Functions of Cells and Human Body

Content:

1. Introduction to the gastrointestinal motility

2. Motility of the stomach

3. Motility of the small intestine

4. Motility of the colon

_

Introduction to the gastrointestinal motility

The term motility is defined as involuntary mobility of human tubular organs. To ensure the efficient digestion of food is necessary not only the presence of active enzymes, but also a shift and mixing of chyme during passage through the digestive tube. For this purpose, there are two types of movements in the GIT:

1) Propulsion movements

2) Mixing movements

This division is artificial, because, in fact, both types of movements use the same mechanisms and often one can convert to the other.

Propulzní pohyby

Propulzní pohyby jsou pohyby, které zajišťují pohyb chymu v trávicím traktu. A to rychlostí, která je úměrná rychlosti vstřebávání a trávení.

Peristaltika

Základní propulzní pohyb se nazývá peristaltika. Její princip je jednoduchý: cirkulární svalová vrstva se v určitém místě stáhne a vytvoří kontrakční prstenec, který se dále posouvá aborálním směrem. Tím pomalu vytlačuje chymus dopředu. Roztažení střeva je často impulsem pro vytvoření kontraktilního prstence – a tedy pro zahájení peristaltiky. Větší množství chymu způsobuje distenzi, a tím stimuluje střevní nervový systém. To vyvolá kontrakci okružního svalového segmentu, který je několik centimetrů orálně od místa maximální distenze trubice. Peristaltiku spouštějí také některé chemické podněty nebo silná aktivace parasympatiku. Dochází k ní také automaticky v určitých intervalech. Kromě kontrakce orálně od distendovaného segmentu dochází k tzv. receptivní relaxaci aborálně od distendovaného segmentu trubice. To usnadňuje pohyb chymu, protože uvolněná trubice klade pohybujícímu se chymu menší odpor. Celý tento proces je řízen Auerbachovým plexem (nebo myenterickým plexem) a nazývá se peristaltický reflex.

Propulzní pohyby lze experimentálně vyvolat i orálním směrem, ale po několika milimetrech mizí. Peristaltické pohyby jsou tedy jednosměrné, i když fyziologický základ tohoto jevu není dosud zcela objasněn.

Mísicí pohyby

Mísicí pohyby zajišťují neustálé promíchávání chymu, takže celý objem nutričně důležitých složek je vystaven působení enzymů a přichází do kontaktu se sliznicí střeva, aby se vstřebal. Tyto pohyby mají různé formy a liší se v průběhu celého trávicího traktu.

Segmentace

Segmentace je dobře pochopitelný míchací pohyb. Můžeme si ji představit jako opakované stahy několik centimetrů vzdálených úseků cirkulární hladké svaloviny. Kontrahované oblasti se po každém segmentačním cyklu liší. Tak dochází k segmentaci chymu – vzniku oddělených částí chymu, které se následně opět rozdělí a jedna polovina se spojí s částí předchozí a druhé části s následující. Počet porcí se postupně zvyšuje a jejich objem se naopak snižuje, protože jedna polovina dvou krajních porcí se vždy nemá kam připojit a tvoří novou porci.

_

Motilita žaludku

Žaludek je díky uspořádání své svaloviny dobře vybaven k plnění tří funkcí:

1) Míchání potravy

2) Ukládání velkého množství potravy

3) Vyprazdňování do dvanáctníku

Mísení potravy

Dokud není v žaludku přítomen chymus, v jeho horní třetině vznikají slabé kontrakční vlny (tzv. směšovací vlny). Objevují se pravidelně každých 20 sekund a jsou založeny na automaticitě hladké svaloviny. Jakmile se směšovací vlna rozšíří z těla žaludku do antra, zesílí a silně vytlačí chymus k pyloru. Jakmile je však pylorický svěrač uzavřen, setkává se chymus se slepými zakončeními a pouze se mísí, respektive pod vysokým tlakem uniká zpět proti pohybu kontraktilního prstence. Tento jev se nazývá retropulze.

Je dobré si uvědomit, že pylorický svěrač není nikdy zcela uzavřen. Chymus, který jím uniká, má objem jen několik mililitrů, ale má důležitou funkci, protože dvanácterník může testovat jeho složení a podle toho se upravuje motilita žaludku. Tento jev, který je přídavkem k retropulznímu míchání, se nazývá pylorická pumpa.

