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.

Propulsionsbewegungen

Propulsionsbewegungen sind Bewegungen, die für die Bewegung des Speisebreis im Verdauungstrakt sorgen. Und zwar mit einer Geschwindigkeit, die proportional zur Absorptions- und Verdauungsrate ist.

Peristaltik

Die grundlegende Vorwärtsbewegung wird Peristaltik genannt. Ihr Prinzip ist einfach: Eine kreisförmige Muskelschicht zieht sich an einer bestimmten Stelle zusammen und bildet einen kontraktilen Ring, der sich weiter in die aborale Richtung verschiebt. So schiebt er den Speisebrei langsam vorwärts. Die Dehnung des Darms ist oft ein Impuls für die Bildung des kontraktilen Rings – und damit für die Auslösung der Peristaltik. Eine größere Menge des Speisebreis bewirkt eine Distension und damit eine Stimulation des enterischen Nervensystems. Dadurch wird die Kontraktion des ringförmigen Muskelsegments ausgelöst, das sich einige Zentimeter oral von der Stelle der maximalen Dehnung der Röhre befindet. Die Peristaltik wird auch durch bestimmte chemische Reize oder eine starke Aktivierung des Parasympathikus ausgelöst. Sie tritt auch automatisch in bestimmten Abständen auf. Zusätzlich zur oralen Kontraktion des aufgedehnten Segments kommt es zu einer so genannten rezeptiven Entspannung aboral vom aufgedehnten Segment der Tube. Dies erleichtert die Bewegung des Speisebreis, da ein entspannter Schlauch dem sich bewegenden Speisebrei weniger Widerstand entgegensetzt. Dieser ganze Vorgang wird durch den Plexus Auerbach (oder Plexus myentericus) gesteuert und wird als peristaltischer Reflex bezeichnet.

Auch in oraler Richtung können experimentell Pumpbewegungen ausgelöst werden, die aber nach wenigen Millimetern wieder verschwinden. Die peristaltischen Bewegungen sind also unidirektional, obwohl die physiologische Grundlage für dieses Phänomen noch nicht vollständig geklärt ist.

Mischbewegungen

Mischbewegungen sorgen für eine ständige Durchmischung des Speisebreis, so dass das gesamte Volumen der ernährungsphysiologisch wichtigen Bestandteile den Enzymen ausgesetzt ist und mit der Darmschleimhaut in Kontakt kommt, um absorbiert zu werden. Diese Bewegungen haben verschiedene Formen und variieren im gesamten Verdauungstrakt.

Segmentierung

Segmentierung ist eine gut verstandene Mischbewegung. Man kann sie sich als wiederholte Kontraktionen von mehreren Zentimetern entfernten Abschnitten der kreisförmigen glatten Muskulatur vorstellen. Die kontrahierten Regionen unterscheiden sich nach jedem Segmentierungszyklus. Auf diese Weise wird der Speisebrei segmentiert – es bilden sich getrennte Portionen des Speisebreis, die anschließend wieder geteilt werden und eine Hälfte wird mit einer Portion der vorherigen und zweite Portionen mit der folgenden kombiniert. Die Anzahl der Portionen nimmt allmählich zu, ihr Volumen dagegen ab, da immer eine Hälfte der beiden äußeren Portionen keine Anknüpfungspunkte mehr hat und eine neue Portion bildet.

_

Die Motilität des Magens

Der Magen ist dank der Anordnung seiner Muskeln gut ausgestattet, um drei Funktionen zu erfüllen:

1) Vermischung der Nahrung

2) Speicherung von großen Nahrungsmengen

3) Entleerung in den Zwölffingerdarm

Mischung der Nahrung

Bis zum Vorliegen von Speisebrei im Magen, werden im oberen Drittel des Magens schwache Kontraktionswellen (so genannte Mischwellen) gebildet. Sie treten regelmäßig alle 20 Sekunden auf und beruhen auf der Automatik der glatten Muskulatur. Sobald sich die Mischwelle vom Magenkörper zum Antrum ausbreitet, wird sie stärker und schiebt den Speisebrei kräftig zum Pylorus. Wenn jedoch der Pylorusschließmuskel geschlossen ist, stößt der Speisebrei auf die blinden Enden und vermischt sich nur, bzw. entweicht unter dem hohen Druck zurück gegen die Bewegung des kontraktilen Rings. Dieses Phänomen wird Retropulsion genannt.

