Humanphysiologie (Fach) / Allgemein (Lektion)

Grundlagen und GI-Trakt

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• Elektrische Aktivität in glatter Muskulatur? Slow waves (Basis‐Rhythmus)• Schrittmacherzellen (Cajal‐Zellen)• Langsame, oszillierende Veränderungen des• Ruhemembranpotenzials (Abweichung um 5‐15 mV) →• Schwache, rhythmische Kontraktionen im GI‐Trakt• Frequenz, z.B.      - 12/min im Duodenum (Zwölffingerdarm, erster Abschnitt des Dünndarms)      -  8‐9/min im Ileum (dritter und letzter Abschnitt des Dünndarms)      - 3/min im Magen
• Spike‐Potenziale • Lagern sich auf slow waves auf• Entstehen ab einer Schwelle von ca. ‐40 mV• Verursacht durch Öffnung von Natrium‐Kalzium‐Kanälen    - Eintritt von Kalziumionen →    - Kontraktion der glatten Muskulatur• Ruhemembranpotenzial → aufgelagerte slow waves → aufgelagerte Spikes
• Nervensystem des GI-Trakts? Ca. 100 Mio. Nervenzellen, die zwei Bereichen zugeordnet werden: Myenterischer Plexus (= Geflecht aus Nervenfasern), äußerer Plexus, Auerbach‐Plexus Submukosaler Plexus, innererPlexus, Meissner´s Plexus
• Welche Funktion hat der Submukosaler Plexus? – Integration von sensorischen Signalen aus dem GI– Kontrolle der Verdauung– Kontrolle der Absorption– Kontrolle der Sekretion von Flüssigkeit und– Elektrolyten– Kontrolle der Durchblutung
• Welche Funktion hat der äußere Plexus (Myenterische Plexus)? – Erregende und hemmende Neuronen zur Kontrolle der zirkulären und längsverlaufenden Muskulatur– Große Zahl verbindender Interneurone
• Parasympathikus im GI-Trakt? Präganglionäre Fasern aus dem Stammhirn Präganglionäre Fasern aus dem 2.‐4. sakralen Rückenmarksegment Postganglionäre Neurone in myenterischem und submukosalem Plexus Stimulation verursacht generell eine erhöhte Darmaktivität
• Sympathikus im GI-Trakt? –      Fasern aus Rückenmarksegmenten T5 und L2–      Präganglionäre Fasern verschaltet über Ganglion coeliacum und Ganglia mesenterica (Bauchhöhle)–      Postganglionäre Fasern erreichen den gesamten Darm–      Stimulation verursacht generell eine verminderte Darmaktivität
• Sensorische Neuronen? • Aus der Mucosa des GI‐Trakts• Vermitteln Informationen an:      - Myenterischer und submukosaler Plexus     - ANS     - ZNS• Können Reflexe innerhalb des Darmnervensystems auslösen (short reflexes)• Können Reflexe über das ANS/ZNS auslösen (long reflexes)
• Was sind die Unterscheide bei short reflexes und long reflexes? Sind andere Bezeichnungen für die Reflexe die durch sensorische Neuronen ausgelöst werden: Short reflexes: Ausgelöste Reflexe innerhalb des Darmnervensystems Long reflexes: Ausgelöste Reflexe über das ANS/ZNS 
• Welche 3 GI-Reflexe gibt es? 1. Reflexe, die ausschließlich im Darmnervensystem ablaufen (Sekretion, Peristaltik, Mischbewegungen)2. Reflexe, die aus dem Darm → autonome Nervensystem → Darm geleitet werden    a. gastrokolischer Reflex = Stuhldrang und Darmentleerung nach Dehnung in Mund, Speiseröhre, Magen    b. duodenokolischer Reflex = nach Dehnung im Dünndarm    c. enterogastrischer Reflex = Hemmung der Magenbewegung nach Ansäuerung des Dünndarms3. Reflexe, die aus dem Darm → Rückenmark/Stammhirn → Darm geleitet werden (Produktion von Säure nach Füllung des Magens)
• Hormonelle Kontrolle von Gastrin? • Mini/Little Gastrin aus 14 AS und Big Gastrin aus 34 AS aufgebaut• Sezerniert durch G‐Zellen aus dem Antrum (Region des Magens in der Nähe des Ausgangs zum Dünndarm)• Stimuliert u.a. durch Magendehnung oder Protein in der Nahrung• Funktionen u.a.:    - Stimulation der Magensäuresekretion    - Stimulation des Wachstums der Magenschleimhaut