Vyprazdňování žaludku

Vyprazdňování žaludku má stejný mechanismus jako retropulze. Současně je však doprovázeno snížením odporu proti průchodu chymu pylorem – dochází k relaxaci pylorického svěrače. Do dvanáctníku tak může projít určitý objem chymu – v závislosti na odporu pyloru v daném okamžiku. Obecně platí: čím vyšší je tonus svěrače, tím vyšší je odpor proti průchodu chymu pylorem a tím menší objem chymu se dostane do dvanáctníku.

Pylorický svěrač je ve skutečnosti jen silnější vrstva pravidelného kruhového svalstva. V pyloru má přibližně dvojnásobnou tloušťku ve srovnání se zbytkem žaludku. Za normálních okolností je jeho tonus nastaven tak, že odpor je dostatečně malý pro průchod tekutin, ale příliš velký pro průchod pevného chymu. Ten musí projít několika retropulzemi a dostatečně se promíchat se žaludečními šťávami, aby mohl pokračovat do dvanáctníku.

Vyprazdňování žaludku je řízeno několika faktory, které lze rozdělit do dvou skupin:

1) Žaludeční faktory

2) Duodenální faktory

Žaludeční faktory

Žaludeční faktory obecně potencují vyprazdňování žaludku zvýšením frekvence směšovacích vln nebo snížením tonu pyloru. Aktivují se, pokud je v žaludku větší množství potravy (a zejména potravy bohaté na bílkoviny, např. masa). Kontakt peptidů se sliznicí antra způsobuje sekreci gastrointestinálního hormonu gastrinu.

Gastrin has the following effects:

1) Increases the production of gastric juice that has low pH

2) Increases the frequency of spontaneous motor activity of the stomach (mixing waves)

3) Decreases the pyloric sphincter tone

Note that if there is a sudden increase of the frequency of mixing waves and a decrease of pyloric sphincter tone, increased efficiency of the pyloric pump occurs. This is the main mechanism of increased gastric emptying.

Duodenal factors

These are mostly inhibitory signals that block gastric emptying. There are two main groups:

1) Nerve feedback to enterogastric system

2) Feedback control through the gastrointestinal hormones

Nerve feedback to enterogastric system

If large volume of chyme passes through the pyloric sphincter into the duodenum, there is a distension of its wall leading to a reflex that slows down or completely stops gastric emptying. This signal is mediated:

1) Directly by the enterogastric system

2) Through the paravertebral sympathetic ganglion

3) Through the vagus nerve to the brainstem and back

All of them are called pyloric reflexes. Their effect is dual:

1) Decreased frequency of mixing waves

2) Increased tone of the pyloric sphincter

This slows down the mechanism of the pyloric pump.

In addition to the volume of the chyme, the pyloric reflexes are activated by the low pH (3.5-4), vysoká koncentrace peptidů v chymu a jeho hypertoničnost nebo hypotoničnost.

Zpětná vazba prostřednictvím gastrointestinálních hormonů

Epiteliální buňky dvanáctníku vykazují senzorickou aktivitu pro určité typy živin. Aktivují pylorické reflexy při změnách pH, koncentrace peptidů nebo tonicity. V přítomnosti lipidů urychlují sekreci těchto mediátorů (nejen v přítomnosti lipidů, ale na lipidy jsou nejcitlivější):

CCK – cholecystokinin

Tento hormon má tři důležité účinky. Snižuje aktivitu pylorické pumpy, blokuje účinek gastrinu na motilitu žaludku a zvyšuje sekreci žluči do chymu, protože aktivuje kontrakce žlučníku.

Sekretin

Sekretin je produkován buňkami dvanáctníku jako odpověď na nízké pH chymu. It inhibits gastric emptying.

GIP – gastric inhibitory peptide

GIP is produced as a response to the high lipid content in the chyme. Although it has an inhibitory effects on the gastric motility and especially on the the pyloric pump it is the weakest one of all three hormones.

_

Motility of the small intestine

Contractions of the muscle layers of the small intestine can be divided into two groups:

1) Segmentation contractions

2) Propulsion contractions

Segmentation contractions

Process of the segmentation has already been discussed above. We only briefly discuss its causes here. Segmentation is a manifestation of electrical slow-waves, which represent action potentials generated by the automaticity of smooth muscle. Maximal frequency of these slow waves is 12/min. Segmentace se tedy může vyskytnout i 12krát za minutu, ale pouze ve velmi vzácných případech. Normální frekvence segmentačního pohybu je přibližně 3 za minutu.

