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.

Propulsiebewegingen

Propulsiebewegingen zijn bewegingen die zorgen voor beweging van chyme in het spijsverteringskanaal. En wel met een snelheid die evenredig is met de snelheid van opname en vertering.

Peristaltiek

Basis voortstuwingsbeweging wordt peristaltiek genoemd. Het principe is eenvoudig: de cirkelvormige spierlaag op een bepaalde plaats trekt samen en creëert een samentrekkende ring, die verder in aborale richting wordt verschoven. Zo wordt het chyme langzaam vooruitgeduwd. Darmverstopping is vaak een impuls voor de vorming van de contractiele ring – en dus voor het op gang komen van de peristaltiek. Een grotere hoeveelheid chyme veroorzaakt distensie en stimuleert daardoor het enterische zenuwstelsel. Dit zet de samentrekking in gang van het cirkelvormige spiersegment dat zich enkele centimeters mondeling van de plaats van maximale uitzetting van de buis bevindt. Peristaltiek wordt ook uitgelokt door bepaalde chemische prikkels of sterke parasympatische activering. Zij treedt ook automatisch op met bepaalde tussenpozen. Naast de orale contractie van het distensiesegment treedt ook de zogenaamde receptieve relaxatie aboraal van het distensiesegment van de buis op. Dit vergemakkelijkt de beweging van het chyme, aangezien een ontspannen buis minder weerstand biedt aan het bewegende chyme. Dit hele proces wordt gestuurd door de plexus van Auerbach (of myenteric plexus) en wordt de peristaltische reflex genoemd.

Propulsiebewegingen kunnen experimenteel ook in orale richting worden veroorzaakt, maar zij verdwijnen na enkele millimeters. De peristaltische bewegingen zijn dus unidirectioneel, hoewel de fysiologische basis voor dit verschijnsel nog niet volledig wordt begrepen.

Mengbewegingen

Mengbewegingen zorgen voor een constante menging van het chyme, zodat het volledige volume van de voedingsbestanddelen wordt blootgesteld aan enzymen en in contact komt met de bekleding van de darm om te worden geabsorbeerd. Deze bewegingen hebben verschillende vormen en variëren doorheen het spijsverteringskanaal.

Segmentatie

Segmentatie is een goed begrepen mengbeweging. We kunnen het ons voorstellen als herhaalde samentrekkingen van enkele centimeters van elkaar verwijderde delen van cirkelvormige gladde spieren. De samentrekkingen verschillen na elke segmentatiecyclus. Zo wordt het chyme gesegmenteerd – vorming van gescheiden porties van het chyme, die vervolgens weer worden gesplitst en de ene helft wordt gecombineerd met een portie van de vorige en tweede porties met de volgende. Het aantal porties neemt geleidelijk toe en hun volume daarentegen neemt af, omdat de ene helft van de twee buitenste porties steeds nergens aan kan hechten en een nieuwe portie vormt.

_

De beweeglijkheid van de maag

De maag is dank zij de schikking van zijn spieren goed toegerust om drie functies uit te oefenen:

1) Mengen van voedsel

2) Opslag van grote hoeveelheden voedsel

3) Lediging in de twaalfvingerige darm

Mixen van voedsel

Tot er chyme in de maag aanwezig is, worden zwakke samentrekkinggolven (menggolven genoemd) gevormd in het bovenste derde deel ervan. Zij verschijnen regelmatig om de 20 seconden en berusten op het automatisme van de gladde spier. Zodra de menggolf zich uitstrekt van het maaglichaam naar het antrum, wordt hij krachtiger en duwt hij het chyme krachtig naar de pylorus. Wanneer de pylorische sluitspier echter gesloten is, komt het chyme de blinde uiteinden tegen en mengt het zich slechts, respectievelijk onder de hoge druk ontsnapt het terug tegen de beweging van de contractiele ring in. Dit verschijnsel wordt retropulsie genoemd.

Het is goed op te merken dat de pylorische sfincter nooit volledig gesloten is. Het chyme dat erdoor ontsnapt, heeft slechts een volume van enkele milliliters, maar het heeft een belangrijke functie omdat de twaalfvingerige darm de samenstelling ervan kan testen en op basis daarvan de motiliteit van de maag wordt aangepast. Dit verschijnsel, dat een aanvulling vormt op de retropulsie-menging, wordt pylorische pomp genoemd.

Gastrische lediging

Gastrische lediging heeft hetzelfde mechanisme als retropulsie. Tegelijkertijd gaat het echter gepaard met een afname van de weerstand tegen de passage van chyme door de pylorus – ontspanning van de pylorische sfincter treedt op. Aldus kan een bepaald volume chyme in de twaalfvingerige darm passeren – afhankelijk van de weerstand van de pylorus op een bepaald moment. In het algemeen geldt: hoe hoger de kringspanning, hoe hoger de weerstand tegen de passage van chyme door de pylorus en hoe kleiner het volume chyme dat de twaalfvingerige darm binnenkomt.

De pylorische kringspier is eigenlijk gewoon een dikkere laag van een gewone ronde spier. Hij is in de pylorus ongeveer dubbel zo dik als in de rest van de maag. Normaal is de toon ervan zo ingesteld dat de weerstand klein genoeg is voor de passage van vloeistoffen, maar te groot voor de passage van vast chyme. Het moet door verschillende retropulsiemengsels gaan en voldoende vermengd zijn met de maagsappen om verder te gaan naar de twaalfvingerige darm.