• Hormonelle Kontrolle von Cholecystokinin (CCK)? • 8, 33, 39, und 58 Aminosäuren• Sezerniert durch sog. I‐Zellen in der Schleimhaut von Duodenum und Jejunum• Stimuliert u.a. durch Fette, Fettsäuren und Monoglyzeride• Funktionen u.a.:    - Kontraktion der Gallenblase    - Auswurf von Gallenflüssigkeit in den Dünndarm    - Verlangsamt die Magenentleerung
• Welche Aufgaben hat das Hormon CCK? Kontraktion der Gallenblase Auswurf von Gallenflüssigkeit in den Dünndarm Verlangsamt die Magenentleerung
• Welche Aufgaben hat das Hormon Gastrin? Stimulation der Magensäuresekretion Stumulation des Wachstum der Magenschleimhaut  Stimuliert wird es durch Proteine und Magendehnung  
• Welche Funktion hat das Hormon Sekretin? • Fördert die Sekretion von Bikarbonat im Pankreas• Verlangsamt die Magenentleerung
• Hormonelle Kontrolle von Sekretin? • 27 Aminosäuren• Sezerniert von sog. S‐Zellen der Dünndarmschleimhaut• Stimuliert u.a. durch sauren Magensaft• Funktionen u.a.     - Fördert die Sekretion von Bikarbonat im Pankreas     - Verlangsamt die Magenentleerung
• Welche Aufgaben das das Hormon GIP? GIP = Glukoseabhängiges insulinotropes Peptid • Verringert die Magenkontraktion • Verlangsamt die Magenentleerung • Stimuliert die Sekretion von Insulin
• Hormonelle Kontrolle des GIP? • Sezerniert von sog. K‐Zellen in der Dünndarmschleimhaut• Stimuliert u.a. durch Aminosäuren und Glukose• Funktionen u.a.     - Verringert die Magenkontraktion     - Verlangsamt die Magenentleerung     - Stimuliert die Sekretion von Insulin
• Welche Funktionellen Arten der Bewegung im GI-Trakt gibt es? Peristaltik – Antreibende Bewegung Mischbewegung
• Wie bzw. was ist die Mischbewegung? – Abschnittsweise Kontraktionen– Im Abstand von einigen Zentimetern– Dauer von 5‐30 Sekunden– An verschiedenen Stellen gleichzeitg → Schneiden und Zerhacken des Speisebreis, keine echte Vorwärtsbewegung
• Wie bzw. was ist die Peristaltik? • Eine funktionelle Art der Bewegung im GI-Trakt• Gerichtete Vorwärtsbewegung des Speisebreis durch Ausbildung eines kontraktilen Ringes an der GI‐Wand• Stimulation durch:     - Dehnung der Wand     - Parasympathikus
• Motilität – Mastikation = Kauen - Funktion und Notwendigkeit? • Zerkleinerung der Nahrung vergrößert Angriffsfläche für Verdauungsenzyme• Einspeicheln macht das Schlucken schmerzfrei• Kontrolle:    - Durch Region im Stammhirn → Stimulation v.a. durch Geschmacksreize    - Kaureflex: Anwesenheit von Nahrung im Mundraum stimuliert die Kaumuskulatur
• Motilität - Deglutination = Schlucken; Welche Schritte gibt es? 1. Weicher Gaumen verschließt Öffnung zur Nase2. Kehldeckel (Epiglottis) schließt → kein Übertritt von Nahrung in die Luftröhre3. Relaxation des oberen Ösophagus‐Schließmuskels (Sphinkter), Öffnung der Speiseröhre4. Kontraktion der Rachenmuskulatur → Nahrungsbrei gelangt in die Speiseröhre
• Wie funktioniert die Kontrolle der Deglutination? – Schluckzentrum im Stammhirn erhält Informationen aus dem Rachen (Dehnung, Geschmack)– Ansprache der beteiligten Muskeln über verschiedene Neurone aus dem Stammhirn– Hemmende „Efferenzkopie“ ans Atemzentrum, um gleichzeitiges Atmen zu verhindern
• Motilität des Ösophagus? Ösophagus in Ruhe an beiden Enden verschlossen (oberer und unterer ösophagealer Sphinkter) → kein Rückfluss des Speisebreis Dehnung des Ösophagus löst Peristaltik aus Peristaltik im oberen Abschnitt relaxiert den unteren Ösophagus‐Sphinkter → erleichterter Eintritt des Nahrungsbreis in den Magen (feed forward) Schnell Motalität, keine Verdauung, nur Peristaltik
• Welche Funktionen weist der Magen auf? • Speicherfunktion • Homogenisierungsfunktion