Propulzní kontrakce

Jejich mechanismus byl již popsán v úvodní části. Kontrakční prstenec v tenkém střevě má rychlost přibližně 0,5-2 cm/min. Rychlejší je v proximálních segmentech, v distálních segmentech se zpomaluje. Jeden kontraktilní kroužek urazí maximálně 10 cm, pak zhasne a chymus čeká na nový. Celková rychlost průchodu chymu je tedy 1 cm/min.

Kontrola motility tenkého střeva

Po každém jídle dochází ke zvýšení propulzních pohybů v tenkém střevě. To je způsobeno jak přítomností chymu v tenkém střevě, tak gastroenterickým reflexem. Tento reflex je reakcí na roztažení žaludeční stěny a zvyšuje motilitu střeva. Složky tohoto reflexu leží zcela v myenterickém plexu. Dále zde působí hormony – CCK, gastrin, inzulin, motilin. Jsou vylučovány postprandiálně a zvyšují frekvenci propulzních a směšovacích pohybů. Naopak sekretin a glukagon motilitu tenkého střeva inhibují.

Ileocekální chlopeň

Funkcí této chlopně je zabránit refluxu chymu z tlustého střeva do tenkého střeva. Ve skutečnosti se nejedná o chlopeň, ale o ústí terminálního ilea, které vyúsťuje do céka. Vzhledem k množství svaloviny však funguje jako ventil. Jeho funkce závisí na jeho odporu. Denně jím projde asi 1500-2000 ml chymu.

_

Motivace tlustého střeva

Tlusté střevo má dvě hlavní funkce: absorbovat elektrolyty a vodu a ukládat pevné odpady před jejich vyloučením z těla. Obě tyto funkce nevyžadují žádnou rozsáhlou pohybovou aktivitu. Proto je podélná svalová vrstva v tlustém střevě redukována na taeni. Představují tři pruhy svaloviny, které se táhnou po celé délce tlustého střeva. Jeho pohyblivost je tedy pomalejší než u tenkého střeva.

Haustrace

Jedná se o směšovací pohyb tlustého střeva (modifikovaný segmentační pohyb). Nejprve dochází ke kontrakci cirkulárního svalu. Následně dojde ke kontrakci taenia, které vytvoří haustrum. Haustra tvoří charakteristický vzhled tlustého střeva, které je tvořeno řadou relativně velkých vyklenutí. Během kontrakcí taenie dochází ke zvýšenému tlaku uvnitř haustra. Přibližně po 30 sekundách dosáhne tlak maxima a za dalších 60 sekund haustrum zmizí. Tvorba nového haustra začíná po několika minutách na novém místě (segmentační pohyb) a celý proces se opakuje.

Propulzní pohyby

Propulzní pohyb je většinou určován haustrem, které postupně a pomalu postupuje od céka k esovité kličce. Průchod natráveného materiálu tlustým střevem haustrací probíhá asi 12 hodin a z tekutého chymu se stává pevná fekální hmota.

Existuje však rychlejší propulzní pohyb tlustého střeva, který probíhá třikrát denně asi hodinu po jídle a trvá pouze 15 minut. Připomíná peristaltiku. Dochází ke kontrakčnímu prstenci, který se postupně pohybuje aborálním směrem. Vzniká v příčném tračníku a normální haustrační aktivita mizí asi na 15 minut.

Modulace motility tlustého střeva

Všechny popsané pohyby tlustého střeva nabývají na intenzitě a frekvenci při spuštění dvou reflexů:

1) Gastrocolic reflex

2) Duodenocolic reflex

Gastrocolic reflex

Gastrocolic reflex is triggered by a high tension in the stomach wall. Myenteric plexus transports this signal through to the colon that increases the frequency of haustra formation.

Duodenocolic reflex

Duodenocolic reflex is triggered by a high tension in the duodenal wall. Signal spreads through the myenteric plexus to the colon and increases the frequency of action potentials in the smooth muscle cells. That increases speed of the propulsion movements.

Subchapter Author: Patrik Maďa