Ernährung und Verdauungssystem

Funktionen des Magens


zurück weiter
© H. Hinghofer-Szalkay

Antrum: antrum = Höhle, Grotte
Cardia: καρδία = muskuläres Hohlorgan
Fundus: fundus = Boden, Grund (fundare = (be)gründen)
Gastrin: γαστήρ = Bauch
Pepsin: πέψις = Verdauung
Pylorus: πυλωρός = Pförtner



Der Magen erfüllt zahlreiche - lokal, hormonell und neural koordinierte - Funktionen: Zwischenspeicherung (Fundus), Transport, Durchmischung, Homogenisierung; Ansäuerung, Eiweißabbau (Pepsin); Resorption (Flüssigkeit, kleine Moleküle); Schutz der Schleimhaut (Muzine, Bikarbonat); Mechano- und Chemosensibilität; Hormonproduktion (Gastrin); Bildung von intrincic factor (Vitamin B12).

Im oberen Korpusteil befindet sich eine Schrittmacherzone für die Peristaltik des Magens (etwa 3 Wellen pro Minute), die im Korpus der Durchmischung, im distalen Magen der Zerkleinerung dient ("Antrummühle"). Erst bei ausreichender Partikularisierung des Mageninhalts zeigt der Pylorus Relaxationsphasen, die duodenalwärts gerichteten Transport (Tonus plus Peristaltik) zulassen.

Gastrin fördert die Säureproduktion, Kontraktion der Kardia, Peristaltik am Magenausgang, Gallen- und Pankreassekretion, und regt ECL-Zellen (Histamin) sowie D-Zellen (Somatostatin) an; seine Freisetzung wird durch Dehnung der Magenwand, "Saftlocker" und GRP-bildende parasympathische Fasern stimuliert.

Die Anregung der Magentätigkeit wird in eine zephale (Gehirn), gastrische (≥50%) und intestinale Phase eingeteilt.
Belegzellen (Produktion von Salzsäure) werden durch Azetylcholin, Gastrin und Histamin angeregt; Somatostatin, Prostaglandine, Sekretin und VIP hemmen die Säureproduktion.


Funktionen Magenmotorik Magensekret Regulation der Magentätigkeit Phasen der Magentätigkeit

>Abbildung: Zeitverlauf der Magenentleerung
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

Der Magen (vor allem der Fundusteil) dient u.a. als Zwischenspeicher. Flüssige Nahrung wird ohne Verzögerung an das Duodenum weitergegeben (exponentielle Entleerung, rot - geringe Mengen Flüssigkeit werden innerhalb weniger Minuten resorbiert). Feste Nahrung (grün) gelangt erst nach einer Latenzphase weiter

D
er Zeitverlauf hängt u.a. vom aufgenommenen Volumen, der Osmolarität, Energiedichte und Verdaubarkeit, auch vom Geschlecht ab (bei Frauen erfolgt die Magenentleerung langsamer als bei Männern). Die Entleerungszeiten sind kaum altersabhängig, aber individuell unterschiedlich, bei ein und demselben Menschen (ceteris paribus) ziemlich gleich, also individualtypisch

Der Magen ist ein Organ, das motorisch, sekretorisch, enzymatisch, protektiv, resorptiv, sensorisch und endokrin tätig ist. Er steht unter der Kontrolle des autonomen und des enteralen Nervensystems sowie hormoneller Steuerungen. Strategisch gesehen nimmt er eine Position zwischen dem Trink- und Nahrungsaufnahmeverhalten einerseits, und dem Dünndarm als Hauptort der Verdauung und Resorption andererseits ein.

Von den entsprechenden Kompartimenten (Ösophagus, Duodenum) grenzt er sich durch Sphinkteren ab, die eine Passage nur unter bestimmten Bedingungen erlauben. Auf diese Weise wird Geschlucktes kontrolliert in den Magen befördert (Cardia ) und hier so lange gespeichert und modifiziert, bis es (entsprechend "bearbeitet") für den Weitertransport in den Zwölffingerdarm präpariert ist (Pylorus ) - eine "Einbahnstraße" für den Chymus. Nur unter Ausnahmebedingungen kommt es zu Passage in die Gegenrichtung (Regurgitation, Reflux, Erbrechen).

Jede Minute stößt die Magenschleimhaut etwa eine halbe Million Zellen ab, die laufend ersetzt werden.

