Gastrointestinale Motilität

Überblick über die GI-Motilität

Definition

Die GI-Motilität bezieht sich auf die Kontraktion der glatten Muskulatur innerhalb der Wände des GI-Trakts, die:

• Lebensmittel entlang des Trakts bewegen
• Mischen und mahlen
• Lebensmittel lagern (über kontrahierte Schließmuskeln Material an seinem aktuellen Standort aufbewahren)

Wichtige Bewegungsarten/Kontraktionen

1. Peristaltik
2. Segmentierung
3. Kontraktion und Entspannung des Schließmuskels

Peristaltik

• Koordinierte, wellenartige Kontraktionen, die das Material durch den Trakt vorwärts in Richtung des Rektums bewegen
• Acetylcholin (ACh) kontrahiert einen kleinen Bereich.
• NO und vasoaktives intestinales Peptid (VIP) bewirken eine Entspannung des Bereichs unmittelbar vor dem kontrahierenden Bereich.
• Diese Entspannung schiebt Lebensmittel von Bereichen mit hohem Druck (Bereich, der sich zusammenzieht) in Bereiche mit niedrigem Druck (Bereich, der sich entspannt).

Segmentierung

• Umlaufende Muskelkontraktionen (z. B. Quetschen)
• Zwingt einen Teil des Inhalts vorwärts und einen anderen rückwärts
• Segmentierungskontraktionen treten an mehreren nahe gelegenen Lokalisationen gleichzeitig auf.
• Ermöglicht das Mischen und Pressen von Lebensmittelmaterial
• Kommt im Magen Magen Magen und Darm vor, nach kaudal hin ist die Frequenz von Segmentationsbewegungen abnehmend

Kontraktion und Entspannung des Schließmuskels

• Schließmuskeln sind kreisförmige Bänder glatter Muskulatur, die normalerweise zu Beginn kontrahiert sind → verhindern, dass Nahrung in das nächste Segment des Gastrointestinaltrakts gelangt
• Die Regulierung der Schließmuskelentspannung ermöglicht die Kontrolle der Bewegung durch den Trakt.
• Die Basiskontraktion wird aufrechterhalten durch:
  • Enkephaline (Neurotransmitter im enterischen Nervensystem Nervensystem Nervensystem: Aufbau, Funktion und Erkrankungen (ENS))
  • Die Fähigkeit der glatten Muskulatur, einen Grundtonus aufrechtzuerhalten:
    • Ein Zustand, in dem Myosin dephosphoryliert ist (kein Querbrückenzyklus Querbrückenzyklus Muskelphysiologie der glatten Muskulatur mehr), jedoch an Aktin gebunden bleibt = hält eine gewisse Spannung aufrecht
    • Ermöglicht dem Muskel, den Tonus beizubehalten, ohne viel Energie zu verbrauchen
• Entspannung wird durch VIP ausgelöst.

Überblick über die Kontrolle des Nervensystems über die glatte Muskulatur des Verdauungstrakts

Die GI-Motilität wird hauptsächlich über den Parasympathikus und das enterische Nervensystem Nervensystem Nervensystem: Aufbau, Funktion und Erkrankungen (ENS) gesteuert.

Parasympathikus

• Stimulation:
  • ↑ GI-Motilität
  • ↑ GI-Sekrete
  • ↑ Durchblutung
  • ↓ Verengung der GI-Sphinkter (ermöglicht der Nahrung, sich durch den GI-Trakt zu bewegen)
• Primäre neuronale Signalmoleküle:
  • ACh
  • VIP

Enterisches Nervensystem Nervensystem Nervensystem: Aufbau, Funktion und Erkrankungen

Ein spezialisierter Teil des autonomen Nervensystems, der sich innerhalb der Wände des GI-Trakts befindet

Besteht aus:

• Meissner-Plexus Meissner-Plexus Steuerung der gastrointestinalen Funktion (auch Plexus submucosus genannt):
  • Befindet sich in der Submukosa
  • Innerviert die Lamina muscularis mucosae (unabhängig von der Muskelschicht des Darms)
• Plexus Auerbach (auch Plexus myentericus genannt)
  • Befindet sich in der Muskularis, zwischen der Ring- und Längsschicht
  • Beinhaltet sowohl motorische als auch sensorische Neuronen Neuronen Nervensystem: Histologie
  • Liefert motorischen Input für die glatte Muskulatur glatte Muskulatur Arten von Muskelgewebe → erzeugt Kontraktionen
  • Empfängt sensorischen Input von Chemorezeptoren und Mechanorezeptoren und koordiniert entsprechende Reaktionen (oft als Reflex)
• Interstitielle Zellen von Cajal (ICCs):
  • Spezialisierte Schrittmacherzellen in der Muskularis
  • Generieren eine langsame elektrische Aktivität, die für die Auslösung von Aktionspotentialen verantwortlich ist, die zur grundlegenden GI-Motilität führen

