikarbonat in Darm, Pankreas
und Leber und hemmt die Bildung von Magensäure.
VIP (Nüchternplasma)
<50 ng/l (<15 pM/l)
≈10-fach höhere Werte im liquor cerebrospinalis
Motilin-Familie
Zur Motilin-Familie gehören die Hormone
Motilin unf
Ghrelin. Ihre Rezeptoren sind an Gq-Proteine gekoppelt, sie aktivieren den
Ca++- DAG- PKC-Signalweg.
Motilin aus M-Zellen des Dünndarms wird gemeinsam mit Ghrelin ausgeschüttet. Es ist ein 22-Aminosäure-Peptid, das aus dem 114-Aminosäuren-Präpromotilin entsteht. Der Motilinrezeptor ist ein GPCR, er nützt den Phospholipase-C-Signalweg.
Die Freisetzung von Motilin wird gefördert durch steigenden pH-Wert (Alkalinisierung) im Dünndarm.
Die Anwesenheit von - insbesondere saurem - Chymus im Dünndarm hemmt die Motilinbildung.
Motilin beschleunigt die Magenentleerung und löst sowohl in Magen als auch im Dünndarm interdigestive Bewegungen aus, beruhend auf seiner anregenden Wirkung auf den migrierenden Motorkomplex (MMC, myoelektrischer Komplex). Tatsächlich steigt in der interdigestiven (Nüchtern-) Phase die Motilinkonzentration im Blut alle 1-2 Stunden an. Motilin wird auch als "intestinaler Hausmeister"
bezeichnet, da es die
Kontraktionen in Fundus und Antrum des Magens sowie die Peristaltik im
Dünndarm anregt und so den Darm "reinigt" - was auch das Aufsteigen von
Bakterien aus dem Colon in den Dünndarm hintanhalten dürfte.
Der Motilinrezeptor bindet auch das Antibiotikum
Erythromyzin;
dessen anregende Wirkung wird zur Behandlung verlangsamter
Magenentleerung (Gastroparese, z.B. postoperativ oder bei Diabetes
mellitus) genutzt.
Auch regt Motilin
die Gallenblase zu Kontraktionen (Fettverdauung!) und den unteren
Ösophagussphinkter zum festeren Verschluss an. Ferner stimuliert es die
Pepsinproduktion und damit die Eiweißverdauung im Magen, sowie die
Freisetzung von pankreatischem Polypeptid und Somatostatin.
Motilin (Serum)
16-28 pM/l (stark methodenabhängig)
Ghrelin
ist ein appetitanregendes Hormon aus der Magen- und Duodenalschleimhaut (Ghrelin-Zellen), dessen
Blutspiegel bei Hungerphasen ansteigt und nach dem Essen absinkt. Es regt
das Hungergefühl an, beschleunigt die Magenentleerung und stimuliert
die Freisetzung von Wachstumshormon (Menschen, die am - genetisch
bedingten - Prader-Willi-Syndrom
leiden, haben eine gesteigerte Ghrelin-Produktion, was zu starkem Übergewicht
führt). Ghrelin-Zellen sind von "geschlossenen Typ", sie grenzen nicht
direkt an das Lumen (>Abbildung) und werden vor allem durch
neuronale Stimuli angeregt; sie verfügen aber auch über
Nährstoffrezeptoren (Abbildung).
Andere endokrine Faktoren können
Ghrelinzellen hemmen (CCK, PYY u.a.)
Ghrelin (Serum)
200-600 ng/l
Über Ghrelin und seine GHRH-stimulierende Wirkung s. auch dort
Glukoseinduziertes insulinotropes Peptid (GIP)
GIP (glukoseinduziertes insulinotropes Peptid, früher gastric inhibitory peptide) besteht aus 42 Aminosäuren. Es wird von endokrinen K-Zellen
in der Dünndarmmukosa als Reaktion auf die Anwesenheit von langkettigen
Fettsäuren, Triglyzeriden, Glukose und Aminosäuren gebildet. GIP wirkt
über GIP-Rezeptoren der ß-Zellen im Pankreas, die via Gs den cAMP-Spiegel heben. Es ist ein Inkretin (insulinotropes Hormon).
Wirkungen: GIP regt die Insulinausschüttung im Pankreas an, was erklärt, warum oral aufgenommene Glukose stärker insulinstimulierend wirkt als parenteral verabfolgte (Infusion) - ein Effekt, der lange bekannt, aber erst später erklärbar war: Inkretin-Effekt.
Diese Wirkung tritt auf, sobald die Dünndarmmukosa mit dem Chymus in
Berührung kommt - also schon bevor die Substratkonzentration
(Glukose,..) im Blut ansteigt.
Bei höherer Konzentration hemmt GIP die Säureproduktion im Magen und verzögert die Magenentleerung,
deshalb die frühere Bezeichnung "gastrisches inhibitorisches Peptid". Dies ist als Schutzmechanismus für das Duodenum
zu
verstehen, das vor überhasteter Magenentleerung bewahrt wird: GIP hemmt
nicht nur die Säureproduktion im Magen, sondern steigert auch die
Sekretionstätigkeit im Dünndarm (Pufferung).
