A tápcsatorna felépítése és működésének szabályozása

A tápcsatorna felépítése és működésének szabályozása

A bélcsatorna általános felépítése

• a külvilág része, a nyílásokat záróizmok (szfinkterek) védik • fejbél:

- táplálék belépése: evéssel/nyeléssel struktúra kapcsolatos struktúrák, funkciók bevitel - szájüreg, garat

• előbél:

- táplálék továbbítása, tárolása, emésztése - ált. nyelőcső és gyomor

• középbél:

- emésztés (duodenum, jejunum) - felszívás (jejunum, ileum) - perisztaltikus, keverő mozgások - nagy felület, savas és/vagy lúgos szekréció

• utóbél

- tárolás, só- és vízvisszaszívás - ürítés

funkció beérkezés

fejbél

továbbítás tárolás emésztés

előbél

középbél

emésztés (savas szekréció) felszívás raktározás (lúgos szekréció)

utóbél végtermékek tárolása só-, vízvisszaszívás

ürítés

Az emésztőrendszer felépítése és általános funkciói • tápanyag bevitel: - evés, ivás

• kiválasztás (szekréció):

- víz, savak, pufferek, enzimek termelése az emésztő szervekben - kb. napi 7 liter!

• keverés, továbbítás:

- simaizom perisztaltikus mozgása

• emésztés:

- mechanikai ~: őrlés (fogak), aprítás, keverés (perisztaltika) - kémiai ~: emésztőenzimek (nyál, gyomornedv, hasnyál)

• felszívás:

- tápanyagok vér- és nyirokáramba juttatása - vitaminok, ionok, koleszterol, víz kémiai emésztés nélkül is

• ürítés:

- széklet: salakanyag, emészthetetlen anyagok, baktérium, levált bélsejtek, fel nem szívott anyagok.....

Az emésztőrendszer felépítése fültő alatti nyálmirigy állkapocs alatti nyálmirigy

nyelőcső

máj epehólyag

*felszálló vastagbél *vakbél

*féregnyúlvány

nyelv alatti nyálmirigy

garat

gyomor hasnyálmirigy *haránt vastagbél *leszálló vastagbél *szigmabél

végbél végbélnyílás

*vastagbél (colon)

duodenum (patkóbél, nyombél, epésbél, 12 ujjnyi bél) jejunum (éhbél) ileum (csípőbél)

szájüreg (nyelv, fogak)

A gyomor-bélrendszeri traktus (gasztrointesztinális, GI rendszer) fala nyelőcső alsó harmadától a végbélnyílásig 4 réteg: • mucosa: - epitélium: hámsejtek szorosan zárt rétege

- lamina propria: laza kötőszövet (nyirokcsomók és -erek, mirigyek, erek) - vékony simaizomréteg

• submucosa:

- laza rostos kötőszövet (vér- és nyirokerek, felszívott tápanyagok elszállítása) mezentérium (fali lemez, - Meissner-féle idegfonat hashártya)

• izomréteg (muscularis):

submucosa (kötőszövet)

- többrétegű simaizom (száj, garat, nyelőcső felső harmada, külső záróizom: vázizom!!)

- Auerbach-féle idegfonat

• serosa:

- savós hártya: kötőszövet + hámréteg; hashártya zsigeri (viscerális) lemeze

emésztőmirigyek kivezetőcsöve nyirokcsomók

Meissner-féle (szubmukózális) idegfonat mirigyek erek artéria

•mucosa •epitélium •lamina propria (kötőszövet)

véna

idegek üreg

•simaizom

Auerbach-féle (mienterikus) idegfonat

muscularis réteg körkörös izomköteg hosszanti izomköteg

serosa (savós hártya; zsigeri hártya) kötőszövet epitélium

A szájüreg és a nyelés • táplálék bevitel: aprítás, nedvesítés, adagonkénti továbbítás - fogak

fogzománc

felső ajak kemény szájpad

íny és foggyökér

dentin

korona lágy szájpad

gége-üreg

pulpa

nyak nyelvcsap

fogcement

fogíny

gyökér-üreg

mandula

gyökér nyelvfelszín fogak alsó ajak

nyelvrögzítő szalag

garatmandula

gégefedő

vérerek

nyelv alatti nyálmirigyek nyílása

nyelvmandula

ízlelő szemölcsök / bimbók

ideg

gyökér-nyílás

Az emésztőnedvek termelése

A főbb tápanyagmolekulák szerkezete

aminosavak oligopeptidek, dipeptidek

Triglicerid (glicerin és zsírsavak észtere)

