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.

Propulsionsrörelser

Propulsionsrörelser är rörelser som ger förflyttning av syre i matsmältningskanalen. Och en hastighet som är proportionell mot absorptionens och matsmältningens hastighet.

Peristalsis

En grundläggande framdrivningsrörelse kallas peristalsis. Principen är enkel: cirkulära muskelskikt på en viss plats drar ihop sig och skapar kontraktila ringar, som förskjuts ytterligare i aboral riktning. På så sätt trycker den långsamt fram chymen framåt. Distension av tarmen är ofta en impuls för bildandet av den kontraktila ringen – och därmed för initieringen av peristaltiken. En större mängd chymus orsakar distension och stimulerar därmed det enteriska nervsystemet. Detta utlöser kontraktion av det cirkulära muskelsegmentet som ligger några centimeter oralt från platsen för tubens maximala distension. Peristaltiken utlöses också av vissa kemiska stimuli eller stark parasympatisk aktivering. Den sker också automatiskt med vissa intervaller. Utöver sammandragningen oralt av det utspända segmentet sker så kallad receptiv relaxation aboralt från det utspända segmentet av tuben. Detta underlättar rörelsen av chym, eftersom ett avslappnat rör ger mindre motstånd mot det rörliga chym. Hela denna process styrs av Auerbachs plexus (eller plexus myentericus) och kallas peristaltisk reflex.

Propulserande rörelser kan experimentellt orsakas även i oral riktning, men de försvinner efter några millimeter. De peristaltiska rörelserna är alltså enkelriktade, även om den fysiologiska grunden för detta fenomen ännu inte är helt klarlagd.

Blandningsrörelser

Blandningsrörelser säkerställer en konstant omblandning av symmetrin, så att hela volymen av de näringsmässigt viktiga komponenterna utsätts för enzymer och kommer i kontakt med tarmslemhinnan för att absorberas. Dessa rörelser har olika former och varierar i hela matsmältningskanalen.

Segmentering

Segmentering är en välkänd blandningsrörelse. Vi kan föreställa oss den som upprepade sammandragningar av flera centimeter avlägsna sektioner av cirkulär glatt muskulatur. De kontraherade regionerna skiljer sig åt efter varje segmenteringscykel. På så sätt segmenteras chymet – bildning av separerade delar av chymet, som därefter återigen delas och den ena halvan kombineras med en del av den föregående och andra delar med den följande. Antalet portioner ökar gradvis och deras volym minskar å andra sidan, eftersom den ena halvan av de två yttre portionerna alltid inte har någonstans att fästa och bildar en ny portion.

_

Magens motilitet

Magsäcken är tack vare arrangemanget av dess muskler väl utrustad för att utföra tre funktioner:

1) Blandning av mat

2) Lagring av stora mängder mat

3) Tömning i tolvfingertarmen

Blandning av mat

Under förutsättning att det finns syre i magsäcken, bildas svaga sammandragningsvågor (så kallade blandningsvågor) i den övre tredjedelen. De uppträder regelbundet var 20:e sekund och bygger på den glatta muskulaturens automatik. När blandningsvågen sträcker sig från magsäckens kropp till antrum blir den kraftigare och trycker kraftigt på syre till pylorus. När pylorus sfinkter är stängd möter dock chymet till de blinda ändarna och blandar bara, respektive, under det höga trycket flyr tillbaka mot den kontraktila ringens rörelse. Detta fenomen kallas retropulsion.

Det är bra att notera att den pyloriska sfinktern aldrig är helt stängd. Chyme som flyr genom den, har volymen endast några få milliliter, men den har en viktig funktion eftersom duodenum kan testa dess sammansättning och i enlighet med det anpassas gastric motility. Detta fenomen, som är ett tillägg till retropulsionsblandningen, kallas pylorisk pump.

Magentömning

Magentömningen har samma mekanism som retropulsionen. Samtidigt åtföljs den dock av en minskning av motståndet mot chymens passage genom pylorus – relaxation av pylorus sfinkter sker. På så sätt kan en viss mängd chymus passera in i tolvfingertarmen – beroende på motståndet i pylorus vid en viss tidpunkt. Generellt sett gäller följande: ju högre sphinctertonus är, desto högre är motståndet mot chymes passage genom pylorus och desto mindre volym chyme kommer in i duodenum.

Pylorus sphincter är egentligen bara ett tjockare skikt av en vanlig cirkulär muskulatur. Han har ungefär dubbel tjocklek i pylorus jämfört med resten av magsäcken. Normalt är dess tonus inställd så att motståndet är tillräckligt litet för passage av vätskor, men för stort för passage av fast syre. Det måste gå genom flera retropulsionsmixer och vara tillräckligt blandat med magsaften för att fortsätta in i tolvfingertarmen.