Der Magen muss zahlreiche Aufgaben gleichzeitig erfüllen: 

  Zwischenspeicherung von Bissen / Schlucken, die den Ösophagus passiert haben (hauptsächlich im Fundusteil )

  Sekretion von Magensaft (Corpusteil)

  Transport, Durchmischung, Homogenisierung und Ansäuerung des Inhalts


<Abbildung: Muzinmolekül
Nach einer Vorlage bei sigmaaldrich.com

Muzine sind glykosylierte Proteine, die viel Wasser halten können (gelartige Eigenschaften) und resistent gegenüber Proteolyse sind. Sie werden als große Aggregate sezerniert, liegen aber auch an Zellmembranen gebunden vor (Bild), wo sie als rezeptorartige Liganden für Kohlenhydrate wirken können

     Schutz der eigenen Schleimhaut durch Muzine (<Abbildung) und Bikarbonat

     Abbau von Nahrungsbestandteilen, hauptsächlich von Eiweiß (Pepsin )

     Bereitstellung des Glykoproteins Intrincic factor zur Vitamin-B12-Aufnahme (rezeptorvermittelte Resorption des Faktor-Vitamin-Komplexes im Ileum)

     Resorption von Flüssigkeit und kleinen Molekülen (Medikamente)

     Registrierung des Dehnungszustandes der Magenwand (Mechanosensibilität)

     Registrierung des Chemismus des Inhalts (Peptide: G-Zellen, pH-Wert: D-Zellen)

     Hormonproduktion (vor allem Gastrin - Antrum )
 
Die meisten dieser Funktionen bzw. Vorgänge werden nerval, hormonell und lokal koordiniert bzw. gesteuert.

  
>Abbildung: Elektrische Aktivität des Magens
Nach
Koch KL. Electrogastrography. In: Schuster M, Crowel M, Koch, KL, editors. Atlas of Gastrointestinal Motility. BC Decker; 2002. pp 185-201

Registrierungen von der Haut (Elektrogastrogramm, EGG, rechts oben) und von der Oberfläche des Magens - A: Fundus - keine Aktivität; B: Schrittmacherzone (grün); C: Corpus: D: Antrum. Die Schrittmacherzone generiert im gedehnten Zustand Entladungen (3/min), die zirkumferentiell und funduswärts die Muskulatur der Magenwand entlanglaufen (Pfeile) und Kontraktionswellen generieren

  An den beiden Enden des Magens lassen Schließmuskel die Passage (eines Bolus aus der Speiseröhre, oder von Chymus in das Duodenum) nur in kontrollierter Weise zu: Sammelt sich im untersten Speiseröhrenabschnitt Geschlucktes an und dehnt die Cardia, öffnet sich diese reflektorisch. (Bei der Einnahme von Medikamenten soll Flüssigkeit nachgetrunken werden, um die Öffnung der Cardia zu gewährleisten.)
Als gastroösophagealen Reflux bezeichnet man die Bewegung von Mageninhalt in die Speiseröhre. Diese verfügt über eine (begrenzte) Pufferkapazität, sodass kleinere Mengen sauren Mageninhalts keine Schädigung der Schleimhaut der Speiseröhre bewirken (säurebindende Wirkung verschluckten Speichels). Geringgradiger Reflux, insbesondere nach den Mahlzeiten, ist physiologisch.



<Abbildung: Autonome und humorale Einflüsse auf die Magentätigkeit
Nach einer Vorlage in New Human Physiology

Der Sympathikus sowie Enterogastrone (duodenale Hormone, z.B. Sekretin, CCK) hemmen die Magentätigkeit, der Parasympathikus (Vagus) und Gastrin fördern sie. Belegzellen produzieren Salzsäure. Die Schrittmacherzone (rot) für die Magenperistaltik befindet sich im Übergangsbereich von Fundus- zu Corpus-Region

  Der Pylorus ("Pförtner") stellt sicher, dass der im Magen bearbeitete (kleinkörnige, saure, angedaute) Speisebrei nur in kleinen Portionen zum Duodenum weiterbewegt wird, je nach dessen jeweiliger Fähigkeit, weitere saure Valenzen zu puffern und Nahrungsstoffe zu verdauen.

Magentätigkeit und funktionelle Kapazität des Dünndarms werden so bei der Regulierung der Magenentleerung berücksichtigt. Die Transportperistaltik des Pylorus ist auf die Aufnahmekapazität des Duodenums abgestimmt. Der Chymus am Magenausgang hat einen pH-Wert zwischen 4,0 und 7,2.