A nyálmirigy működése  3 pár nagy nyálmirigy + sok kis nyálmirigy a szájüreg nyálkahártyájában  hipozmotikus szekrétum  nyál funkciói: szájüreg nedvesen tartása kiszáradás → nyálszekréció csökken → szomjúság szájüreg öblítése, kimosása, mikroorganizmusok felhígítása fertőtlenítő hatás (lizozim és IgA tartalom) védő bevonat a fogakon (kalcium-kötő fehérjék) artikulált beszéd táplálék lenyelését megkönnyíti (mucinok szerepe) poliszacharidok bontása (amiláz szerepe)  nyál termelése: szerózus sejtek: amiláz + izozmotikus elektrolitoldat elválasztása mucinózus sejtek: mucin + kevés folyadék elválasztása kivezetőcsövecskék sejtjei: primer szekrétumból Na+ és Cl- visszaszívása sejtek között szoros kapcsolatok → víz nem megy az ionokkal → hipozmotikus a nyál K+ szekréció

A gyomor felépítése, gyomornedvtermelés

Gyomornedv:  a gyomormirigyek erősen savas szekrétuma; izozmotikus  a savas kémhatás funkciói:  pepszinek számára megfelelő kémhatás  táplálék kötőszövet denaturálása → gyomor könnyebben „őrli” a táplálékot  mikrorganizmusok elpusztítása → a duodenum már steril  fősejtek: enzimek (pepszinek) termelése  fedősejtek: sósav (H+ és Cl-) és intrinsic faktor termelése G-sejtek: antrumban; endokrin funkció, gasztrint termelnek D-sejtek: antrumban; endokrin funkció, szomatosztatint termelnek

Az emésztőnedvek termelésének hormonális/parakrin szabályozása I. a hormontermelő sejtek közvetlenül érzékelik a béltartalom/gyomortartalom pH-ját és összetételét („egysejtes mirigyek”)

G-sejt integrátor: apicalis részén érzékeli a gyomor üregének kémiai összetételét → aminosavak és aminok (ammónia) jelenléte → gasztrin felszabadul az erekbe gasztrin-felszabadító peptid (GRP) szerepe: nervus vagus aktiválja a GRP-tartalmú neuront → G-sejt aktiváció → gasztrin felszabadulás szomatosztatin a G-sejtből: negatív visszacsatolás: gasztrin fokozza a sósav-szekréciót → gyomor üreg pH-ja csökken (pH = 2,5-3) → szomatosztatin-felszabadulás → gasztrin-felszabadulás gátlása

Az emésztőnedvek termelésének hormonális/parakrin szabályozása II. Hisztamin:  hízósejtekben (enterokromaffin típusú sejtekben)  parakrin felszabadulás: a környezetében lévő fedősejteket izgatja → sósav szekréció fokozódik kolecisztokinin (CCK): CCK-termelő sejtek (I-sejtek) a duodenumban és a vékonybél felső szakaszán bél üregében aminosavak és zsírsavak → CCK felszabadul → hasnyálmirigy enzimelválasztás fokozása, epehólyag ürülése, inzulinszekréció fokozása VIP (vasoactive intestinalis polipeptid) szekretin:  enteroendokrin sejtek termelik a  szekretin-termelő sejtek (S-sejtek) a vékonybélben duodenumban  gyomornedvelválasztás gátlása, bélkeringés  hasnyálmirigy HCO3- és fokozása folyadékelválasztás fokozása, GIP (gastric inhibiting peptid): gyomorsavtermelés gátlása  GIP sejtek a duodenumban  glükóz és zsírok hatására szabadul fel  gyomornedvelválasztás gátlása, gyomorürülés gátlása