Funktion: lokale Steuerung der GI-Funktion

• Kontrolliert Peristaltik und Segmentierungsbewegungen
• Stimuliert die Sekretion von regulatorischen Hormonen und Neurotransmittern (siehe Abschnitte unten)

Kontrolle und Regulierung der Motilität

• Die Cajal-Zellen steuern die Kontraktion der glatten Muskulatur über langsame (elektrische) Wellen:
  • Basiert auf dem sich langsam ändernde Membranpotential Membranpotential Membranpotenzial von Schrittmacherzellen (z. B. ICCs)
  • Schrittmacherzellen haben kein stabiles Ruhemembranpotential Ruhemembranpotential Membranpotenzial.
  • Stattdessen ermöglichen spezifische Ionenkanäle einen langsamen Ionenfluss durch die Membran → bringen das Membranpotential Membranpotential Membranpotenzial langsam näher an die Schwelle für die Depolarisation
  • Wird die Schwelle erreicht, entsteht ein Aktionspotential (AP) → Muskelzellen kontrahieren
  • Diese Kontraktionen werden als Slow-Wave-Kontraktionen bezeichnet.
• Frequenzen der Kontraktionen:
  • Magen Magen Magen: 3–5 Kontraktionen pro Minute
  • Dünndarm Dünndarm Dünndarm: 12–20 Kontraktionen pro Minute
  • Dickdarm Dickdarm Colon, Caecum und Appendix vermiformis: 6–8 Kontraktionen pro Minute
• Die Häufigkeit der Kontraktionen ändert sich durch die Regulierung nicht signifikant, die Stärke einer Kontraktion jedoch schon.
• Die Kontraktionen der glatten Muskulatur werden wie folgt koordiniert:
  • ↑ Freisetzung von Ca ²⁺ aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR) als Reaktion auf ein AP → stärkere Kontraktion
  • Die aus dem SR freigesetzte Menge an Ca ²⁺ kann durch das autonome Nervensystem Nervensystem Nervensystem: Aufbau, Funktion und Erkrankungen und Hormone Hormone Endokrines System: Überblick reguliert werden
• Das enterische Nervensystem Nervensystem Nervensystem: Aufbau, Funktion und Erkrankungen erhält Signale von:
  • Vagusnerv Vagusnerv Pharynx (parasympathisch, stimulierend → ↑ Motilität)
  • Prävertebrale Ganglien (sympathisch, hemmend → ↓ Motilität)

Schlucken und Motilität der Speiseröhre

Schlucken

Das Schlucken ist ein komplexer Vorgang, an dem > 22 Muskeln in Mund, Rachen und Speiseröhre Speiseröhre Ösophagus (Speiseröhre) beteiligt sind und die Nahrung im Mund durch den oberen Ösophagussphinkter in die Speiseröhre Speiseröhre Ösophagus (Speiseröhre) befördern.

• Die Zunge Zunge Mundhöhle: Lippen und Zunge formt und lubriciert den Bolus.
• Das Einleiten des Schluckens ist ein willkürlicher Vorgang → die Zunge Zunge Mundhöhle: Lippen und Zunge bewegt den Bolus willkürlich zum hinteren Teil des Mundes → löst einen unwillkürlichen Reflexprozess aus
• Mechanorezeptoren im Oropharynx Oropharynx Pharynx werden aktiviert.
• Afferenzen wandern durch den N. glossopharyngeus (IX) zu den Schluckzentren in der Medulla oblongata Medulla Oblongata Hirnstamm und Pons.
• Motorische Efferenzen wandern durch die Vagusnerven (X) → stimulieren die Rachenmuskulatur:
  • Zungengrund drückt gegen den harten Gaumen Gaumen Mundhöhle: Gaumen (Palatum) → schließt den Oropharynx Oropharynx Pharynx vom Rest des Mundes ab
  • Gaumensegel geht nach oben → verschließt den Nasopharynx Nasopharynx Pharynx
  • Die Kehlkopfmuskulatur bewegt sich nach vorne und oben → verschließt die Atemwege
• Die Muskulatur des oberen Ösophagussphinkters entspannt sich zuerst und zieht sich dann zusammen → zwingt die Nahrung in die Speiseröhre Speiseröhre Ösophagus (Speiseröhre) und schließt sich dann, um einen sofortigen Reflux zu verhindern
• Dehnung in der Speiseröhre Speiseröhre Ösophagus (Speiseröhre) löst peristaltische Wellen aus

Normale Motilität der Speiseröhre Speiseröhre Ösophagus (Speiseröhre)

