Gasztrointesztinális rendszer élettana

Anatómia

Réteges alapszerkezet• Kötőszövetes burok (serosa / adventitia)• Simaizom rétegekhosszanti (longitudinális)körkörös (cirkuláris)plexus myentericus• Submucosa (kollagén, elasztin, mirigyek, erek, idegek, plexussubmucosa)• Mucosa (felület, védelem)muscularis mucosaelamina propriaepithelium

A gasztrointesztinális traktus rétegei

Szabályozás

GI-rendszer regulációja• Immunrendszer• Idegi (CNS, Vegetativ NS (szimpatikus,paraszimpatikus, enterális)• Hormonális (endokrin, parakrin reguláció)

GI-immunrendszer• Feladata a nagy felület védelme a táplálékban találhatóantigének éspatogén mikroorganizmusokkal szemben• A GI traktusban található immunsejtek összes tömegeközelítőleg megegyezik a test egyéb területeintalálható immunsejtek tömegével• Effektorok: T és B limfociták, plazmasejtek,makrofágok, hízó-sejtek, eozinofil sejtek, stb.Nyirok csomók, Peyer plakkok, villus immunociták• Gyulladáskeltő mediátorok: hisztamin, leukotriének,prosztaglandinok, citokinek stb. Felszabadítása• Hiperreaktivitás: gluten allergia, gyulladásosbélbetegségek (T limfociták colonban, Cohn szindróma)

A villusok felépitése és az immunsejtek elhelyezkedése avékonybélben

CNS (stress)Smooth musclePropulsionENSEpitheliumSecretion(washout of antigen)HistamineBlood vesselVasodilatationInflammatory mediatorsMast cellSPreceptorIgEANTIGENSin intestine

Idegi reguláció• CNS: táplálék szerzés, táplálék felvétel: éhség/jólakottság,emóciók (agytörzs, hipothalamus, amigdala, cortex)• Vegetatív idegrendszerextrinsicszimpatikus beidegzésparaszimpatikus beidegzésintrinsicenterális idegrendszer (lokális reflexek)Myenterikus plexusSubmucosus plexus

Autonóm beidegzés és az enterális idegrendszer kapcsolata

A szervek kettősautonómidegrendszeribeidegzése

Ganglionáris áttevődés

Vegetatív moduláció 1• Szimpatikus (posztganglionális adrenerg)Rostjai főleg a plexusok neuronjain végződnek:pre- és posztszinaptikus gátlás (α 2 ),gátolja a motilitást és a szekréciótDirekt beidegzéssel rendelkeznek:erek (vazokonstrikció) vazokonstrikció rásegít az ENSmotilitás/szekréció gátlásáraegyes szekréciós mirigyek (Nadr α 1 , ATP),szfinkterek (kontrakcióját serkentés (α 1 ))

Vegetatív moduláció 2Paraszimpatikus (preganglionáris cholinerg)Beidegzés: colon transversum szintjén vált(n. vagus - n. pelvicus)Főleg az intramurális plexusok ganglion sejtjeinvégződnek (simaizom, mirigysejt direkt beidegzéseSerkenti a motorikát és a szekréciót (Ach, SP)Gátló hatással is rendelkezik (ENS, VIP, NO)

Enterális idegrendszer

Enterális neuronok elhelyezkedése a bélfalban

Enterális idegrendszer jellemzői~ 10 8 neuron (= a gerincvelői szürke állomány neuronjainak számával)Motilitás (simaizom) és szekréció (mucosa, submucosa,exocrin, endokrin mirigyek) direkt kontroljaVegetatív beidegzés hiányában is képesek a GI funkciókvezérlésére, szinkronizálására, koordinálásáraEgyetlen axon sok simaizomsejtet lát elNincsen valódi neuromusculáris szinapszisA körkörös simaizom réteg beidegzése sokkal sűrűbb, mint alongitudinális rétegéLokális reflexívek: helyi szenzoros (chemo-, ozmo- ésmechanoreceptorok, 5HT) ingerekre adott lokális válaszok-motoros (erek és a bél simaizom rétegei, mirigyek),- immunválaszokCNS-ből, ANS-bőlérkező utasítások közvetítése