• Die Speicherfunktion des Magens? Kapazität ca. 0.8‐1.5 L Dehnung unterstützt durch Reflexe des ENS und Hormone aus dem GI‐Trakt (u.a. Dehnung des Dünndarms, CCK, Sekretinn)  Verhindert Überfüllung des Dünndarms und lässt dem Magen Zeit für die Homogenisierung
• Wie lautet die Homogenisierungsfunktion des Magens? Mischen und Zermahlen der Nahrung Schwache Konstriktionen in den oberen und mittleren Magenregionen (ca. 3/Minute, mixing waves) Langsame Wanderung der Nahrung Richtung Ausgang (Pylorus = Pförtner)  Pylorus ist eine kleine Öffnung, kräftiger Sphinkter → Zurückwerfen (Retropulsion) der Nahrung, weitere Homogenisierung
• Welche Funktion hat die Homogenisierungsfunktion des Magens? • Bildung eines gleichförmigen Speisebreis (Chymus)• Pylorus wird nur intermittierend geöffnet → Einige mL Chymus werden Schritt für Schritt in den Dünndarm entleert → „Pyloruspumpe“• Kontrolle der Homogenisierung:    - Dehnung der Magenwand um den Pylorus aktiviert enterisches Nervensystem    - Hormone wie Gastrin
• Mischbewegungen im Dünndarm haben welche Aufgabe/Funktion? Konzentrische Kontraktionen entlang der Darmwand → Segmentierung, Mischung des Inhalts in den einzelnen Segmenten Während eine Segmentgruppe relaxiert, beginnt eine nächste mit Kontraktionen  Weitere Zerlegung des Chymus bei gleichzeitigem „Einrühren“ von Verdauungssäften aus dem Pankreas oder der Galle Maximale Frequenz 12/Minute (üblich sind 8‐9/Minute)
• Welche Frequenz sind bei der Mischbewegung im Dünndarm? Maximale Frequenz 12/Minute (üblich sind 8‐9/Minute)
• Peristaltik im Dünndarm? Transport des Chymus Richtung Dickdarm (0.5‐2.0 cm/sec) Peristaltische Kontraktionen sind schwach und kurzlebig  Gewünscht langsamer Transport des Chymus um maximale Ausbeute zu erlangen Dauer: ca. 3‐5 Stunden für die Strecke Pylorus – Ileozökalklappe
• Wie geschieht die Kontrolle der Motilität im Dünndarm? • Enterisches Nervensystem• Autonomes Nervensystem → (Stimulation Parasympathikus oder  Hemmung durch Sympathikus• Hormonelle Signale     - Stimulation der Mischbewegung u.a. durch CCK, Sekretin;    - Hemmung u.a. durch Glucagon‐Like‐Peptid)
• Funktion und Aufgaben der Ileozökalklappe sind? Nach Nahrungszufuhr → verstärkte Peristaltik im Ileum und Relaxation des ileozökalen Sphinkters (gastroilealer Reflex, feed forward) → Transfer des restlichen Ileuminhalts in das Colon, Leerung des Dünndarms Dehnung der Colonwand hemmt die Peristaltik im Ileum und kontrahiert den ileozökalen Sphinkter (feed back)
• Wie geht die Mischbewegung im Dickdarm von statten? Gleichzeitige Kontraktionen der zirkulären und längsgerichteten Muskulatur  Segmentierungen kleiner Colonabschnitte, während nicht kontrahierende Abschnitte Ausstülpungen bilden (sog. Haustren) Coloninhalt wird zwischen den Haustren durchgeschüttelt → die gesamte Masse wird mit der Dickdarmschleimhaut in Kontakt gebracht → weitere Absorption v.a. von Wasser möglich
• Peristaltik im Dickdarm? Für den Transport von der ileozökalen Klappe zum Anus werden 8‐15 Stunden benötigt Stärkere Peristaltik (sog. mass movements) ca. 1‐2/Tag Gerichteter Transport (10 – 30 Minuten) der Fäces Richtung Anus Unterstützt durch gastrokolische und duodenokolische Reflexe → Dehnung von Magen und Dünndarm lösen einen feed forward‐Reflex aus und fördern die Darmentleerung
• Das Rectum – Bestandteile, Kontrolle, Funktionen? Rectum = letzten 20 cm des GI-Trakts, terminal 2-3 cm = Anus Interner analer Sphinkter (70‐80% des Tonus) Externer analer Sphinkter (20‐30% des Tonus) Kontrolle durch Nervenfasern aus dem Rückenmark → Kontraktion erfolgt willkürlich (toilet training) oder unbewusst durch Anstieg des Drucks in der Bauchhöhle Klappen und Ausbuchtungen erhöhen den Widerstand