Es ist gut zu wissen, dass der Pylorussphinkter nie ganz geschlossen ist. Der Speisebrei, der durch ihn entweicht, hat nur ein Volumen von wenigen Millilitern, aber er hat eine wichtige Funktion, da der Zwölffingerdarm seine Zusammensetzung überprüfen kann und die Magenmotilität dementsprechend angepasst wird. Dieses Phänomen, das zur Retropulsionsmischung hinzukommt, wird Pyloruspumpe genannt.

Magenentleerung

Die Magenentleerung hat den gleichen Mechanismus wie die Retropulsion. Gleichzeitig geht sie jedoch mit einer Verringerung des Widerstands gegen die Passage von Speisebrei durch den Pylorus einher – es kommt zur Entspannung des Pylorussphinkters. So kann eine bestimmte Menge an Speisebrei in den Zwölffingerdarm gelangen – je nach dem Widerstand des Pylorus zu einem bestimmten Zeitpunkt. Generell gilt: Je höher der Schließmuskeltonus ist, desto höher ist der Widerstand gegen die Passage von Speisebrei durch den Pylorus und desto weniger Speisebrei gelangt in den Zwölffingerdarm.

Der Pylorussphinkter ist eigentlich nur eine dickere Schicht eines normalen Ringmuskels. Er ist im Pylorus etwa doppelt so dick wie im Rest des Magens. Normalerweise ist sein Tonus so eingestellt, dass der Widerstand klein genug für die Passage von Flüssigkeiten, aber zu groß für die Passage von festem Speisebrei ist. Er muss mehrere Retropulsionen durchlaufen und ausreichend mit dem Magensaft vermischt sein, um in den Zwölffingerdarm zu gelangen.

Die Magenentleerung wird durch mehrere Faktoren gesteuert, die sich in zwei Gruppen unterteilen lassen:

1) Gastrische Faktoren

2) Duodenale Faktoren

Gastrische Faktoren

Gastrische Faktoren potenzieren im Allgemeinen die Magenentleerung, indem sie die Frequenz der Mischwellen erhöhen oder den Pylorustonus verringern. Sie werden aktiviert, wenn sich eine größere Menge an Nahrung im Magen befindet (insbesondere eiweißreiche Nahrung, z. B. Fleisch). Der Kontakt der Peptide mit der Antrumschleimhaut bewirkt die Ausschüttung des Magen-Darm-Hormons Gastrin.

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), die hohe Peptidkonzentration im Speisebrei und dessen Hypertonizität oder Hypotonizität aktiviert.

Rückkopplungssteuerung durch die gastrointestinalen Hormone

Die Epithelzellen des Zwölffingerdarms zeigen eine sensorische Aktivität für bestimmte Nährstoffe. Sie aktivieren die Pylorusreflexe bei Veränderungen des pH-Werts, der Peptidkonzentration oder des Tonus. In Anwesenheit von Lipiden beschleunigen sie die Sekretion dieser Mediatoren (nicht nur in Anwesenheit von Lipiden, sondern auf Lipide reagieren sie am empfindlichsten):

CCK – Cholecystokinin

Dieses Hormon hat drei wichtige Wirkungen. Es reduziert die Aktivität der Pyloruspumpe, blockiert die Wirkung von Gastrin auf die Magenmotilität und erhöht die Sekretion von Galle in den Speisebrei, da es die Kontraktionen der Gallenblase aktiviert.

Sekretin

Sekretin wird von den Zwölffingerdarmzellen als Reaktion auf den niedrigen pH-Wert des Speisebreis produziert. 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. Daher kann die Segmentierung auch bis zu 12 Mal pro Minute auftreten, aber nur in sehr seltenen Fällen. Die normale Häufigkeit der Segmentierungsbewegung liegt bei etwa 3 pro Minute.