De maaglediging wordt gecontroleerd door verschillende factoren die in twee groepen kunnen worden verdeeld:

1) Maagfactoren

2) Duodenale factoren

Gastrische factoren

Gastrische factoren versterken over het algemeen de maaglediging door de frequentie van de menggolven te verhogen of door de pylorische tonus te verlagen. Zij worden geactiveerd als er zich een grotere hoeveelheid voedsel in de maag bevindt (en vooral voedsel dat rijk is aan eiwitten, b.v. vlees). Contact van peptiden met antrum mucosa veroorzaakt secretie van gastro-intestinaal hormoon gastrine.

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), hoge concentratie peptiden in het chyme en de hypertoniciteit of hypotoniciteit ervan.

Feedback controle via de gastro-intestinale hormonen

Epitheelcellen van het duodenum vertonen sensorische activiteit voor bepaalde soorten voedingsstoffen. Zij activeren pylorische reflexen wanneer er veranderingen zijn in pH, peptideconcentratie of toniciteit. In aanwezigheid van lipiden versnellen zij de afscheiding van deze mediatoren (niet alleen in aanwezigheid van lipiden, maar voor lipiden zijn zij het gevoeligst):

CCK – cholecystokinine

Dit hormoon heeft drie belangrijke werkingen. Het vermindert de activiteit van de pylorische pomp, blokkeert het effect van gastrine op de maagmotiliteit en verhoogt de uitscheiding van gal in het chym, doordat het samentrekkingen van de galblaas activeert.

Secretine

Secretine wordt geproduceerd door de cellen in de twaalfvingerige darm als reactie op de lage pH van het chym. 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. Segmentatie kan dus ook tot 12 maal per minuut optreden, maar alleen in zeer zeldzame gevallen. De normale frequentie van segmentatiebeweging is ongeveer 3 per minuut.

Propulsiecontracties

Hun mechanisme is reeds beschreven in het inleidende gedeelte. De contractiele ring in de dunne darm heeft een snelheid van ongeveer 0,5-2 cm/min. Sneller in de proximale segmenten, in de distale segmenten vertraagt hij. Eén samentrekkende ring legt een maximale afstand van 10 cm af, dan dooft hij en chymus wacht op de nieuwe. De totale snelheid van passage van chyme is dus 1 cm/min.

Controle van de motiliteit van de dunne darm

Er is een toename van de stuwbewegingen in de dunne darm na elke maaltijd. Dit is zowel te wijten aan de aanwezigheid van chyme in de dunne darm als aan de gastro-enterische reflex. Deze reflex is een reactie op het uitrekken van de maagwand en verhoogt de motiliteit van de darm. De componenten van deze reflex liggen volledig in de plexus myentericus. Verder werken er hormonen – CCK, gastrine, insuline, motiline. Zij worden postprandiaal afgescheiden en verhogen de frequentie van de voortbewegings- en mengbewegingen. Omgekeerd remmen secretine en glucagon de motiliteit van de dunne darm.

Ileocecale klep

De functie van deze klep is het voorkomen van terugvloeiing van chyme uit de dikke darm naar de dunne darm. In feite is het geen klep, maar de opening van het terminale ileum, dat uitsteekt in de blindedarm. Maar door de hoeveelheid spieren werkt het als een klep. Zijn functie hangt af van zijn weerstand. Er passeert ongeveer 1500-2000 ml chyme per dag.

_

Motiliteit van de dikke darm

De dikke darm heeft twee hoofdfuncties: het opnemen van elektrolyten en water en het opslaan van vaste afvalstoffen voordat ze uit het lichaam worden verwijderd. Voor beide functies is geen uitgebreide motorische activiteit nodig. Daarom is de longitudinale spierlaag in de dikke darm gereduceerd tot de taenia. Zij vormen drie spierbanden die zich over de gehele lengte van de dikke darm uitstrekken. De motiliteit ervan is dus trager dan die van de dunne darm.

Haustratie

Het is een mengbeweging van de dikke darm (een aangepaste segmentatiebeweging). Eerst is er een circulaire spiercontractie. Vervolgens trekken de taeniae zich samen en vormen het haustrum. Haustra vormen het karakteristieke uiterlijk van het colon, dat bestaat uit een reeks relatief grote uitstulpingen. Tijdens de samentrekkingen van de taenia is er een verhoogde druk binnenin de haustra. Na ongeveer 30 seconden bereikt de druk zijn maximum en in de volgende 60 seconden verdwijnt het haustrum. De vorming van een nieuw haustrum begint na enkele minuten op een nieuwe plaats (segmentatiebeweging), en het hele proces herhaalt zich.

Propulsiebewegingen

Propulsiebeweging wordt vooral bepaald door de haustratie die zich geleidelijk en traag voortbeweegt van de blindedarm naar het sigmoïd colon. De passage van verteerd materiaal door de dikke darm door haustratie houdt ongeveer 12 uur aan en het vloeibare chyme wordt vaste fecale materie.

Echter, er is een snellere voortstuwingsbeweging van de dikke darm, die drie keer per dag optreedt gedurende ongeveer een uur na een maaltijd en slechts 15 minuten duurt. Het herinnert aan peristaltiek. Er is een samentrekkingsring, die geleidelijk in aborale richting beweegt. Hij ontstaat in het transversale colon en de normale haustratie-activiteit verdwijnt gedurende ongeveer 15 minuten.

Modulatie van de motiliteit van het colon

Alle beschreven bewegingen van het colon nemen in intensiteit en frequentie toe wanneer twee reflexen worden getriggerd:

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