• Das orale ⅓ der Speiseröhre Speiseröhre Ösophagus (Speiseröhre) hat eine gestreifte Muskelschicht.
• Die restlichen ⅔ haben eine glatte Muskelschicht.
• Primäre Peristaltik:
  • 1. Welle der ösophagealen Peristaltik, die beginnt, wenn Nahrung in die Speiseröhre Speiseröhre Ösophagus (Speiseröhre) gelangt
  • Koordiniert von Parasympathikus und ENS
• Sekundäre Peristaltik: eine 2. Peristaltikwelle, die verantwortlich ist für:
  • Reinigung des Ösophagus von Speiseresten
  • Entfernung von saurem Inhalt, der möglicherweise refluxiert ist
• Relaxation des unteren Ösophagussphinkters und des oberen Magens, damit der Magen Magen Magen Nahrung aufnehmen kann (vermittelt durch VIP)

Erbrechen Erbrechen Erbrechen im Kindesalter

• Verursacht durch:
  • Übermäßige Dehnung des Magens
  • Psychologische Reize
  • Chemische Reizstoffe (z. B. bakterielle Toxine, Alkohol)
• Gesteuert durch das Brechzentrum in der Medulla, stimuliert:
  • Entspannung des unteren Ösophagussphinkters
  • Kontraktion des Zwerchfells und der Bauchmuskulatur
• Diese Muskeln komprimieren den Magen Magen Magen → zwingen die Nahrung zurück in die Speiseröhre Speiseröhre Ösophagus (Speiseröhre)

Magenmotilität

• Magenregionen und ihre Funktionen:
  • Unterer Ösophagussphinkter: kontrolliert die Passage zwischen Magen Magen Magen und Speiseröhre Speiseröhre Ösophagus (Speiseröhre)
  • Kardia: entspannt sich, damit Nahrung in den Magen Magen Magen gelangen kann
  • Fundus und Korpus:
    • Fungieren als Reservoir
    • Enthalten ICCs: Schrittmacherzellen, die regelmäßige Kontraktionen im Magen Magen Magen auslösen
  • Antrum: Mischen und Mahlen
  • Pylorus Pylorus Magen: kontrolliert die Passage in das Duodenum Duodenum Dünndarm
• Relaxationsreaktionsreaktion:
  • Eine Eigenschaft der glatten Muskelzellen des Gastrointestinaltrakts
  • Der Magen Magen Magen widersetzt sich kurzzeitig der Dehnung → Entspannungsreflex löst dann Relaxation aus
• Segmentierung: Hin- und Herbewegung des Inhalts, die Vermischung bewirkt
• Peristaltische Bewegung:
  • Ausgelöst durch ICCs 3–5 Mal pro Minute (ungefähr alle 15 Sek.)
  • Verursacht eine Druckwelle ausgehend vom Fundus → Pylorus Pylorus Magen
  • Der Druckanstieg reicht aus, um die Pylorusklappe zu überwinden und mit jeder Welle eine kleine Menge (ca. 3 ml) Speisebrei in den Zwölffingerdarm zu bewegen
• Magenentleerung:
  • Der Inhalt verlässt den Magen Magen Magen nach abweichenden Zeitspannen (vom schnellsten zum langsamsten):
    • Kohlenhydrate Kohlenhydrate Chemie der Kohlenhydrate > Proteine Proteine Proteine und Peptide > Lipide Lipide Fettsäuren und Lipide
    • Flüssigkeiten > Feststoffe
    • Inhalte mit hoher Osmolalität (d.h. ↑ Na⁺ Gehalt)> Inhalte mit geringerer Osmolalität
  • Typische Magenentleerungszeit:
    • 4 Stunden für eine typische Mahlzeit
    • Bis zu 6 Stunden für salzige, fettreiche Mahlzeiten

Darmmotilität und Stuhlgang

Segmentierung

Mischt Speisebrei:

• Mit Gallen- und Darm- und Pankreassäften
• Um einen ausreichenden Kontakt mit der Darmwand und ihren membrangebundenen Proteinen zu gewährleisten:
  • Bürstensaum mit Verdauungsenzyme
  • Absorptionsfähige Transportproteine

Migrierender motorischer Komplex (MMK)