Propulsionskontraktionen

Ihr Mechanismus wurde bereits im Einleitungsteil beschrieben. Der kontraktile Ring im Dünndarm hat eine Geschwindigkeit von etwa 0,5-2 cm/min. In den proximalen Segmenten ist sie schneller, in den distalen Segmenten ist sie langsamer. Ein kontraktiler Ring legt maximal 10 cm zurück, dann erlischt er und die Chymuszellen warten auf den neuen Ring. Die Gesamtgeschwindigkeit der Chymuspassage beträgt also 1 cm/min.

Steuerung der Dünndarmmotilität

Nach jeder Mahlzeit kommt es im Dünndarm zu einer Zunahme der Vorschubbewegungen. Dies ist sowohl auf das Vorhandensein von Speisebrei im Dünndarm als auch auf den gastroenterischen Reflex zurückzuführen. Dieser Reflex ist eine Reaktion auf die Dehnung der Magenwand und steigert die Motilität des Darms. Die Komponenten dieses Reflexes liegen vollständig im Plexus myentericus. Außerdem wirken Hormone – CCK, Gastrin, Insulin, Motilin. Sie werden postprandial ausgeschüttet und erhöhen die Häufigkeit der Vortriebs- und Mischbewegungen. Umgekehrt hemmen Sekretin und Glucagon die Motilität des Dünndarms.

Ileozökalklappe

Diese Klappe hat die Aufgabe, den Rückfluss von Speisebrei aus dem Dickdarm in den Dünndarm zu verhindern. Eigentlich handelt es sich nicht um eine Klappe, sondern um die Mündung des terminalen Ileums, das in den Blinddarm ragt. Aufgrund der Menge an Muskeln wirkt er jedoch wie ein Ventil. Seine Funktion hängt von seinem Widerstand ab. Etwa 1500-2000 ml Speisebrei pro Tag fließen hindurch.

_

Beweglichkeit des Dickdarms

Der Dickdarm hat zwei Hauptfunktionen: Er nimmt Elektrolyte und Wasser auf und speichert feste Abfallstoffe, bevor sie aus dem Körper ausgeschieden werden. Beide Funktionen erfordern keine umfangreiche motorische Aktivität. Daher ist die Längsmuskelschicht im Dickdarm auf die Taenia reduziert. Sie stellen drei Muskelbänder dar, die sich über die gesamte Länge des Dickdarms erstrecken. Seine Motilität ist daher langsamer als die des Dünndarms.

Haustration

Es handelt sich um eine Mischbewegung des Dickdarms (eine modifizierte Segmentierungsbewegung). Zunächst kommt es zu einer zirkulären Muskelkontraktion. Anschließend ziehen sich die Taeniae zusammen und bilden das Haustrum. Haustra bilden das charakteristische Aussehen des Dickdarms, der aus einer Reihe von relativ großen Ausbuchtungen besteht. Während der Kontraktionen der Taenien kommt es zu einem erhöhten Druck im Inneren der Haustra. Nach etwa 30 Sekunden erreicht der Druck sein Maximum, und innerhalb der nächsten 60 Sekunden verschwindet das Haustrum. Nach einigen Minuten beginnt die Bildung eines neuen Haustrums an einer neuen Stelle (Segmentierungsbewegung), und der ganze Vorgang wiederholt sich.

Antriebsbewegungen

Die Antriebsbewegung wird hauptsächlich durch die Haustration bestimmt, die sich langsam und schrittweise vom Zökum zum Colon sigmoideum bewegt. Die Passage des verdauten Materials durch den Dickdarm durch die Haustration dauert etwa 12 Stunden und der flüssige Speisebrei wird zu festem Kot.

Es gibt jedoch eine schnellere Vorwärtsbewegung des Dickdarms, die dreimal am Tag für etwa eine Stunde nach einer Mahlzeit auftritt und nur 15 Minuten andauert. Sie erinnert an die Peristaltik. Es gibt einen Kontraktionsring, der sich allmählich in aboraler Richtung bewegt. Er entsteht im Querkolon und die normale Haustrationsaktivität verschwindet für etwa 15 Minuten.

Modulation der Kolonmotilität

Alle beschriebenen Kolonbewegungen nehmen an Intensität und Häufigkeit zu, wenn zwei Reflexe ausgelöst werden:

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