A hasnyálmirigy és a hasnyál • 90-99% exokrin, de endokrin funkció is (acinusok: emésztőnedv; Langerhans szigetek: inzulin, glukagon, szomatosztatin termelés) • 12-15 cm hosszú, 2,5 cm széles, gyomor nagy görbülete alatt • epevezetékkel közös kivezető (Oddi-féle záróizom szabályozza) máj • hasnyál: emésztéshez alapvetően szükséges (10% min. kell); duodenumba ürül

rekeszizom

jobb lebeny

epevezetékek

bal lebeny

epe- napi 1,2-1,5 l; enyhén lúgos (pH 7,1-8,2) hólyag hasnyálmirigy - H2O, sók, HCO3 közös hasnyálmirigyepevezeték - igen sokféle emésztőenzim termelése: vezeték duodenum • amiláz: keményítő (szénhidrát) bontás di- és triszacharidokká közös hasnyálmirigyés epevezeték • lipáz: triglicerid bontás zsírsavakká és monogliceridekké • ribonukleáz, dezoxiribonukleáz: RNS, DNS bontás nukleotidokká • inaktív proteázok: tripszinogén, kimotripszinogén, prokarboxipeptidáz, proelasztáz • tripszin inhibitor: idő előtti tripszin-aktiváció ellen; védelem • enterokináz: vékonybélfalban termelődik; tripszinogén -> tripszin átalakítás; tripszin a vékonybélben aktiválja a többi inaktív proteázt

A máj és az epehólyag; az epe • máj: igen sokféle funkció • szekréciós funkció: lipidek lebontásához, felszívásához epesavas sók, foszfolipidek termelése • hepatociták:

- májlebenyek: májszinuszok között elrendezve; ablakos kapilláris - epe termelése: nem valódi oldat; amfipatikus molekulák micellái – jobb izozmotikus szekrétum máj szinusz epe lebeny bal lebeny csatornácskák központi epevezeték • epevezetékbe szedődik véna májvéna felé v. cava inferior máj artéria össze, emésztések közötti portális máj véna portális máj véna időszakban epehólyagban hepatocita kötőszövet májlebenyek tárolódik és sűrűsödik epevezeték • napi 800-1000 ml; pH 7,68,6; sárgásbarna/zöld folyadék (bilirubin)

artéria véna

máj artéria

központi véna

kötőszövet máj szinuszok (öblök)

Kupfer (retikuloendothelális) sejtek

• epesavas sók, koleszterin, foszfolipidek, idegen anyagok kiválasztása • emulzifikálás: nagy lipidcseppek kisebb cseppekre bontása; az emésztési felület növelése (lipázok), a zsírfelszívás fokozása

A máj egyéb funkciói

• szénhidrát anyagcsere: normál vércukorszint fenntartása

- glikogén szintézis, raktározás és lebontás szükség szerint - glükoneogenezis: glükóz szintézis egyes aminosavakból, tejsavból és más cukrokból

• lipid anyagcsere:

- triglicerid raktározás, zsírsavak lebontása (ATP előállítás) szükség szerint - lipoprotein és koleszterin szintézis; koleszterinből epesavas sók előállítása

• fehérje anyagcsere: N2-tartalmú végtermékek eliminálása

- lebontott aminosavak dezaminálása: NH3 és karbamid termelés - fehérjeszintézis: globulinok, albumin, prothrombin, fibrinogén

• kiválasztó (exkréciós) funkció ("méregtelenítés"):

- alkohol lebontás, drogok, gyógyszerek eltávolítása, átalakítása

• tárolás: vitaminok (A, B12, D, E, K) és ásványi anyagok (Fe2+, Cu2+) • fagocitózis: Kupfer sejtek

- öreg vörösvértestek, fehérvérsejtek és baktériumok bekebelezése

• D vitamin szintézis: aktív forma előállítása (ld. később, Ca2+ anyagcsere)

A vékonybél • emésztés és felszívás legfontosabb területe (patkóbél, nyombél, • 3m hossz, 2,5 cm átmérő; nagy felszín (körkörös epésbél, 12 ujjnyi bél) redők, bélbolyhok és kefeszegély [mikrovillus]) (éhbél) - duodenum: pilorustól kb. 25 cm-ig ["12 ujjnyi"]