  Der Magen, vor allem sein oberer Abschnitt (Fundus), ist ein Zwischenspeicher für die aufgenommene Nahrung. Im Rahmen des Schluckakts entspannt sich die Magenwand, noch bevor der Schluck den Magen erreicht. Diese gastrische Akkommodation erfolgt durch einen
vago-vagalen Reflex: Sowohl Afferenzen zum Gehirn als auch Efferenzen zum Magen laufen über parasympathische Fasern des N. vagus.

Abhängig von Menge und Beschaffenheit der Nahrung bleibt der Magen bis zu mehrere Stunden nach der Mahlzeit teilweise gefüllt. Die Verweildauer im Magen beträgt z.B.

  bei Flüssigkeiten einige Minuten

  bei einer Reismahlzeit 1-2 Stunden

  bei gekochtem Fleisch 3-4 Stunden

  bei sehr fettreicher Nahrung (z.B. Ölsardinen) 6-9 Stunden

  Füllung des Magens löst in einer Schrittmacherzone im oberen Korpusteil (Abbildungen) zarte peristaltische Wellen aus (≈3 pro Minute), die vom Korpus zum Antrum wandern und der Durchmischung des Speisebreis mit dem Magensaft in der Randzone an der Magenwand dienen (“Mischperistaltik”). Gesteuert wird die Peristaltik durch nervöse und hormonelle Signale, vor allem aus dem Duodenum.

Der Mageninhalt wird dabei angesäuert und angedaut (der Magen bildet ≈10 ml Salzsäure pro Tag). Da die Speisen meist selbst puffernd wirken, kommt es nur zu langsamer Ansäuerung des Mageninhalts. Das Ptyalin des verschluckten Speichels (α-Amylase; pH-Optimum nahe dem Neutralpunkt) bleibt im Magen so lange aktiv, bis es vom sauren Magensaft inaktiviert wird.

 
>Abbildung: Neuromulkuläre Magenaktivität nach Einnahme einer Mahlzeit
Nach
Koch KL. Physiological basis of electrogastrography. In: Koch KL, Stern RM (eds). Handbook of Electrogastrography. New York, NY: Oxford Press; 2004. pp 37-67

Nach Einnahme einer Mahlzeit erschlafft der Fundusteil des Magens und ermöglicht die Akkommodation zusätzlichen Volumens ohne wesentliche Drucksteigerung (rezeptive Relaxation). Anschließende Kontraktionen entleeren den Fundus nach Maßgabe des Fortschreitens der Verdauungsprozesse. Vom Corpus zum Antrum fortschreitende, wiederholte kräftige Kontraktionswellen "zermahlen" den Inhalt des Magenausgangs zu ≈1 mm großen Stücken, bevor der Pylorus den Chymus portionsweise (2-4 ml) in das Duodenum vorlässt. Der Weitertransport wird funktionell durch pylorischen und duodenalen Widerstand (Einschnürungen) reguliert

Im Bereich des Antrum (distaler Magen) dient die Motorik der Zerkleinerung der Nahrung. Hier können Drucke bis über 100 mmHg auftreten, vor dem geschlossenen Pylorus wird der Speisebrei "massiert", bis die Bruchstücke weniger als 2 mm Durchmesser (durchschnittlich ≈0,25 mm) haben und den Pylorus passieren können ("Antrummühle", >Abbildung). Die Magenmotorik erzeugt - noch vor der Emulgierung zu Mizellen durch Gallensäuren - Fetttröpfchen mit einem Durchmesser von lediglich ≈1 µm.

  Magenentleerung: Erst bei diesem Verkleinerungsgrad der Partikel des Mageninhalts kann dieser in das Duodenum passieren (Relaxationsphasen, in denen der Pylorus eine duodenalwärts gerichtete Peristaltik zulässt, allerdings nur, wenn vom Duodenum her eine neurohumoral geregelte "Freigabe" erfolgt).

Treibende Kraft für die Magenentleerung ist der Tonus im proximalen Magen. Flüssigkeiten verlassen den Magen umso rascher, je höher die im Magen gespeicherte Menge ist (die Entleerung nimmt mit dem Volumen exponentiell zu und verhindert so eine Überdehnung des Magens). Die Entleerung "fester" Nahrungsbestandteile zeigt eine etwa lineare Kinetik (nimmt proportional mit dem Volumen zu).



