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

Gliederung des Verdauungstraktes

Mundhöhle (s)

Speicheldrüsen (s) Speiseröhre (s)

Dickdarm (0.5-4 d) Magen (1-6 h)

Leber

Bauchspeicheldrüse Dünndarm (1-2 h)

Enddarm

Verweildauer

Aber: Ausscheidung nur 0.1-0.2 l/Tag Flüssigkeitstransport (pro Tag):

- Nahrung: 1-2 l - Speichel: 1.5 l - Magensaft: 2 l

- Bauchspeicheldrüsensekret: 1.5 l - Galle: 0.5 l

- Darmsekrete: 2-3 l

insgesamt: 9-10 l

Kephale Phase („Kopf“)

Hervorgerufen durch Anblick, Geschmack und Geruch – oder auch nur entsprechende Gedanken:

Sekretion serösen (wässrigen) Speichels durch Vagus („Das Wasser läuft im Munde zusammen“)

Stimulation der Magensaftbildung durch Azetylcholin, Gastrin und Histaminfreisetzung (bis 40% der maximalen Sekretion)

Gastrale Phase („Magen“)

Dehnung des Magens: Relaxation und Gastrinfreisetzung aus dem Antrum ÖMagensäureproduktion

Chemische Reize: Peptide und Aminosäuren, Röststoffe, Alkohol u.a.

führen zur Gastrinfreisetzung und damit zur Magensaftproduktion

Gastrokolischer Reflex: Magenwanddehnung führt zur Kontraktion des Kolons

Hemmung: Absinken des pH-Wertes auf 1-2 hemmt die weitere Säureproduktion

Die Phasen der Verdauungsregulation

Intestinale Phase

Übertritt des sauren Mageninhaltes ins Duodenum Ö Hemmung der Magensaftproduktion

Dehnung des Duodenums, Peptide und Aminosäuren Ö Aktivierung der Magensaftproduktion

Freie Fettsäuren, Monoglyceride und Hyperosmolarität Ö Aktivierung der Pankreassekretion (Bauchspeicheldrüse) Ö Kontraktion der Gallenblase

Ö Hemmung der Magensäureproduktion

Vermittelt durch: Hormone und Mediatoren (CCK, Sekretin,

Enterogastrone (GIP, Peptid YY, Neurotensin) und sympathische Efferenzen:

Enterogastrischer Hemmreflex

Die Phasen der Verdauungsregulation

- Geschmack

Geschmacksknospen Riechen

- Mechanische Zerkleinerung Zähne

Zunge - Speichel

Enzyme Gleitmittel Ohrspeicheldrüse

Kehldeckel Speiseröhre Submandibulardrüse Sublingualdrüse

Mundhöhle Zunge

Die Verdauung beginnt im Mund

Funktionen Speichels:

• „Lösungsmittel“ für Geschmackstoffe

• „Schmierstoff“ für das Kauen fester Nahrungsbestandteile

• „Spülung“ der Mundhöhle

• Lysozym, Peroxidase, Immun- globulin A (IgA)

Verdauungsenzyme:

• α-Amylase (= Ptyalin) aus der Ohrspeicheldrüse, dient

hauptsächlich dem Abbau von Nahrungsresten im Mund

• Lipase aus den Ebner-

Zungengrunddrüsen (Säugling:

Milchfettverdauung im Magen) Funktionen des Speichels:

• „Lösungsmittel“ für Geschmackstoffe

• „Schmierstoff“ für das Kauen fester Nahrungsbestandteile

• „Spülung“ der Mundhöhle

• Immunabwehr: Lysozym,

Peroxidase, Immun-globulin A (IgA)

Ohrspeicheldrüse Kehldeckel

Speiseröhre Submandibulardrüse Sublingualdrüse

Mundhöhle Zunge

Speichel

Die Speichelbildung

Geschmackswahrnehmung

Wahrnehmung über Rezeptoren auf der Zunge und über Riechrezeptoren im Nasenepithel

Geschmacksrezeptoren:

-süss, sauer, salzig, bitter, umami (L- Glutamat)

Gefühl für Schärfe/Wärme und Kälte (Menthol) wird über Liganden-gesteuerte Ionenkanäle wahrgenommen:

- Capsicain/vanilloid-Rezeptor VR1 - TRPM8

Papillae vallatae Papillae fungiformes

Papillae foliatae

Geschmackswahrnehmung

bitter sauer

salzig süss

alt

neu

Geschmackswahrnehmung

Riechrezeptoren:

Jedes Neuron nimmt nur einen Riechstoff war.

Geruch und Geschmack können adaptieren.

Geruchswahrnehmung

Die Speiseröhre (Ösophagus)

oberer

Ösophagussphinker

unterer

Ösophagussphinker

Oberes Drittel der Speiseröhre enthält quergestreifte Muskulatur (willkürliche Innervation)

Untere zwei Drittel: glatte Muskulatur (unwillkürliche Innervation)

Durch Weitung des oberen

Ösophagus (Schluckreflex) wird eine peristaltische Welle ausgelöst ÖTransport der Speise nach unten, der untere Sphinkter öffnet sich.