• Verdauung der KH im Mund und Magen? • Sekretion der 56 kDa α-Amylase aus der Ohrspeicheldrüse durch Kauprozess ausgelöst• Hydrolysiert Stärke zu Maltoseund Glukosepolymeren• Wird durch sauren pH im Magen blockiert• Macht ~ 5% der Stärkehydrolysierung aus
• Die Verdauung von KH in Dünndarm funktioniert wie? • 55 kDa Pankreas‐ α‐Amylase aus den Azinuszellen• Spaltet α‐1,4‐glykosidische Bindungen in Amylose und Amylopektin• Endständige sowie α‐1,6‐glykosidische Bindungen (alle 15‐30 Monomere in Amlyopektin) sind resistent• Schnelle Produktion von Maltose, Maltotriose und α‐ Dextrin (aus Verzweigungsstellen des Amylopektins)
• Verdauung von KH im Dünndarm – die Bürstensaummembran hat welche Aufgabe? Enthält die Enzyme Lactase, Sucrase, Maltase, a‐Dextrinase Enzyme sind stark glykosyliert → Schutz vor Proteasen Glukoseoligomere und a-Dextrine: Maltase und Sucrase‐Isomaltase  Saccharose: Invertase/Saccharase Lactose: Lactase
• Verdauung von Proteinen im Magen? – Autokatalyse von Pepsinogen aus den Hauptzellen des Fundus zu Pepsin bei niedrigem pH‐Wert– Präferenz für große aliphatische & aromatische (= zyklische) Seitenketten (z.B. Kollagen)– Pepsin wird schnell inaktiviert im alkalischen Milieu des Dünndarms – Ca. 10% der gesamten Proteinverdauung
• Verdauung von Proteinen im Dünndarm? Proteasen aus dem Pankreas Gespeichert in Azinuszellen als inaktive Vorstufen Enteropeptidase des Dünndarms spalten Trypsinogen → Trypsin, dieses aktiviert die anderen Vorstufen (und sich selbst) Endopeptidasen (Trypsin, Chymotrypsin, Elastase) zerlegen Peptidbindungen im inneren eines Proteins Exopeptidasen zerlegen terminale Peptidbindungen → Carboxypolypeptidasen A und B Endprodukte: neutrale und basische Aminosäuren, kurzkettige Peptide
• Endo- und Exopeptidasen haben welche Aufgabe? • Endopeptidasen: Zerschneidet Peptidbindungen innerhalb der Peptidkette → entstehen zwei kleiner Peptide • Exopeptidase:    - Unterscheidung in Aminopeptidasen (greifen am N-terminalen Ende an) und Carboxypeptidasen   - Schneiden terminale Peptidbindungen und setzen Aminsoäuren frei
• Verdauung von Lipiden? Fette sind nicht wasserlöslich Fette müssen vor der Absorption enzymatisch verarbeitet werden, Enzyme sind wasserlöslich → Bildung einer Emulsion  Emulsion zur Verdauung der Fette erforderlich
• Fettverdauung im Magen? – Emulgieren wird durch Mischbewegung erleichtert– Öltröpfchen innerhalb der Emulsion werden durch Magensaftlipase aus Hauptzellen gespalten– Macht ca. 10‐20% aus
• Magensaftlipase aus den Hauptzellen, die im Magen beigesetzt werden hat welche Eigenschaften? • pH‐Optimum: 4,0‐5,5• Resistent gegenüber Pepsin• Bevorzugt Fettsäuren an Position C1 des Glycerins• Freigesetzte Fettsäuren und Diglyceride hemmen Magensaftlipase → Lipolyse im Magen nicht vollständig
• Fettverdauung – Freisetzung von CCK und deren Wirkung auf den Dünndarm? Freisetzung von Cholecystokinin durch Fettsäuren Sekretion von Pankreaslipasen Relaxiert den Verschluss (Oddi‐Sphinkter) an der Vater´schen Papille → Pankreassaft fließt in den Dünndarm Kontrahiert die Gallenblase → Zufluss von Gallenflüssigkeit
• Fettverdauung – Funktion der Pankreaslipase/Colipase im Dünndarm? • pH‐Optimum bei ca. 7,0• Bevorzugt Fettsäuren an erster und dritter Position des Triglycerids• Colipase bindet Pankreaslipase und Gallensäuren → stabilisiert die enzymatische Aktivität der Lipase
• Welche Enzyme sind bei der Fettverdauung im Dünndarm wichtig? Cholecystokinin (CCK) Pankreaslipase/Colipase Pankreatische Phospholipase A2 Pankreatische Cholesterinesterase
• Welche Funktion hat das Pankreatische Phospholipase A2 im Dünndarm? Abbau von Phospholipiden

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