Die Verdauungsvorgänge im Magen wurden erst zu Beginn des 19. Jahrhunderts allmählich verstanden. Der amerikanische Arzt William Beaumont machte an einem Patienten (Alexis St. Martin), der nach einem Gewehrdurchschuss eine permanente Magenfistel hatte, Beobachtungen und Experimente und stellte fest, dass der Magen auf Emotionen des Patienten reagiert (1835). In Magensaftproben konnte er den wechselnden Salzsäuregehalt nachweisen. (Die Amerikanische Physiologische Gesellschaft besitzt heute das "Beaumont House" in Bethesda, Maryland)


<Abbildung: Eine Muzin- und eine Flüssigkeitsschicht ("unstirred layer") schützen die Magenschleimhaut
Nach: RC Orlando, Esophageal mucosal defense mechanisms. GI Motility online (2006) doi:10.1038/gimo15

Dringen Wasserstoffionen in die unstirred layer, werden sie durch Bikarbonat gepuffert. Pepsin wird von der Muzinschicht am Durchtritt blockiert. Eine wichtige Schutzfunktion hat auch die Durchblutung der Magenschleimhaut - diese hilft bei der Pufferung (Nachschub von Bikarbonat)

Der Magensaft enthält - außer Wasser und Salzen - folgende Komponenten:
 
  Die als Muzin aus Nebenzellen (mucus secreting cells) bezeichnete Mischung aus Glykoprotein überzieht die Magenschleimhaut mit einem vor Selbstandauung und Geschwürbildung schützenden Film (<Abbildung)

  Bikarbonat aus Oberflächenepithelzellen (superficial epithelial cells) stellt in der dünnen "unstirred layer"-Schichte zwischen Zelloberfläche und Muzinschicht einen pH-Wert von 6-7 ein, was das Epithel schützt, indem es puffert und Pepsin inaktiviert (dieses dringt kaum durch die Muzinschicht)

  Salzsäure: ≈1 Milliarde Belegzellen (parietal (oxyntic) cells) produzieren ≈10 ml HCl/Tag. Diese

     denaturiert Eiweiß,

     aktiviert Pepsinogen,

     regt die Ausschüttung des Verdauungshormons Gastrin an,

     wirkt keimtötend.


>Abbildung: Drüsenschlauch im Korpus- oder Fundusteil der Magenschleimhaut
Nach einer Vorlage bei Barrett KE: Gastrointestinal Physiology, McGraw-Hill 2006

Enterochromaffine (ECL, enterochromaffin-like) sind serotoninbildende neuroendokrine Zellen
Salzsäureproduktion wird durch parasympathische Nervenfasern über Histamin sowie durch Gastrin angeregt. Bei der Produktion von HCl wird Karboanhydrase benötigt, um die Verwandlung von CO2 in Kohlensäure zu beschleunigen (vgl. dort); die sezernierten Wasserstoffionen werden an der apikalen Membran gegen Kaliumionen ausgetauscht (s. weiter unten)

  Pepsinogen aus Hauptzellen (chief cells) ist die Vorstufe des Pepsin. Dieses Enzym (Endopeptidase, ≈36 kDa) wirkt eiweißspaltend, so lange genügend Salzsäure für seine Aktivierung vorhanden ist. Die Aktivierung des Pepsins aus Pepsinogen erfolgt bei einem pH-Wert von etwa 2; Pepsin aktiviert weiters seine eigene Vorstufe

  Intrinsic factor (aus Belegzellen) reagiert mit Vitamin B12 (=Kobalamin) aus der Nahrung und befördert es in gebundener Form in den Dünndarm weiter. Dort wird das Vitamin resorbiert. Atrophie der Magenschleimhaut führt u.a. zu Vitamin B12-Mangel. Da die Leber einen Vitamin B12-Vorrat für viele Monate (bis mehrere Jahre) speichern kann, treten Symptome nach mangelnder Vitaminzufuhr ("perniziöse" Anämie, funikuläre Myelose) sehr verzögert auf.

Eine Stammzellzone nahe der Mündung der Drüse sorgt für die laufende Nachlieferung frischer Epithelzellen (>Abbildung).

Magensaftproduktion: Eine erwachsene Person bildet täglich etwa 2 Liter Magensaft (≈35 ml / kg KG / Tag). Menge und Zusammensetzung hängen von Art und Menge der Nahrung sowie dem jeweiligen Zustand des Verdauungssystems ab: Dehnungs- und Chemorezeptoren messen diverse Zustandsgrößen im Darm, neurohumorales Feedback macht die Feinabstimmung der gastrointestinalen Funktionen möglich.

