Ernährung und Verdauung

Ernährung und Verdauung

Carsten Wagner

Physiologisches Institut Universität Zürich Irchel Tel.: 01 635 0659

Email: Wagnerca@access.unizh.ch

18. 1. 2007 Ernährung 24. 1. 2007 Einführung,

Mundhöhle, Speiseröhre, Magen

25. 1. 2007 Pankreas, Leber, Galle

31. 1. 2007 Dünndarm, Dickdarm Pathophysiologie des Magendarmtraktes

1. Enterisches Nervensystem

In der Wand des Magen-Darmtrakts gelegene Nervengeflechte:

Plexus submucosus und myentericus)

Koordinierung der Verdauungsprozesse

Aufbau des vegetativen Nervensystems

2. Vegetatives Nervensystem:

a) Parasympathikus (Vagus) Ö Fördert

Verdauungsvorgänge und Sekretbildung, entspannt die Schliessmuskeln (Sphinkteren) Ö Bereitstellung von

Nährstoffen für den Körper

Parasympathikus

2. Vegetatives Nervensystem:

b) Sympathikus Öhemmt

Verdauungsvorgänge und Sekretion, aktiviert die Schliessmuskel Ö

Kampfbereitschaft!

Sympathikus

Prinzipielle Wirkungsweise des veg. Nervensystems

3. Hormone und Agonisten des Gastro-Intestinaltraktes:

Sehr grosse Anzahl von Mediatoren, davon die meisten Peptide

Autokrin Parakrin

Humoral Neurokrin

Koordinierung der Verdauungsprozesse

Phospho- lipase C × HCl-Sekretion ×

Pepsinogen × Magenmotilität × Trophisch für

Magenschleimhaut Peptide im

Magen × Hoher pH im Magen × Vagus ×

Somatostatin Ø G-Zellen in

Pylorusbereic h und

Duodenum Gastrin

Zellsignal Wirkung

Freisetzungsreiz Syntheseort

Agonist

Adenylat- zyklase × Pankreasenzym-

sekretion × Pepsinogen × Gallenblasen- kontraktion × HCl-Sekretion Ø

Stimuliert Inselzellen:

„Sattheitshormon“

Fettsäuren,

Aminosäuren und Peptide im

Duodenum × Trypsin Ø I-Zellen in

Duodenum und Jejunum, Nervenendi- gungen Cholezysto

-kinin (CCK)

Phospho- lipase C × HCl-Sekretion ×

Pepsinogen × Magenmotilität × Trophisch für Magenschleimhaut Peptide im Magen ×

Hoher pH im Magen × Vagus ×

Somatostatin Ø G-Zellen in

Pylorusbereich und Duodenum

Gastrin

Zellsignal Wirkung

Freisetzungsreiz Syntheseort

Agonist

Adenylat- zyklase × HCO₃^--Sekretion im

Pankreas ×

Gallesekretion × Magenentleerung Ø Antitrophisch für Magenschleimhaut niedriger pH im

Duodenum × Gallensalze und Fettsäuren im Duodenum × S-Zellen in

Duodenum und Jejunum Sekretin

Adenylat- zyklase× Pankreasenzym-sekretion

×

Pepsinogen ×

Gallenblasen-kontraktion × HCl-Sekretion Ø

Stimuliert Inselzellen:

„Sattheitshormon“

Fettsäuren,

Aminosäuren und Pep-tide im

Duodenum × Trypsin Ø I-Zellen in

Duodenum und Jejunum,

Nervenendigun- gen

Cholezysto -kinin

(CCK)

Phospho- lipase C × HCl-Sekretion ×

Pepsinogen × Magenmotilität × Trophisch für Magenschleimhaut Peptide im Magen ×

Hoher pH im Magen × Vagus ×

Somatostatin Ø G-Zellen in

Pylorusbereich und Duodenum

Gastrin

Zellsignal Wirkung

Freisetzungsreiz Syntheseort

Agonist

Adenylat- zyklase × HCl-Sekretion ×

Pepsinogen × Vagus ×

ECL-Zellen in Magendrüsen , Mastzellen Histamin

(H₂-Rezep.)

Adenylat- zyklase× HCO₃^--Sekretion im

Pankreas × Gallesekretion × Magenentleerung Ø Antitrophisch für Magenschleimhaut niedriger pH im

Duodenum × Gallensalze und Fettsäuren im Duodenum × S-Zellen in

Duodenum und Jejunum

Sekretin

Adenylat- zyklase× Pankreasenzym-sekretion

×

Pepsinogen ×

Gallenblasen-kontraktion × HCl-Sekretion Ø

Stimuliert Inselzellen:

„Sattheitshormon“

Fettsäuren,

Aminosäuren und Pep-tide im

Duodenum × Trypsin Ø I-Zellen in

Duodenum und Jejunum,

Nervenendigun- gen

Cholezysto -kinin

(CCK)

Phospho- lipase C × HCl-Sekretion ×

Pepsinogen × Magenmotilität × Trophisch für Magenschleimhaut Peptide im Magen ×

Hoher pH im Magen × Vagus ×

Somatostatin Ø G-Zellen in

Pylorusbereich und Duodenum

Gastrin

Zellsignal Wirkung

Freisetzungsreiz Syntheseort

Agonist

Einige wichtige gastrointestinale Hormone

Colon transversum

Colon ascendens

Colon descendens Colon sigmoideum

Rectum Appendix

Der Dickdarm (Kolon)

• Der Dickdarm resorbiert pro Tag 1-1,5 l

Flüssigkeit. Nur ca. 200 ml werden mit dem Stuhl ausgeschieden.