• Zyklisches Kontraktionsmuster in  Magen Magen Magen und  Dünndarm Dünndarm Dünndarm
• Wellen treiben Restmaterial den GI-Trakt hinunter:
  • Die 1. Welle beginnt im Magen Magen Magen oder Duodenum Duodenum Dünndarm → dauert ca. 10–70 cm, bevor sie abebbt
  • Die 2. Welle beginnt etwas weiter aboral.
  • Die 3. Welle beginnt noch weiter aboral als die 2. und so weiter.
• „Ausputzerfunktion“, transportiert verbleibende Inhalte in Richtung des Dickdarms
• Eine Bewegung durch den gesamten Darmtrakt dauert etwa 2 Stunden
• Tritt im Nüchternzustand auf (bekannt als interdigestive Phase)
• Ein 2. MMK kann auftreten:
  • Bewegt Bakterien aus dem Dünndarm Dünndarm Dünndarm → Dickdarm Dickdarm Colon, Caecum und Appendix vermiformis
  • MMK-Dysfunktion kann zu einer bakteriellen Überwucherung des Dünndarms führen
• Phasen des MMK:
  • Phase 1: Ruhezustand
  • Phase 2: zunehmende Anzahl von intermittierenden, nicht propulsiven Kontraktionen
  • Phase 3: 5–10 Minuten starke, sich ausbreitende Kontraktionen
  • Phase 4: Nachlassende Aktivität vor dem Ruhezustand von Phase 1
• Motilin: Hormon, von dem angenommen wird, dass es einen MMK einleitet

Defäkation

Das Rektum Rektum Rektum und Analkanal enthält Dehnungsrezeptoren, die den Defäkationsreflex stimulieren, wenn sich das Rektum Rektum Rektum und Analkanal mit Kot zu füllen beginnt.

• Dehnungsrezeptoren im Rektum Rektum Rektum und Analkanal werden aktiviert → Sensorische Nervenfasern Nervenfasern Nervensystem: Histologie übertragen Signale zum sakralen Rückenmark Rückenmark Rückenmark → Synapse Synapse Synapsen und Neurotransmission mit parasympathischen motorischen Fasern →
• Senden Signale für peristaltische Wellen an den Plexus myentericus in den Muskelschichten von:
  • Colon Colon Colon, Caecum und Appendix vermiformis descendens
  • Sigma
  • Rektum Rektum Rektum und Analkanal
  • Musculus sphincter ani internus
• Peristaltische Kontraktionen im Dickdarm Dickdarm Colon, Caecum und Appendix vermiformis und Rektum Rektum Rektum und Analkanal bewegen den Kot nach unten.
• Der interne Analsphinkter entspannt sich.
• Eine Defäkation findet nur statt, wenn gleichzeitig der externe Analsphinkter durch motorische Impulse aus der Großhirnrinde willkürlich entspannt wird.
• Wird die Defäkation bewusst unterdrückt, hören die peristaltischen Kontraktionen innerhalb weniger Minuten auf.

Klinische Relevanz

• Achalasie Achalasie Achalasie: primäre Motilitätsstörung des Ösophagus, die sich aus der Degeneration des Plexus myentericus entwickelt. Diese Degeneration führt zu einer Beeinträchtigung der Entspannung des unteren Ösophagussphinkters und dem Fehlen einer normalen Peristaltik der Speiseröhre Speiseröhre Ösophagus (Speiseröhre). Klinisch präsentiert sich die Achalasie Achalasie Achalasie mit Dysphagie Dysphagie Dysphagie für feste und flüssige Inhalte zusammen mit Regurgitation.
• Gastroparese Gastroparese Malassimilation: Maldigestion und Malabsorption: gestörte oder verzögerte Magenentleerung ohne Nachweis einer Obstruktion. Gastroparese Gastroparese Malassimilation: Maldigestion und Malabsorption kann idiopathisch sein oder systemische Ursachen haben, wie Diabetes mellitus Diabetes Mellitus Diabetes Mellitus oder Sklerodermie Sklerodermie Sklerodermie.
• Reizdarmsyndrom Reizdarmsyndrom Reizdarmsyndrom: Gruppe von Erkrankungen basierend auf verschiedenen gastrointestinalen Symptomen (z. B. Blähungen, Durchfall Durchfall Durchfall (Diarrhö), Bauchschmerzen) ohne erkennbare organische Ursache. Einige Personen haben Anomalien der GI-Motilität.
• Obstipation Obstipation Obstipation: Symptom, das allgemein als Stuhlgangfrequenz < 3 Mal pro Woche definiert wird. Menschen mit Obstipation Obstipation Obstipation haben oft harten Stuhlgang und starkes Pressen ist erforderlich.
• Morbus Hirschsprung Morbus Hirschsprung Morbus Hirschsprung: auch kongenitales Megakolon Megakolon Megakolon genannt. Der Morbus Hirschsprung Morbus Hirschsprung Morbus Hirschsprung ist eine Erkrankung, die als Folge des Fehlens von Ganglienzellen und ICCs im letzten Abschnitt des Dickdarms auftritt, was zu einer dauerhaften Kontraktion des inneren Analsphinkters und einer Dilatation des davor liegenden Abschnitts führt.
• Stuhlinkontinenz: unbeabsichtigte Defäkation aufgrund einer Unfähigkeit des analen Schließmuskelkomplexes, einen angemessenen Tonus aufrechtzuerhalten.