  Regulation der Magentätigkeit

Aufgabe des Gastrins ist es, bei Füllung des Magens die Sekretion von Salzsäure und Pepsinogen sowie die Kontraktionstätigkeit des Magens zu fördern.

Es wirkt über Gastrinrezeptoren (identisch mit CCK-Rezeptoren) in der Membran der betreffenden Zellen. Wahrscheinlicher Mechanismus: G-Protein →

Phospholipase C → IP3 → endoplasmatisches Retikulum: Mobilisierung interner Kalziumspeicher;

DAG → Phosphokinase C → L-Typ-Kalziumkanäle, Einströmen extrazellulären Kalziums.


<Abbildung: Steuerung der Magensaftsekretion
Modifiziert nach Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 1st ed. Saunders 2003

ACh, Azetylcholin   CCK, Cholezystokinin   CCK2 = CCK-B-Rezeptor = Gastrinrezeptor   ECL, enterochromaffinähnliche  (enterochromaffin-like) Zellen   GRP, gastrin releasing peptide

Einzelheiten s. Text


  Steuerung der Gastrinfreisetzung:

Die Freisetzung des Peptidhormons Gastrin aus G-Zellen wird angeregt

      durch Dehnung der Magenwand - dies ist der stärkste Reiz für die Gastrinausschüttung und wirkt azetylcholinunabhängig über parasympathische Fasern

      durch die Anwesenheit appetitanregender Substanzen im Magenlumen - "Saftlocker" wie Oligopeptide (z.B. in Suppen), Nikotin, Koffein, Alkohol

      Aktivität postganglionär- parasympathischer Fasern, die das Neuropeptid GRP freisetzen (<Abbildung)
 
 
  Gastrin releasing peptide (GRP) wird im Antrum des Magens von aktivierten parasympathisch-postganglionären Zellen abgegeben (neuroendokrine Zellen). GRP regt die Gastrinsekretion in den G-Zellen des Antrums an und fördert die Transportperistaltik im Magen. Die Achse postganglionäre Zelle → GRP → Gastrin → Belegzelle → Salzsäureproduktion ist durch Atropin nicht blockierbar.

Der GRP-Rezeptor (BB2 nach Bombesin) ist G-Protein-gekoppelt und wird in Pankreas, Magen, Gehirn und Nebennierenrinde exprimiert.

GRP wird auch von Pituizyten im Hypophysenhinterlappen erzeugt. Es ist in die Regulation zirkadianer Rhythmen involviert und signalisiert Lichtinformation an den hypothalamischen Oszillator im nucl. suprachiasmaticus. Ferner scheint GRP Aspekte von Stress zu mediieren.

Gehemmt wird die Gastrinfreisetzung

  durch Somatostatin aus benachbarten D-Zellen, die auf niedrigen pH-Wert (<3) im Lumen reagieren

  durch Prostaglandine (PGE2, PGI2 - diese hemmen auch die Salzsäureproduktion)
 
Wirkungen: Gastrin bewirkt

  Anregung der Säureproduktion der Belegzellen

  Tonuserhöhung (Verschluss) des Kardiasphinkters

  Anregung der Peristaltik am Magenausgang

  Sekretion von Galle und Pankreassaft

  Stimulation von serotoninproduzierenden ECL-Zellen im Corpusteil (unterstützt die Säureproduktion)

  Stimulation von D-Zellen im Antrum (Selbsthemmung der G-Zellen, >Abbildung)
 
Rezeptor: Gastrin wirkt über G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, die auch auf CCK ansprechen (CCK2-, CCKB-Rezeptor).

Im Corpusteil des Magens beeinflusst der Vagus die Belegzellen (=Parietalzellen) direkt sowie enterochromaffinähnliche (ECL) und D-(δ-)Zellen. Im Antrumteil erreicht der Vagus G- und D-Zellen.

Aktivierung parasympathischer Fasern im Magen führt zu folgenden Effekten:

      Direkte Reizung von Belegzellen (HCl-Produktion) - cholinerg über Aktivierung von M3-Rezeptoren und Steigerung des intrazellulären Ca++-Spiegels

      Freisetzung von Histamin aus enterochromaffinähnlichen Zellen (ECL-Zellen) - dies sind neuroendokrine Zellen im Drüsenfeld des Magens und Dünndarms. 
Serotonin wird hier vesikulär gespeichert und auf Reizung hin sowohl luminal als auch basolateralfreigesetzt.