Sensorische Funktionen der Darmmukosa.
Die >Abbildung zeigt an Hand des Beispiels der L-Zelle, wie
spezielle Zellen in der Schleimhaut die Anwesenheit verschiedener
Substanzen im Darmlumen detektieren.
L-Zellen
in der Darmschleimhaut verfügen über Rezeptoren für freie Fettsäuren,
Zucker, Peptone (Proteinfragmente) und Gallensäuren und setzen bei
deren Anwesenheit in Darmlumen die Peptidhormone Oxyntomodulin, PYY,
GLP-1 und GLP-2 frei. Diese wirken auf verschiedene Zellen:
Enterozyten, Neurone in Darm (IPAN, vagale Afferenzen) und Gehirn
(Hypothalamus), Lymphozyten, Gefäßwandzellen, Myofibroblasten.
GLP-1
bewirkt über vagale Afferenzen verzögerte Magenentleerung, reduzierte
Sekretion, Anregung der Insulinfreisetzung (Pankreas) und Sattheit
(Hypothalamus). L-Zellen verfügen außer nach außen gerichteten
(Exterozeptoren) auch nach innen gerichtete Messfühler (Interozeptoren).
Über Paneth-Zellen s. dort
FFARs, free fatty acid receptors GLP, glucagon-like peptide IPAN, intrinsic primary afferent neuron PYY, peptide YY
Die Antwort auf die Anwesenheit
z.B. von Peptiden, Fettsäuren, Zuckermolekülen oder Gallensäuren ist
die Freisetzung bestimmter Signalstoffe wie Oxyntomodulin, PYY,
GLP-1 und GLP-2. Diese wirken ihrerseits auf andere Zellen ein, u.a.
Nervenfasern.
So werden Muskelzellen, Blutgefäße, das Immun- und das
Nervensystem (Gehirn) durch die Zusammensetzung des Chymus beeinflusst.
Vermutlich melden auch Dehnungsrezeptoren in Magen und Dünndarm die Anwesenheit von Chymus, ihre Reizung dürfte (über vagale Afferenzen) einen zentralen Sattheitseffekt (Hypothalamus) hervorrufen und weitere Nahrungsaufnahme hemmen.
Weitere Hormone des Gastrointestinaltrakts
Somatostatin wird aus δ- (D-) Zellen des Magens (Antrumbereich), anschließendem Dünndarm, sowie Pankreas freigesetzt in Reaktion auf
Gastrin
sowie
niedrigen pH-Wert im Magen.
Somatostatin ist
kurzlebig (Halbwertszeit 1-3 Minuten); es hat breite inhibierende Wirkung (auch auf seine eigene Sekretion), u.a. hemmt es
die Kontraktion der Gallenblase
die Salzsäurebildung des Magens
die Sekretion von
Gastrin und anderen Hormonen, wie Insulin, Glukagon, Somatotropin (geeignet zur Therapie der Akromegalie), Prolaktin
die Sekretion von Verdauungsenzymen aus Magen (Pepsinogen) und Bauchspeicheldrüse.
Cortistatine
werden von Neuronen in der Großhirnrinde gebildet und wirken u.a. an
Rezeptoren im limbischen System; sie haben schlaffördernde Wirkung.
Synopsis: Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht der
wichtigsten anregenden und hemmenden gastrointestinalen Hormone, ihrer
Entstehungs- und Wirkorte sowie Freisetzungsreize:
Hormon / Wirkstoff
|
Syntheseort
|
Hauptwirkung(en)
|
Reiz für die Freisetzung
|
hauptsächlich stimulierend
|
CCK
|
I-Zellen
(Duodenum / Jejunum)
|
Gallenblasenkontraktion
Sekretion pankreatischer Enzyme
Verzögerung Magenentleerung
Anorexigene Wirkung (ZNS)
Freisetzung von Sekretin
|
Im Duodenum: Peptide
Aminosäuren
Glukose
Fettsäuren
|
Gastrin
|
G-Zellen
(Antrum des Magens)
|
Sekretion von Salzsäure
Sekretion von Pepsinogen, Pankreassaft, Galle
Tonus Kardiasphinkter
Antrummotilität, Peristaltik
D-Zellen, serotoninproduzierende ECL-Zellen
|
Vagusaktivität
Dehnung Magenwand
GRP
Peptide im Magen
|
Histamin
|
ECL-Zellen
(Magen)
|
Sekretion von Salzsäure |
Vagusaktivität
Gastrin
|
GLP-1, GLP-2
|
L-Zellen
(Ileum, Colon)
|
Trophische Effekte (Inselzellen, Darm)
|
Im Darm: Freie Fettsäuren, Glukose
|
Motilin
|
M-Zellen
(Jejunum)
|
Magenentleerung
Migrating motor complex (MMC)
Gallenblase
|
Im Duodenum:
Niedriger pH-Wert
Fettsäuren
|
Sekretin
|
S-Zellen
(Duodenum / Jejunum)
|
Sekretion von Bikarbonat
Sekretion von Pepsinogen
Verzögerung Magenentleerung
|
Duodenum: pH < 4
Vagusaktivität
Gallensaure Salze
CCK
|
hauptsächlich inhibierend
|
Somatostatin
|
D-Zellen
(Magen / Dünndarm)
|
- Kontraktion Gallenblase
- Salzsäurebildung Magen
- Sekretion von Gastrin, Insulin, Glukagon, Somatotropin, Prolaktin
- Sekretion von Verdauungsenzymen
|
Im Duodenum:
pH < 2-3
Fettsäuren
Peptide / Aminosäuren
|
GIP
|
K-Zellen
Duodenum / Jejunum)
|
- Sekretion von Salzsäure
- Motilität des Magens
Anregung der Insulinsekretion (Inkretineffekt)
|
Im Duodenum:
Glukose
Fettsäuren
Peptide
|
Der Gastrointestinaltrakt ist ein Sinnesorgan und wird autonom-nervös versorgt
<Abbildung: Kommunikation Darm - Zentralnervensystem
Nach einer Vorlage in jonlieffmd.com
Die Verbindungen laufen über autonom-nervöse Verbindungen (Vagus: N. X).