Rövid/lokális- és hosszúpályás reflexek

Stimulatoryinterneuron–motorneuronVIPNOATPVIPNOATPrelaxationGátlásoldás mechanizmusa a bél mucosabanA bél törvénye

Hormonális reguláció• Endokrin gasztrointesztinális hormonokHatásuk: gasztrointesztinális rendszerbenszekréció, motilitás,táplálék felvétel (CCK),pankreász hormonszekréció (CCK, GIP,proglukagon gén termékei PG1, PG2)„egy sejt – egyetlen peptid” elve (APUD)• Parakrin hatás szomszédos sejt regulációja(szomatosztatin, hisztamin)• Neurotranszmitter funkció

Luminal surfacehormonbloodAPUD- sejt

Peptidcsaládok• Gasztrin – CCK peptidcsaládHomológ peptidek, azonos a terminális 5aminosavG 34, G 17, pentagasztrin, CCK B receptorCCK pre-pro 115, CCK 58, CCK 39, CCK 33,CCK 22, CCK 12, CCK 8, CCK A receptor• Szekretin peptidcsaládszekretin, VIP, GIP, pro-glukagon• Családon kívülszomatosztatin, motilin

Gasztrin hatásai• Rövid távúdirekt hatás: fedősejt (CCK B -receptor)HCL szekréció fokozásaindirekt hatás: enterochromaffin szerű sejt(CCK B -receptor), hisztamin felszabadulás,fedősejt HCL szekréció fokozása (H2-receptor), ez a fontosabb mechanizmus!• Hosszú távúnövekedési faktor: sejtállomány megőrzése, növelése(7 TM receptor, i.c. tirozinkináz aktiválás)

CCK hatásai• Rövid távú• Pankreasz acinusok (CCKA) enzim szekréció fokozása• N. vagus szenzoros idegvégződéseit ingerelve vago – vagalisreflex, acinus szekréció fokozása• Táplálék felvétel csökkentése (n. vagus afferensek, CNS)• AsszimilációPankreasz kivezetőcsővek elektrolit szekréció fokozásaGyomor ürülés csökentéseBélperisztaltika fokozásaEpehólyag összehúzásaOddi szfinkter lazítása• Hosszú távúTrofikus, célsejtek proliferációja

Szekretin hatásai•HCO 3 anion szekréció fokozása:pancreasz kivezetőcsövekbenepecsatorna hámsejtekben

Parakrin szabályozás• Lokálisan felszabaduló jelző molekulákamelyek szabályozzák a közvetlenközelükben lévő sejtek működésétszomatosztatin, általános gátló hormonhisztamin (hízósejt – fedősejt, immun)

Motilitás

Simaizom sajátságai

Depolarizáció/kontrakció a GI simaizom sejtjébenDepolarization-contraction in the GI smooth muscle cell

Slow wave• A GI simaizmok karakterisztikus tulajdonságaFrekvenciája helyfüggő: 3/min (gyomor) - 12/min (duodenum)Un. interstitiális sejtek (= átmenet a fibroblast és simaizom között)generálják, melyek az ENS-ben találhatókAktivitásuk gap junction összeköttetésen keresztül terjed asimaizom rostokra és azokon továbbAmplitudójuk és frekvenciájuk modulálható (idegi és hormonális)Akciós potenciál(ok) csak a slow wave csúcsán alakulhat(nak) ki,amennyiben az küszöb felettiMechanikai aktiválódás (= Ca 2+ influx) csak a slow wave küszöbfeletti szakaszán van