Die Speiseröhre (Ösophagus)

Schutzmechanismen der Speiseröhre Volumenclearance:

Bei Reflux (Zurückfliessen von saurem Mageninhalt) wird ein Peristaltikreflex der Speiseröhre ausgelöst

pH-Clearance:

verschluckter Speichel puffert das verbliebene, saure Sekret Speiseröhrenepithel:

Dichtes, mehrschichtiges Plattenepithel, sehr resistent.

Der Magen

Funktionen:

• Speicherung

• Zerkleinerung, Homogenisierung („Chymus“ entsteht)

• Keimabtötung (HCl)

• Andauung durch Pepsin im sauren Magensaft

• Sekretion von „Intrinsic factor“ (Vit. B12-

Resorption)

• Portionierte Weiterleitung des Chymus an das

Duodenum

(Zwölffingerdarm)

Oberflächenzellen (HCO₃^- haltiger Schleim)

„Neck“-Region (Stammzellen) Belegzellen

(=Parietalzellen: HCl-

Produktion, Intrinsic Factor)

Endokrine Zellen

Hauptzellen (Pepsinogene)

Die Magenschleimhaut besteht aus Drüsen

Die Salzsäureproduktion in Belegzellen

Stimulation

Inaktivierung

Die Salzsäureproduktion in Belegzellen

Die Belegzelle kann 150 mmol/l HCl bilden, das entspricht pH 0.9!

Cl^- HCO₃^-

Na⁺ K⁺ K⁺

Blut Magenlumen

Cl^- HCO₃^-

Na⁺ K⁺ K⁺

CO₂

H⁺ Cl^-

K⁺ Aktivierung

Neben HCl produzieren Belegzellen auch „Intrinsic Factor“ (Vitamin B12 Resorption)

Regulation der Säureproduktion

Hauptzellen produzieren ein Gemisch aus

Proteasenvorstufen: Pepsinogene (mind. 8 verschiedene) Stimulation der Pepsinogensekretion ähnelt der Aktivierung der Säureproduktion.

Pepsinogene werden erst im Magenlumen durch die Magensäure und durch bereits aktivierte Enzyme

(Autokatalyse) in die wirksamen, Eiweissspaltenden Enzyme, die Pepsine, gespalten.

Pepsine wirken nur im sauren pH-Bereich (1.8-3.5), im alkalischen Bereich des Duodenums sind sie unwirksam.

Die Hauptzellen produzieren auch eine Lipase

(Fettverdauung), die nur beim Säugling für die Verdauung des Milchfetts wichtig ist.

Pepsine

Oberflächen- und Nebenzellen sezernieren Bicarbonat und Schleim (Muzin, Glykoproteine)

Luminale Membran der Magendrüsenzellen ist impermeabel für CO₂

Die Schleimschicht

• schützt gegen Selbstverdauung durch Pepsine und HCl

• (der pH-Wert an der Zelloberfläche bleibt so bei 7.0 gegenüber 2.0 im Lumen!)

• verbessert das Gleiten des Mageninhaltes

Bikarbonat, das von Belegzellen abgegeben wurde, erreicht über Kapillaren die Oberflächenzellen, die es sezernieren.

Die Kapillardurchblutung wird durch Prostaglandin E2 erhöht.

Hemmung der Prostaglandinproduktion (z.B. durch Aspirin) kann zum Magengeschwür führen.

Weitere Schleimbarriere-Knacker:

Gallensalze, Glukokortikoide, Helicobacter pylori Bakterien

Schleimproduktion in Nebenzellen

Die Bauchspeicheldrüse

Exokrines Pankreas Endokrines Pankreas

Sekretgranula Luminaler Pol Insulin-Immunfluoreszenz (rot)

10 µm 10 µm

(Langerhans‘sche Insel)

Aufbau der Bauchspeicheldrüse

Produktion von 2 l/Tag Plasma-isotones Enzym-haltiges Sekret, stark Bikarbonat-haltig, pH 7-8

Nahrungsaufnahme:

Azetylcholin und Cholezystokinin (CCK) aktivieren die Enzymsekretion in den Azini (Ca²⁺ als Botenstoff)

Sekretin (cAMP) führt zur Bicarbonatsekretion in den Pankreasgängen

(Ö Neutralisierung der Magensäure)

Pankreasgang Azinuszellen Basalmembran Zymogengranula Raues endoplasma- tisches Retikulum

Funktion des exokrinen Pankreas

Eiweissspaltende Enzyme:

Mengenmässig überwiegen die Proteasen, die als Zymogene (inaktive Vorstufen, z.B. Trypsinogen, Proelastase) sezerniert werden. Dadurch Schutz vor Selbstverdau des Pankreas!

Ö Trypsinogen, Chymotrypsinogen, Proelastase (Endopeptidasen)

Ö Prokarboxypeptidase A, Prokarboxypeptidase, Proaminopeptidasen

(Exopeptidasen)

Die Aktivierung von Trypsinogen zu Trypsin erfolgt durch die

Enteropeptidase aus der Duodenalschleimhaut. Trypsin aktiviert dann die anderen Pro-Enzyme.

Lipidspaltende Enzyme:

Lipase (Triglyzerdide), Prophospholipase A (Phospholipide) Kohlenhydratspaltende Enzyme:

α-Amylase (Stärke, Glykogen), Maltase (Maltose) Ribonukleasen:

Ribonuklease (RNA), Desoxyribonuklease (DNA)

Zentrale Bedeutung der Pankreasenzyme