- jejunum: kb. 1m hossz; halál után ált. üres ["éhbél"]

(csípőbél)

- ileum: kb. 2m hossz; ileocökális záróizom (simaizom) a vastagbél felé

• felszíni hámsejtek: kefeszegély, intenzív felszívás • goblet sejtek: nyálka (mucin) termelés

kefeszegély

• Paneth sejtek: lizozim termelés, bélbaktériumflóra szabályozása • endokrin sejtek: bélhormonok termelése mucosa

kapilláris

nyirokvezeték lamina propria

- secretin - kolecisztokinin (CCK) - glükóz-dependens inzulinotróp peptid (GIP)

vékonybélmirigy

muscularis mucosae arteriola venula submucosa nyirokér

• Lieberkühn-féle kripták: vékonybélnedv termelése

felszívó hámsejt • tápanyagok felszívása

goblet sejt • mucin

endokrin sejt • secretin • cholecisztokinin • GIP

Paneth sejt • lizozim • fagocitózis

A vékonybél felszívó működése

A bélbolyhok felépítése és működése • Lieberkühn-kripták mélyén lévő sejtek: izozmotikus elekrolitoldat szekréciója → hígítás • kripták mélyén őssejtek → az egymást követő osztódásokkal a sejtek a bélboholy csúcsa felé mozognak • enterociták:  tápanyagok felszívása  elektrolitoldat reabszorpciója • kapillárisok endotélje alatti alaphártya nagyobb anyagokra (pl. lipoproteinek) nem átjárható • nagyobb anyagok a centrális nyirokérbe tudnak bejutni • simaizomsejtek a bolyhok hossztengelyével párhuzamosan • boholy összehúzódása: az érhálózat tartalma kiürül • felszívás alatt a bolyhok ritmikusan összehúzódnak és ellazulnak

Lebontás és felszívás a vékonybélben 1. • Keményítő: – amiláz a nyálban is van, már a szájüregben elkezdődik a lebontás – hasnyálmirigy amiláz (bélüregben) folytatja a bontást maltózzá, maltotriózzá és határdextrinekké – aztán sejtfelszini bontás maltázzal, izomaltázzal és határdextrinázzal glükózmolekulákra – a glükózt a citoplazmába Na+-glükóz kotranszporter veszi fel – a glükózt a vérbe GLUT-2 transzporter juttatja • Laktóz, szacharóz: – sejtfelszíni laktáz ill. invertáz bontja (genetikai hiány: laktózintolerancia) – a galaktózt a Na+/glükóz kotranszporter igen gyorsan felveszi – a fruktóz GLUT-5 transzporterrel jut lassan a citoplazmába, majd a vérbe

Lebontás és felszívás a vékonybélben 2. • Lipidek: – epesavas sók és foszfolipidek segítségével micellákat alkotnak – a lipázok a micellák felszínén hatnak, a két szélső zsírsavat hasítják le, a végtermékek is a micellákban maradnak – az enterociták felszínén a vizes fázis savasabb kémhatású, a micellákból kikerülő zsírsavak protonálódnak → szabadon be tudnak diffundálni be a sejtbe – a zsírban oldódó A, D, K és E vitaminok is a micellákban kötődnek és onnan szabadon diffundálnak a sejtbe – a zsírsavak a sejt belsejében azonnal fehérjékhez kötődnek, és a zsírok újraszintetizálódnak – a zsírok végül lipoproteinek formájában kerülnek ki az enterocitákból → nyirokereken keresztül végül a vérkeringésbe kerülnek