Den gastriska tömningen styrs av flera faktorer som kan delas in i två grupper:

1) Gastriska faktorer

2) Duodenala faktorer

Magiska faktorer

Magiska faktorer potentierar generellt sett gastriska tömningar genom att öka frekvensen av blandningsvågorna eller genom att minska pylorustonen. De aktiveras om det finns en större mängd mat i magsäcken (och särskilt mat som är rik på proteiner, t.ex. kött). Peptidernas kontakt med mukosan i antrum orsakar utsöndring av det gastrointestinala hormonet 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), den höga koncentrationen av peptider i chymat och dess hypertonicitet eller hypotonicitet.

Feedbackkontroll genom de gastrointestinala hormonerna

Epitelcellerna i duodenum uppvisar sensorisk aktivitet för vissa typer av näringsämnen. De aktiverar pyloriska reflexer vid förändringar i pH, peptidkoncentration eller tonicitet. I närvaro av lipider påskyndar de utsöndringen av dessa mediatorer (inte bara i närvaro av lipider utan för lipider är de mest känsliga):

CCK – cholecystokinin

Detta hormon har tre viktiga effekter. Det minskar aktiviteten hos pyloruspumpen, blockerar gastrins effekt på magmotiliteten och ökar utsöndringen av galla i chymet, eftersom det aktiverar sammandragningar av gallblåsan.

Sekretin

Sekretin produceras av celler i tolvfingertarmen som ett svar på det låga pH-värdet i chymet. 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. Därför kan segmentering också förekomma upp till 12 gånger per minut, men endast i mycket sällsynta fall. Den normala frekvensen för segmenteringsrörelser är cirka 3 per minut.

Propulsionskontraktioner

Mekanismen för dessa har redan beskrivits i den inledande delen. Den kontraktila ringen i tunntarmen har en hastighet på cirka 0,5-2 cm/min. Snabbare i de proximala segmenten, i de distala segmenten saktar den ner. En kontraktila ring färdas maximalt 10 cm, sedan går den ut och chymus väntar på den nya. Därför är den totala passagehastigheten för chymus 1 cm/min.

Kontroll av tunntarmens motilitet

Det sker en ökning av framdrivningsrörelser i tunntarmen efter varje måltid. Detta beror både på förekomsten av chym i tunntarmen och på den gastroenteriska reflexen. Denna reflex är ett svar på sträckningen av magsäcksväggen och den höjer tarmens motilitet. Komponenterna i denna reflex ligger helt och hållet i plexus myentericus. Dessutom verkar hormoner – CCK, gastrin, insulin, motilin. De utsöndras postprandialt och ökar frekvensen av framdrivnings- och blandningsrörelser. Omvänt hämmar sekretin och glukagon tunntarmens motilitet.

Ileocekalisk ventil

Funktionen hos denna ventil är att förhindra återflöde av syre från tjocktarmen till tunntarmen. I själva verket är det inte en ventil, utan mynningen i det terminala ileum som sticker ut i cecum. Men på grund av mängden muskler fungerar den som en ventil. Dess funktion beror på dess motstånd. Ungefär 1500-2000 ml/dag chyme passerar igenom.

_

Kolonets rörlighet

Kolonet har två huvudfunktioner: att absorbera elektrolyter och vatten och att lagra fast avfall innan det elimineras från kroppen. Båda dessa funktioner kräver ingen omfattande motorisk aktivitet. Därför är det longitudinella muskelskiktet i tjocktarmen reducerat till taenia. De utgör tre muskelband som sträcker sig längs hela tjocktarmens längd. Dess motilitet är därför långsammare än tunntarmens.

Haustration

Det är en blandningsrörelse i tjocktarmen (en modifierad segmenteringsrörelse). Först sker en cirkulär muskelkontraktion. Därefter drar taeniae ihop sig och bildar haustrum. Haustra bildar det karakteristiska utseendet på tjocktarmen, som består av en serie relativt stora utbuktningar. Under kontraktionerna av taenia sker ett ökat tryck inuti haustra. Efter cirka 30 sekunder når trycket sitt maximum och efter 60 sekunder försvinner haustrummet. Bildandet av ett nytt haustrum börjar efter några minuter på en ny plats (segmenteringsrörelse), och hela processen upprepas.

Propulsionsrörelser

Propulsionsrörelsen bestäms till största delen av haustrummet som successivt och långsamt går från cekum till sigmoidkolon. Passage av smält material genom tjocktarmen genom haustration hålls i ungefär 12 timmar och det flytande chymat blir fast avföring.

Det finns dock en snabbare framdrivningsrörelse av tjocktarmen, som sker tre gånger om dagen i ungefär en timme efter en måltid och som bara varar i 15 minuter. Det påminner om peristaltik. Det finns en sammandragningsring, som gradvis rör sig i aboral riktning. Den uppstår i tvärkolon och den normala haustrationsaktiviteten försvinner i cirka 15 minuter.

Modulering av kolonmotilitet

Alla beskrivna kolonrörelser ökar i intensitet och frekvens när två reflexer utlöses:

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