Akciós potenciál• Relatíve elhúzódó (10-20 ms), általában nincs “túllövés”• Depolarizáció: Ca2+ és Na+ csatornák• Slow wave csúcsán: akciós potenciál (AP) sorozat (“train/burst”“) 1-10/s• Idegi, humorális és parakrin hatások, gyógyszerek modulálják• A kontrakció erejét jelentősen fokozzák: minél több AP generálódik,annál nagyobb az erő, mivel a kiváltott lassú kontrakciós hullámokidőbeni szummációja történik• AP burst-ök között a kontrakciós erő nem csökken nullára (tónus)• CNS koordináció döntő a gyomor felső részéig, onnan lefelé a rectumbelső záró izmáig a simaizmok saját ritmusgenerálása (ENS lokálisreflexei serkentik vagy gátolják) válik döntővé

Mechanikai funkciók• Őrlés (mechanikai előkészítés, felület növelés,továbbítás könnyítése)• Tárolás (emésztés, abszorpció optimalizálása)• Keverés (emésztés, felület megújítás)• Adagolt továbbítás• Továbbítás késleltetése• Reflux gátlás

Rágás• A rágóizmok kontrakciója akaratlagos vagyreflexes– aprítás (nyelés, emésztés)– lubrikáció (nyál: mucin, amiláz, stb.)

Nyelés• Akaratlagos vagy reflexes indítás, de ezt követőenlényegében csak reflexes– rendkívül komplex, precízen időzített szekvencia– afferentáció: tapintási receptorokból (garat, lágyszájpad)– nyelési központ (nyúltvelő + híd alsó szakasza)– efferentáció: több agyi idegben a gégéhez és a nyelőcsőfelső szakaszához, vagusban az alsó szakaszához– Megállíthatatlan motoros program

Nyelés fázisai 1.• Orális fázis: akaratlagos• Pharyngeális fázis: a garatból az oesophagusba– komplex lépéssor– felső oesophagus sphincter: csak fiziológiás– perisztaltikus hullám a pharynxban ered és a táplálékot a felsőoesophagus sphincteren át továbbítja– a légzés ebben a fázisban gátolt: nyvelői légzési központneuronjainak gátlása, hangrés záródása, epiglottis terelő feladata– körkörös garatizmok kontrakciója, felső sphincter relaxáció( 1 mp), továbbítás

Nyelés fázisai 2.• Oesophagális fázis (nyelési központ kontrollálja)– felső oesophagus sphincter záródik (reflux gátlás)– primer perisztaltikus hullám (felső sphincter alól), 3-5 cm/s, 160-180Hgmm, 10 mp alatt végighalad, körkörös és hosszanti izmokkontrakciója, előszőr gátlás, majd kontrakció– szekunder perisztaltikus hullám : distensio felett lokálisan ered, ha aprimer insufficiens– alsó oesophagus sphincter (cardia) előre megnyílik és hosszan (5-10mp-ig) nyitva marad , egyébként mindig zárt a reflux megelőzésére(+30 Hgmm bazális tónus)bazális és fokozott tónus: vagus/cholinergrelaxáció: vagus/cholinerg, perisztalt., hullám, vagusnoncholinerg/VIP, NO– Problémák: insufficiens nyelés: achalasia- fokozott tónus, gyengesphicter záródás: mucosa erózió

Nyomáshullámok a nyelőcsőben nyelés alattPressure waves during swallowing

Gyomor szerkezete

Gyomor funkcionális felosztása

x 55RugaeMuscularis mucosaSubmucosaMuscularis layerSerosaMucosaGyomor redők pásztázó EM felvétele