Lebontás és felszívás a vékonybélben 3. • Fehérjék: – pepszin, tripszin, kimotriszin és elasztáz endopeptidázok (fehérjeláncon belüli peptidkötéseket hasítanak) – karboxipeptidáz A és B exopeptidáz (fehérjelánc végén lévő peptidkötéseket hasítanak) – végeredmény: kevés aminosav és di-hexapeptidek. – memránpeptidázok tovább bontanak aminosavakra di- és tripeptidekre – az aminosavak a sejtbe főleg csoportspecifikus Na+/aminosav kotranszporterekkel kerülnek, emellett aminosav uniporterek is vannak • Na+: – főleg a kotranszporterekkel kapcsolatosan (+ Na+/PO42- kotranszporter, Na+/H+ antiporter és a Na+-csatorna). – felszívódását paracelluláris kloridion- és vízmozgás kíséri • Vas: – a vékonybélből a hem-vas szívódik fel jobban, és kétszer annyi Fe2+ mint Fe3+ – a C-vitamin már a bélben redukálja a vasat, ezzel növeli a felszívódását • Kalcium: lásd majd Hormonok

• fő feladatok:

Felszívás a vastagbélben

- víz és elektrolit felszívás: nincs emésztőenzim, csak bakteriális emésztés (gázképződés) felszálló vastagbél - baktériumflóra fenntartása

haránt vastagbél

- béltartalom rendezett, alkalmankénti ürítése – vakbél (coecum) áthaladás ideje változó ileocökális billentyű (szfinkter) féregnyúlvány

leszálló vastagbél ileum

szigmabél • a vastagbélbe jutó béltartalom víztartalmának 90 végbél %-a visszaszívódik, a széklettel csak 100-200 ml végbélnyílás víz ürül • a hámsejtek között szoros kapcsolat felvétel és szekréció visszaszívás + • a Na csatornák száma a hámsejtek felszínén nyál (1l) aldoszteron által szabályozott ivás (2,3l) • aldoszteron növeli a nátrium-csatornák számát → gyomornedv (2l) transzcelluláris Na+ transzport, amit epe (1l) paracellulárisan passzívan követnek a kloridionok hasnyál (2l) • ugyancsak aldoszteron szabályozza (növeli) a K+ vékonybélnedv (1l) vékonybél (8,3l) kiválasztását is 9,3 l vastagbél (0,9l) • HCO3 kiválasztás miatt a széklet enyhén lúgos 9,2 l folyadékvesztés: széklet (0,1l) kémhatású

A tápcsatorna motoros funkciói • nyelés akaratlagos vagy reflexes, a további folyamatok a székletürítés megkezdéséig automatikusak • kisebb részben harántcsíkolt izmok, nagyobb részben simaizmok koordinált összehúzódásai és elernyedései • tápcsatorna szakaszai a motorika alapján:

1) tápcsatorna legfelső szakaszán (szájüreg, garat, nyelőcső felső harmada) harántcsíkolt izmok 2) nyelőcső alsó kétharmada + gyomor elülső része: simaizmok saját miogén tónussal, amelyet reflexesen idegek befolyásolnak (reflexek szerveződése a nyúltvelőn keresztül) 3) gyomor távolabbi részétől a végbél belső záróizmáig: simaizmok saját ritmusa + enteralis idegrendszer helyi reflexei

Kontrakciót indító hatások egyegységes simaizmokban 1. miogén eredetű spontán potenciálváltozások (ritmusgenerátor sejtek: Cajal-féle interstíciális sejtek - ICC) 2. nyújtás okozta potenciálváltozások 3. idegi impulzusok (transzmitterek) 4. hormonok, lokális mediátor anyagok az idegi impulzusok nem kikapcsoló/bekapcsoló szerepűek, mint a vázizmoknál a legtöbb egyegységes simaizom mindig kismértékben kontrahált (tónus); adott Ca2+, másodlagos hírvivő stb. szinteknek megfelelően az idegi hatások ezeket a tényezőket módosítják, illetve a lassú hullámokat „okozó” ioncsatornák működését változtatják meg.