IPAN, Intrinsic primary afferent neuron, sensorisches Neuron im Meissner-schen Plexus
Autonomes Nervensystem (<Abbildung): Der Parasympathikus (über Vagusnerv) fördert Transport- und Sekretionsvorgänge; der
Sympathikus wirkt auf enterale Motorik und Sekretion im Allgemeinen hemmend und tonisiert die Schließmuskeln.
Afferenzen
vom Darm (sensorische Neuronen) melden Dehnungs-,
chemische und Schmerzreize an prävertebrale Ganglien und ZNS.
Sie bilden einerseits afferente Schenkel viszeraler Reflexe,
andererseits führen sie zu bewussten
Empfindungen (wie Übelkeit, Stuhldrang, Schmerz - viszerosensible Afferenzen).
Die intrinsisch afferenten Fasern aus dem Darm sind cholinerg.
Efferenzen zum Darm modulieren das enterale Nervensystem nach Maßgabe der Situation des gesamten Organismus. So reduziert z.B. physische Belastung sympathikoton die enterale Aktivität und Perfusion, umgekehrt fördern trophotrope Situationen parasympathikoton die Darmtätigkeit (Motorik, Sekretion, Resorption, Perfusion, endokrine Aktivität).
Näheres über das
Darmnervensystem s.
dort
Malassimilation bedeutet eine Beeinträchtigung der Nahrstoffausnutzung im Darm. Sie kann verschiedene Ursachen haben: Maldigestion nennt man eine gestörte Aufspaltung von Nahrungsbestandteilen (Enzymmangel, Enzymdefekt). Von Malabsorption
spricht man, wenn die Aufnahme der Nahrungsstoffe in die Schleimhaut
und weiter in Blut- bzw. Lymphbahn nicht richtig funktioniert.
>Abbildung: Stadien der Zoeliakie im Jejunum
Nach einer Vorlage bei Wikipedia
Klassifikation nach Michael N. Marsh. Die Hyperplasie im Stadium 2 bezieht sich auf die Lieberkühnschen Krypten
Ein bedeutsames Beispiel für Malabsorption ist die Glutenunverträglichkeit (Zöliakie ), die im Rahmen einer Typ IV-Hypersensitivität auftritt ( s. dort): Es handelt sich um eine Überempfindlichkeit gegen Bestandteile von Klebereiweiß (Gluten), das in vielen Getreidesorten vorkommt. Fast alle betroffenen Personen zeigen ein bestimmtes HLA-Muster (HLA-DQ2 oder HLA-DQ8-Allel).
Die Entzündung der Dünndarmschleimhaut kann mit weitgehender Zerstörung
der Darmepithelzellen einhergehen (Stadieneinteilung s. >Abbildung). Folge ist eine gestörte Resorption von Nahrung.
Bei betroffenen Kindern macht sich eine verlangsamte körperliche
Entwicklung bemerkbar; allgemeine Symptome sind Appetitlosigkeit,
Gewichtsabnahme, Durchfall, Erbrechen, auch neurologisch-psychiatrische
Zeichen (Müdigkeit, Depression). Zur Behandlung wird glutenfreie Diät
verwendet.
Die Informationen in dieser Website basieren auf verschiedenen Quellen:
Lehrbüchern, Reviews, Originalarbeiten u.a. Sie
sollen zur Auseinandersetzung mit physiologischen Fragen, Problemen und
Erkenntnissen anregen. Soferne Referenzbereiche angegeben sind, dienen diese zur Orientierung; die Grenzen sind aus biologischen, messmethodischen und statistischen Gründen nicht absolut. Wissenschaft fragt, vermutet und interpretiert; sie ist offen, dynamisch und evolutiv. Sie strebt nach Erkenntnis, erhebt aber nicht den Anspruch, im Besitz der "Wahrheit" zu sein.
Resorptionsoberfläche 
Durchmischung und Weiterbewegung des Darminhalts