  Angeregt werden ECL-Zellen durch Gastin, Azetylcholin (über muskarinische M1-Rezeptoren - diese Achse ist durch Atropin blockierbar) und auch Noradrenalin. Stimulation der ECL-Zellen erhöht die Säureproduktion via Histamin - dies erfolgt über Steigerung des cAMP-Spiegels in den Belegzellen. Vermutlich sind ECL-Zellen auch endokrin tätig (Wachstumsfaktoren u.a.).

  Der wichtigste Inhibitor der ECL-Zellen ist Somatostatin

      Freisetzung von Gastrin aus G-Zellen - diese Wirkung wird durch GRP vermittelt (s. oben). Anlagerung des Gastrins an den CCK-B-Rezeptor steigert den intrazellulären Ca++-Spiegel in der Belegzelle.


G-Zellen begrenzen ihre eigene Aktivität, indem ihr Gastrin (sowie auch die gebildete Salzsäure) D-Zellen stimuliert, was wiederum über das entstehende Somatostatin G-Zellen inhibiert

      M3-Rezeptor-vermittelte Hemmung der Freisetzung von Somatostatin aus D-(δ)-Zellen (diese finden sich außer im Magen auch im Dünndarm sowie im endokrinen Parkreas).
Die herabgesetzte Freisetzung von Somatostatin - das seinerseits parakrin die Histaminfreisetzung aus ECL-Zellen sowie die Aktivität der Belegzellen hemmt - bewirkt im Endeffekt eine Disinhibition, d.h. Anregung der HCl-Produktion (dies bewirkt der Vagus auch direkt).

Angeregt werden D-Zellen durch Wasserstoffionen im Mageninhalt, was die H-Ionensekretion begrenzt; durch Gastrin (Selbsthemmung von G-Zellen); und durch VIP

     
Aktivierung von Oberflächenzellen zur Bildung von Bikarbonat - diese Wirkung haben auch Prostaglandine (PGE2)
 

>Abbildung: Ruhende und angeregte Belegzelle
Nach Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 1st ed. Saunders 2003


Im Ruhezustand ist die Sekretionsleitung der Belegzellen niedrig, röhrenförmige "Tubulovesikel" enthalten ruhende H+-K+-ATPase (eine Protonenpumpe, Mitglied der ATPase-Familie, zu der auch die Natrium-Kalium-Pumpe gehört). H+-K+-ATPase findet sich an der basolateralen Membran so gut wie aller Epithelzellen wie auch in der Zellmembran nichtpolarer Zellen. Sie besteht aus einer α- und einer β-Untereinheit; die katalytische Funktion hat die α-Untereinheit, die β-Untereinheit "steuert" das Enzym in die apikale Membran. Zur vollen Aktivität bedarf sie beider Einheiten.

Werden Belegzellen angeregt, verschmelzen ihre Tubulovesikel (mit den darin befindlichen Protonenpumpen) innerhalb von Sekunden zu Ausführungsgängen (Canaliculi), was die apikale Oberfläche bis zu 100-fach vergrößert und damit die Sekretionskapazität enorm erhöht; es entsteht der Eindruck entstehender Mikrovilli (>Abbildung).
 

<Abbildung: Steuerung und Funktion der Belegzellen
Nach: Kopic S, Geibel JP, Gastric Acid, Calcium Absorption, and Their Impact on Bone Health. Physiol Rev 2013; 93: 189-268

H+-K+-ATPase (rot) transportiert Protonen unter Energieverbrauch in das Lumen, im Austausch gegen K+. Kalium- und Chloridionen gelangen durch eigene Permeasen (grün) gradientengetrieben durch die apikale Membran

Histamin, Gastrin und Azetylcholin fördern, Somatostatin hemmt die Insertion von H+-K+ (-ATPase in die apikale Membran der Belegzelle. Dies wird vermittelt durch cAMP (Histamin, Somatostatin) oder Kalziumionen (Gastrin, Azetylcholin)


Stimulierend wirken auf Belegzellen (<Abbildung)

  Azetylcholin aus postganglionär-parasympathischen Fasern über M3-Rezeptoren - das steigert intrazelluläres Calcium

  Gastrin  aus G-Zellen wirkt auf CCK-Rezeptoren - auch das steigert intrazelluläres Calcium