Az enteralis idegrendszer 108 neuron (~ gerincvelő neuronjai)

sokféle transzmitter, köztük különféle peptidek neuronok sejttestjei: Auerbach- és a Meissner-féle plexusban Helyi reflexívek (szenzoros neuronok – interneuronok – effektor neuronok), poliszinaptikusak, bonyolultak. A szenzoros neuronok végződései mechano-, kemo- vagy ozmoreceptorok. A neuronok transzmittere tachikinin típusú peptid, pl. P-anyag (substance P) Interneuronok: gátlóak pl. enkefalinerg, szomatosztatinerg vagy serkentőek pl. n-ACh kolinerg

Effektor neuronok: ACh és tachikinin kolokalizálva (pl. Panyag) a simaizmokat aktiváló neuronokban. Vazoaktív intesztinális peptid (VIP) és nirogén-monoxid (NO) tartalmú neuronok a körkörös simaizmokat gátolják (ellazítják). Ilyen hatású az ATP és a pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) is.

A vékonybél izomrétegei Hosszanti (longitudinális) simaizomzat kevés gap junction, nincs spontán elektromos ritmus kontrakciót a kolinerg vegetatív beidegzés vált ki, sok muszkarinos AChreceptor

Körkörös simaizomzat sok gap junction → funkcionális szincícium spontán (bazális) elektromos ritmus (ICC-k) a spontán elektromos ritmus kontrakciót kiváltó hatékonyságát az enteralis idegrendszer folyamatosan (tónusosan) gátolja (VIP és NO felszabadulása)

A bélcsatorna motilitása

hosszanti és körkörös izmok a béltartalom továbbítása (2-25 cm/s)

körkörös izmok a béltartalom keverése

körülírt bélterületen tágító hatás → perisztaltikus mozgás indul el

A feszítés helyétől oralisan kontrakció, analisan relaxáció → „a bél törvénye” (BAYLISS és STARLING)

A tápcsatorna simaizomzatának spontán, miogén eredetű potenciálváltozásai illetve kontrakciói

A bélcsatorna vegetatív beidegzése I.

 a vegetatív beidegzés alapvetően az enteralis idegrendszer helyi reflexeit módosítja

 a gyomor-bél rendszer motorikája és szekréciója autonóm módon, a központi idegrendszerrel való összeköttetés nélkül is működik

A bélcsatorna vegetatív beidegzése II. Paraszimpatikus beidegzés

nervus vagus: 2000-4000 efferens (praeganglionaris) rost fut a tápcsatornához (emberben).  a rostok egy része az enteralis idegrendszer effektor (postganglionaris) neuronjain végződik (hosszú pályás reflexív).  az enteralis idegrendszer interneuronjai szintén ezeken az effektor neuronokon végződnek (enteralis reflexív)  az effektorsejtből felszabaduló ACh a simaizomzat muszkarinos ACh-receptoraihoz kötődik → a kontrakció létrejön illetve fokozódik  a paraszimpatikus rostok nem közvetítenek konkrét reflexeket, hanem az enteralis idegrendszer saját reflexeit modulálják Szimpatikus beidegzés  szimpatikus rostok: a gerincvelőből kilépve átkapcsolódnak a szimpatikus ganglionokban  a tápcsatornához futó rostok tehát már posztganglionárisak és az enteralis idegrendszer sejtjein végződnek  a rostok noradrenergek és gátlóak  a szimpatikus rostok a motorikát gátolják illetve késleltetik  nagy megterhelés → a szimpatikus idegrendszer felfüggeszti a gyomor-bél rendszer működését 

Táplálékfelvétel szabályozása glükózmonitorozó rendszer i. perifériás glükózreceptorok vena portae pancreasban vékonybélben nervus vagus végződései ii.centrálisan: agyi neuronok  glükoszenzitív: glükózkoncentráció emelkedésekor csökkent aktivitás  glükoreszponzív: glükózkoncentráció emelkedésekor fokozott aktivitás táplálékfelvétel elindítása éhség hatására: • neuropeptidek a hipotalamuszban (neuropeptid Y - NPY, agouti-related protein – AgRP, orexin stb.) jóllakottság jelzései:  gyomor teltsége – mechanoreceptorok  kolecisztokinin  gasztrin-felszabadító peptid (GRP)  inzulinszekréció - gátolja az NPY termelődését hosszú távú szabályozás: leptin  fehér zsírszövet által termelt peptid  több zsír → több leptin → hipotalamuszon át leállítja az evést, növeli az energiafelhasználást