Funkciók• Táplálék befogadása, tárolása• Őrlés, keverés• Adagolt továbbítás

A gyomor motilitásaProximális gyomor (fundus és corpus felső 1/3)tároló funkciófundus és corpus izomrétege vékony, gyenge: elsősorban tároló funkció, nincsenfázisos kontrakció, sem perisztaltika, stabil a membránpotenciál, (1 óra mozgásszünet),éhezés: tónusos kontrakció (~ 50 ml),táplálkozáskor: már nyeléskor ellazul (receptív relaxáció), feltöltődés alatt továbblazul (adaptív relaxáció),táplálkozás után ~ 1.5 L (vagus/VIP-erg), tónus visszaáll és a gyomorbennékdisztális irányba mozdulDisztális gyomor (corpus alsó 2/3, antrum, pylorus)őrlő-keverő és adagoló funkciómyogén motorikát lokális és hosszúpályás reflexek moduláljákpacemaker sejtek, slow wave (BER:bazális elektromos ritmus), 3/min,hullámamplitúdó lefelé nő, negativabbá válnak a nyugalmi potenciálok,antrumban mejelennek az AP-k a plató tetején , erős befűződések, antrumperisztaltika:örlés, továbbítás, retropulzió(CCK ↓, NAdr ↓, gastrin ↑, vagus ↑ AP amplitúdóját, időtartamát)éhezés során: 75-90 min nyugalom, majd MMC (migráló mioelektromos koplex)nyitott pylorus mellett „kitakarítja a gyomrot.”

Elektromos és mechanikai aktivitás a gyomorban

Gyomor perisztaltika 1

Gyomor perisztaltika 2

Gyomor redők és a pilorus endoszkópos képe

A gyomor ürülése

Tápanyagok ürülése a gyomorból

A duodénumból származó gyomor ürülést gátló hatások

A gyomor ürülése• Passzázs (pylorus): szigorúan szabályozott (< 1 mm)szabályozott mértékű gyomorürülés biztosításaregurgitáció megakadályozásapylorus tónus szabályozása :idegi: NAdr ↑, vagus ↓↑,hormonális: CCK ↑, gasztrin ↑, GIP ↑, secretin ↑kémiai (chymus összetétele a duodenumban):zsírtartalom (FFA, monogliceridek)aminosavak, peptidekhiperozmotikusság,aciditás pH

A vékonybél motilitásaa GI-rendszer teljes hosszának 3/4-e (~ 5 m, 2–4 óra)duodenum (5%), jejunum (40%), ileum (55%)emésztés és felszívódás – keverés emésztő szekretumokkal, felület frissítés• Mozgásformák: digesztív és interdigesztív fázisszegmentációs mozgások – kontrakciós gyűrűk kialakulása, megszűnése,szinkronizáció – kismértékű, mindkét irányú elmozdulásperisztaltikus mozgás – feszítésre száj irányában (oralis) kontrakciós, végbélirányában (aboralis) relaxációs gyűrű (bél törvénye) – mérsékelt aboralismozgás – rövid táv,opiátok, morfin: cirkuláris izom tónus fokozódása, székrekedésirreguláris összehúzódás – muscularis mucosa, 3/min, bolyhok alakjamozgásmintázata, irreguláris villus kontrakcióMMC (migráló mioelektromos komplex) – éhezés alatt (órákkal atáplálékfelvétel után): kb. 5 percen át erős propulsio a gyomortól a terminálisileumig (75–90 min. ciklus) – motilin – „housekeeper”-funkció

Szegmentációs mozgás a vékonybélben

Szegmentációk avékonybélben

MMC a gyomorban és a vékonybélben

A vastagbél motilitásaReflexekGastro-colicus reflex: motilitás funkcionális gyorsításaColono-colicus reflex: a colon egy részének feszülése reflexesenellazítja más részeit (ENS + ANS moduláció)Székelési (defaecatiós) reflex: centrális és enterális idegrendszerkomplex, összehangolt működése – vázizmok (pozitúra) –hasprés – gátizmok – anus-sphincterek (egyidejű) relaxációjaKettős anus-sphincter:belső simaizom (miogén + szimpatikus tónus – autonom működés)külső vázizom (akaratlagos – sacralis motoneuronok – tónusos)