  Histamin aus ECL-Zellen wirkt auf H2-Rezeptoren und wirkt über cAMP-Anstieg anregend auf die Belegzelle. Somatostatin senkt cAMP und wirkt dadurch hemmend auf die Säureproduktion
 

Zur Magensäureproduktion tauscht die Belegzelle mittels einer ATP-abhängigen Membranpumpe K+ (in die Zelle) gegen H+ (aus der Zelle), K+ kann durch einen eigenen Kaliumkanal in das Lumen zurückdiffundieren. Cl--Ionen diffundieren durch einen  Chloridkanal ins Lumen. Damit ist Salzsäure (HCl) entstanden.

Der Magensaft kann bis zu einem pH-Wert von 1 erreichen - entsprechend einer millionenfachen Konzentrierung von Wasserstoffionen (der pH-Wert ist ein negativer dekadischer Logarithmus, d.h. eine Hochzahl auf der Basis von 10 - 10-1 ist um 106 mehr als 10-7); meist liegt er zwischen pH 2 und pH 3. Das denaturiert Proteine, d.h. ladet Aminosäuren positiv auf und "entknäuelt" Eiweißmoleküle (was den Angriff von Proteasen erleichtert) und macht Bakterien das Überleben schwer.

Hemmung der Magensäureproduktion. Der zytoprotektive Effekt von Prostaglandinen beruht u.a. auf der Bildung von Bikarbonat und Muzin sowie Hemmung der Säuresekretion. Schleimhaut- und glatte Muskelzellen des Magens bilden PGE2. Der Schutz der Magenschleimhaut basiert auf folgenden Mechanismen:

     Reduktion der Magensäureproduktion der Belegzellen

     Erhöhte Durchblutung der Magenschleimhaut

     Bildung von Schleim und Bikarbonat (Pufferung)
 
Dabei spielt Somatostatin eine wichtige Rolle:

      Es senkt in den Belegzellen die cAMP-Konzentration (direkter Effekt) und

      hemmt die Aktivität der G-Zellen (parakrin) sowie der ECL-Zellen (endokrin), senkt also die Gastrin- und Histaminfreisetzung (indirekter Effekt).

D-Zellen werden durch einen niedrigen pH-Wert im Magen (<3) angeregt sowie neuronal und humoral gesteuert. Somatostatin gilt als genereller Hemmstoff und wird fast überall im Körper gebildet; es inhibiert auch Cholezystokinin (CCK) und VIP.

Auch Sekretin und VIP dämpfen die Gastrinfreisetzung (und fördern die Aktivität der D-Zellen). Weiters werden Belegzellen durch CCK gehemmt. Aus dem Ileum und Colon kommen weitere Signale: Bei lipidreichem Darminhalt bewirken von hier aus Neurotensin und Peptid YY eine Bremsung der Belegzellaktivität.

Insgesamt ergibt sich ein komplexes Bild, bei dem die Steuerung der Magentätigkeit mehrfacher Kontrolle unterliegt. Insbesondere die Bildung von Salzsäure ist präzise austariert, Anregung und Hemmung der beteiligten Zellen gehen Hand in Hand. Ziel ist eine begrenzte Säurewirkung ohne Schädigung der Schleimhaut (die auch durch Muzine geschützt ist).
Ist dieses Gleichgewicht nicht gegeben, besteht die Gefahr von Schleimhautschädigung, Entzündung und Geschwürbildung (gastroduodenales Ulkus, s. unten).

 


>Abbildung: Phasen der Magenaktivität
Nach einer in jpp.krakow.pl verwendeten Quelle (S.J. Konturek)

ACh, Azetylcholin   GRP, Gastrin releasing peptide

Nach der Reihenfolge der typischen Beeinflussung unterscheidet man drei Phasen der Magentätigkeit (>Abbildung):

  1) Anwesenheit oder Vorstellung von appetitanregenden Stoffen (zephale Phase). Sie beginnt bereits mit Gedanken an die Nahrungsaufnahme, dann kommen Anblick, Geruch, Geschmack etc. dazu. Diese Reize aktivieren den dorsalen Vaguskern und parasympathische Fasern, diese schalten lokal auf postganglionäre Fasern.

Die zephale Phase trägt normalerweise etwa zu einem Drittel zur Magenanregung bei; der wichtigere Einfluss ist die gastrische Phase.