• Die Oberflächenzellen resorbieren abhängig von den Bedürfnissen des Körpers mehr oder weniger Na⁺ und sezernieren K⁺.

• Regulation: Aldosteron!

• Abbau von Cellulose, Pektinen und anderen nicht Amylase-spaltbaren Kohlenhydraten durch Bakterien und Resorption als

kurzkettige Fettsäuren und NH₄⁺.

• Die Kryptzellen und Becherzellen

sezernieren Flüssigkeit und Schleim und unterstützen so den Transport des

Darminhaltes.

Der Dickdarm (Kolon)

Das Verhältnis aus Sekretion und Absorption bestimmt die

Stuhlmenge. Ein Übermass an Sekretion (z. Bsp Cholera)

verursacht sekretorische Diarrhöe

Der Dickdarm (Kolon)

Die Aktivierung des luminalen Cl^- Kanals (rot) ist das Schlüsselereignis bei der Cl^- Sekretion. Über Bikarbonattransporter (blau) kann sekundär Cl^- gegen Bikarbonat ausgetauscht werden.

Choleratoxin aktiviert den cAMP-Weg und damit die Sekretion.

Der luminale K⁺ Kanal (gelb) bestimmt das Ausmass der K⁺ Sekretion!

Chloridsekretion

Mechanismen der Chlorid-absorption

Das Verhältnis aus Sekretion und Absorption bestimmt die Stuhlmenge. Ein Übermass an Sekretion (z. Bsp Cholera)

verursacht sekretorische Diarrhöe

Stuhl

Transitzeit durch das Colon 2-3 Tage (abhängig von Ballaststoffgehalt) Tägliche Fäzesmenge ca. 100 – 200 g

Mehr als 700 g: Diarrhöe

Stuhlgang zw. 3/ Tag bis 2/ Woche normal seltener: Obstipation

Rektum/ Anus

- Kontrolle des Stuhldranges durch vegetatives Nervensystem:

Parasympathikus: stimulierend, Sympathikus: hemmend

- Eintritt von Stuhl in die Ampulle löst Defäkationsreflex aus: interner Sphinkter (glatte Muskulatur), kann adaptieren: Kontinenz

- willkürliche Kontrolle des externen Sphinkter (quergestreift) durch N.

pudendus (Sakralmark)

- durch Anstieg des intrabdominellen Druckes (Zwerchfell, Lunge, Bauchpresse) wird Stuhl ausgetrieben

Störungen der Funktion des Magen-Darm-Traktes

Störungen der Funktion von Organen des Magen-Darm-Traktes führen zu quantitativen und/oder qualitativen Mangelernährung und damit sekundär zur Beeinträchtigung der Funktion anderer Organe.

Störungen können akut oder chronisch verlaufen, angeboren oder erworben sein.

Erbrechen stellt ein unspezifisches Symptom vieler intestinaler und

extra-intestinaler Erkrankungen dar.

Langandauerndes Erbrechen führt zu Verlust von Flüssigkeit, Kalium, Chlorid, Säure:

Hypochlorämische Alkalose

Zusätzliche Gefahren: Aspiration, Magenruptur, Blutungen

Erbrechen

Störungen des Ösophagus

Reflux:

Defekter Verschluss des unteren Sphinkters

Zurückfliessen von saurem Mageninhalt in den

Ösophagus (Sodbrennen),

Ösophagitis, Aspiration, Ulzera, Krebs als

Langzeitfolgen Therapie:

- Protonenpumpenhemmer - Speisegewohnheiten

- chirurgisch: Fundoplicatio

Störungen der Magenfunktion

Störungen der Magensäuresekretion - Atrophie der Magendrüsen:

Autoimmunerkrankung, die zur

Zerstörung der Magendrüsen führt:

Verlust von Magensäuresekretion und Mangel an Intrinsic factor

- Hypersekretion: Ulzera Begünstigende Faktoren:

- H. pylori Infektion

- Medikamente: PGE2 Inhibitoren:

ASS, Ibuprofen, Diclofenac, COX Inhibitoren

- Stress, Glukokortikoide

Verlust der Barrierefunktion der Schleimhaut, Hypersekretion

Maldigestion: Störung der Aufspaltung der Nahrungsbestandteile zur Absorption

Gründe:

- Insuffizienz des exokrinen Pankreas (Alkoholismus, Mukoviszidose, Tumor)

- Veränderungen/ Verlust von Dünndarmschleimhaut (membranständige Enzyme)

Malabsorption: Störung der Absorption der Nahrungsbestandteile Gründe:

- Angeborene Gendefekte in Ionenkanälen (CFTR) oder

Transporterproteinen (Hartnup, Glucose-Galaktose-Malabsorption, Zystinurie, Lysinurische Proteinintoleranz, primäre Karnitindefizienz, Chlorid-Diarrhöe

- erworbene Veränderungen der Darmfunktion: sekretorische Diarrhöe (Infektion), M. Crohn, Medikamente

Störungen der Dünndarmfunktion

Störungen des Pankreas

angeboren:

- Mukoviszidose/ Zystische Fibrose (homozygote Patienten) - rezidivierende akute Pankreatitis (heterozygote Patienten) Erworben:

Akute Pankreatitis - Gallensteine

- Infektion

Chronische Pankreatitis - Alkoholismus

Folgen von chronischer Pankreatitis - Schmerzen

- Verlust der exo- und endokrinen Pankreassekretion

- Fettmalabsorption, Vitaminmangelsyndrome (Gerinnung, Knochen)

Störungen der Leber

Angeboren:

-Enzymdefekte, anatomische Anomalien, Zysten

Erworben:

- Infektionen: Hepatitis (viral), Würmer, Amöben

- Alkoholismus - Autoimmun

- Vergiftungen (Phalloidin, Paracetamol)

Führen zu Verlust von Protein- synthese (Albumin, Gerinnungs- faktoren), portalem Hochdruck, Aszites, Verlust der Entgiftungs- funktion (hepatische

Enzephalopathie)

Störungen der Galle

Störungen der Gallenbildung oder Ausscheidung können verursachen:

- Beeinträchtigung der Fettabsorption: Fettstühle, Mangel an Vitamin A, D, E, K

- fehlende Ausscheidung von Metaboliten (Medikamente !)

- Ikterus (Gelbsucht)

- Gallensteine, Entzündung der Gallenblase (Cholezystitis)

Störung der Fettabsorption

Folgen:

- Fettstühle (Steatorrhoe:

Durchfall)

- Mangel an fettlöslichen Vitaminen (A, D, E, K) - Nierensteine (Oxalat)

Störungen des Kolons

Angeboren:

- M. Hirschsprung: Megakolon, keine Ganglienzellen vorhanden, keine Propulsion

- Mukoviszidose: Mekonium Ileus

- Chlorid-Diarrhöe: Mutationen im DRA Cl^-/HCO₃^- -Austauscher Erworben:

- Obstipation: funktionell, Medikamente, psychische Komponente - chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (inflammatory bowel disease): M. Crohn und Colitis ulcerosa

- bakterielle Besiedlung

- Sigma/ Rektum: Divertikulose - Divertikulitis

Häufigste schwerwiegende autosomal rezessive Erbkrankheit:

1 von 2000 Neugeborenen (5% der Bevölkerung sind heterozygote Gesunde, häufigste Mutation: DF508). Lebenserwartung: Junges Erwachsenenalter.

Wichtigste Kennzeichen:

Chronischer Husten, Lungenentzündungen, Verdauungsstörungen und Untergewicht, salziger Schweiss!

Seit 1989 weiß man, dass das fehlerhafte Gen auf Chromosom 7 liegt . Das Genprodukt wurde CFTR (cystic fibrosis transmembrane

conductance regulator) genannt.

Heterozygotenvorteil ? Geringere Invasion und schnellere Ausscheidung von Salmonella typhimurum bei Heterozygoten, evolutionärer Schutz vor lebensbedrohlichen Durchfallerkrankungen ?

Mukoviszidose/ Zystische Fibrose

CFTR

Anionenkanal (Chlorid) ATP/ cAMP stimuliert

Reguliert andere Transporter und Ionenkanäle

- Na⁺- Kanäle

-Cl^-/HCO₃^- -Austauscher

Die Veränderungen im CFTR-Protein führen dazu, dass ein zäher Schleim eine Reihe lebenswichtiger Organe verstopft:

Lunge, Bauchspeicheldrüse, Leber und der Darm. Ein Teil der Neugeborenen hat deshalb einen Darmverschluss

(Mekonium Ileus).

Der Schleim in der Lunge bietet einen hervorragenden Nährboden für Bakterien.

Mukoviszidose/ Zystische Fibrose

Symptomatisch (abhängig vom jeweils betroffenen Organsystem):

• Atemgymnastik und Inhalationen, Antibiotikaprophylaxe

• Entfernung von Nasenpolypen

• Substitution von Pankreasenzymen, Vitamine, hochkalorische Ernährung.

• Insulin bei Diabetes mellitus

• Wachstumshormon (in klinischer Erprobung)

• Chaperon - Inhibitoren (präklinisch und klinisch):

∆F508-CFTR

Gentherapie ?

Die einzige kausale Therapiemöglichkeit der

Mukoviszidose wäre die Gentherapie. Seit 1993 wurden weltweit 25 klinische Studien zur Gentherapie mit über 200 Patienten begonnen.

Bislang ohne Erfolg…

Mukoviszidose/ Zystische Fibrose