  2) Kontakt des Verschluckten mit der Magenwand (gastrische Phase). Diese Phase beginnt mit der Dehnung der Magenwand, Afferenzen aktivieren den dorsalen Vaguskern und lösen die oben genannten Faktoren aus. Weiters werden lokale enterale Reflexe aktiviert, insgesamt kommt es zu Selbstverstärkung der Magentätigkeit. Die Magenschleimhaut reagiert auf die Anwesenheit anregender Stoffe, wie Peptide (Bouillon!), Kaffee oder Alkohol (Aperitif).
 
Die gastrische Phase trägt mindestens zur Hälfte zur gesamten Magenaktivierung bei.

  3) Rückwirkung der Verdauungsvorgänge im Dünndarm (intestinale Phase). Peptide stimulieren auch duodenale G-Zellen zur Gastrinfreisetzung. Dazu kommen weitere hormonelle Signale; die Säuresekretion im Magen wird so in geringem Ausmaß weiter angeregt. Auch hemmende Einflüsse auf den Magen sind aus dem Dünndarm wirksam, vor allem bei Anwesenheit von Fett (Enterogastrone: Zu diesen duodenalen Hormonen gehören Sekretin, Cholezystokinin und GIP). Dadurch wird eine Übersäuerung der Duodenalschleimhaut verhindert und der Fettverdauung mehr Zeit gegeben.






<Abbildung: Indigestion (Magenverstimmung; George Cruikshank)


  Funktionelle Einschränkungen des gastrischen Nervensystems (wie bei diabetischer Neuropathie) beeinträchtigen die Magenmotorik (MMC), was zur Bildung von Magensteinen führen kann. Die gastrische Akkommodation des Fundusbereichs (s. oben) läßt nach, dies führt zu ungenügender Zwischenspeicherung und Auftreten von Völlegefühl.

  Überdehnung des Magens, Sekretin und zu niedriger pH-Wert des Mageninhalts hemmen die Gastrinfreisetzung.

  Übermäßige Freisetzung von Salzsäure leistet der Bildung von Geschwüren (gastroduodenale Ulzera) Vorschub. Die HCl-Produktion kann verringert (und die Ausheilung von Ulzera gefördert) werden durch

   * Hemmung von Histaminrezeptoren (durch H2- Rezeptorblocker)
   * Gabe von Somatostatin-Analoga und Prostaglandin E2 (Mechanismen s. oben)

   * Hemmung der H+/K+-ATPase der Belegzellen (durch H+-Pumpen-Hemmer wie Omeprazol)

  Patienten, denen Teile des Magens entfernt wurde, müssen in kleineren Zeitabständen beschränkte Nahrungsmengen zu sich nehmen, um ein "Dumping-Syndrom" mit allzu starken Schwankungen des Blutzuckerspiegels zu vermeiden. Dabei kommt es zu überstürzter Entleerung von Mageninhalt in den Dünndarm, Flüssigkeitsverschiebung in den Darm (osmotische Wirkung) und Störungen der Glukostase (heftige Blutzucker- und Insulinschwankungen). Symptome sind Krämpfe und Übelkeit nach Mahlzeiten, begleitet mit Schweißausbrüchen und Tachykardie.

  Gastrinproduzierende Tumoren treiben die Belegzellen zu maximaler Bildung von Salzsäure an (Zollinger-Ellison-Syndrom). Dies führt zu so starker Ulkusbildung, dass es unbehandelt zu Blutungen und sogar Perforationen der Magenwand kommt.

  Prostaglandin E2 (PGE2) hemmt die Säuresekretion, fördert die Muzin- und Bikarbonatbildung sowie die Magendurchblutung und schützt so die Magenschleimhaut vor der Einwirkung von HCl (s. oben). Zur Bildung von PGE2 (aus Arachidonsäure) ist die Zyklooxygenase 1 (COX 1) notwendig. Medikamente, welche deren Aktivität hemmen ("COX-Hemmer", z.B. die Schmerzmittel Azetylsalizylsäure, Ibuprofen), können bei häufiger Einnahme Magengeschwüre bedingen.

  Medikamentös nicht therapierbare Magen- oder Zwölffingerdarmgeschwüre (Ulcus ventriculi, Ulcus duodeni) können durch eine Magenresektion (Entfernung der unteren 2/3 des Magens) behandelt werden, weil der Verlust des Großteils der Belegzellen die Magensäureproduktion stark reduziert.




Eine Reise durch die Physiologie


  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.