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10.1016/B978-3-437-41883-9.00007-4
978-3-437-41883-9
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Propulsive und nichtpropulsive Peristaltik.

Elektrolyttransporte bei der Speichelbildung. a: Vorgänge in der Speicheldrüse im Überblick. b: Pumpensysteme im Azinus. Erklärung s. Text.CFTR-Cl-Kanal

Belegzelle und Salzsäureproduktion. a: Belegzelle der Magenschleimhaut im Ruhezustand. b: Stimulierte Belegzelle. c: Mechanismus des Salzsäuretransports. CA = Carboanhydrase.

Gastrinsekretion: fördernde und hemmende Einflüsse. GRP = Gastrin Releasing Peptide.

Rezeptorenbesetzung der Belegzelle.

Steuerung der Pankreassekretion.

Enterohepatischer Kreislauf der Gallensäuren.

Kohlenhydrataufnahme in der Darmschleimhaut. SGLT1 = Sodium-dependent Glucose Transporter 1; GLUT 2 = Glucosetransporter 2; GLUT 5 = „Glucosetransporter“ 5, der aber, wie erst nach der Namensgebung nachgewiesen werden konnte, ausschließlich Fructose transportiert.

Lipoproteinstoffwechselwege (Erklärung s. Text). Apo = Apolipoprotein, FS = Fettsäuren, LPL = Lipoproteinlipase, LCAT = Lecithin-Cholesterin-Acyltransferase, CETP = Cholesterinester-Transferprotein.

Elektrolytresorption im Darm. Na+-Resorption im proximalen Kolon über Na+-Kanäle (a). Durch den über die Konzentrationsdifferenz für Na+ getriebenen Na+-Einstrom in die Zellen wird das Darmlumen negativ geladen. Hierdurch strömen Cl−-Ionen, dem elektrischen Gradienten folgend, parazellulär ins Interstitium ein (h). Na+ gelangt außerdem über einen Symport mit Glucose oder Galaktose (vor allem im Jejunum) in die Zelle (b). Auch durch die Kombination eines Na+-K+-Antiports (c) mit einem HCO3−Cl−-Antiport (d) gelangen Na+ und Cl− ohne Energieverbrauch in die Zelle (Jejunum). Das Cl− strömt über Chloridkanäle (g) aus der Zelle ins Interstitium ab, während Na+ entgegen seinem Konzentrationsgradienten durch die an der basalen Zellmembran gelegenen Na+-K+-ATPase (f) die Zelle verlässt und ins Blut gelangt. Eine K+-H+-ATPase (e) dient im Magen der H+-Ionen-Ausscheidung und im Kolon der K+-Resorption.

Fettlösliche Vitamine im Überblick
Vitamin | Funktion | Mangelerscheinungen | Quellen | Depots | Bedarf/Tag |
Vitamin A, Retinol | Bestandteil des Sehpigments, Erhaltung der strukturellen Integrität von Membranen | Nachtblindheit, atypische Epithelverhornung, Verhornung der Kornea mit Blindheit (Xerophthalmie) | Gelbe Gemüse und Früchte, Blätter grüner Pflanzen | Große Mengen in der Leber (für Monate) | 1 mg |
Vitamin D, Cholecalciferol | Steigerung des Ca2+-Spiegels im Plasma | Rachitis, Störungen der Knochenverkalkung | Lebertran, Fisch, Eigelb; Eigensynthese bei ausreichender UV-Bestrahlung der Haut möglich | Geringe Mengen | 5 μg |
Vitamin E, Tocopherol | Schutz der Membranlipide vor Oxidation | Mangelsyndrom beim Menschen fraglich; Embryopathie? Hämolyseneigung? | Pflanzen, besonders Keimlinge | Mehrere Gramm in Leber und Fettgewebe | 10 mg |
Vitamin K, Phyllochinon | Kofaktor für die Biosynthese der Gerinnungsfaktoren II, VII, IX und X | Spontane Blutungen bei verzögerter Blutgerinnung | Alle grünen Pflanzen, Darmbakterien | Geringe Mengen | 70 μg |
Wasserlösliche Vitamine im Überblick
Vitamin | Funktion | Mangelerscheinungen | Quellen | Depots | Bedarf/Tag |
Vitamin C, Ascorbinsäure | Mitwirkung bei der Synthese von Kollagen, Steroidhormonen, Noradrenalin und Serotonin | Skorbut: Bindegewebsstörungen, Zahnfleischbluten, Zahnausfall | Gemüse, Obst (v. a. Zitrusfrüchte) | 1,5 g in Gehirn, Nieren, Nebennieren, Leber | 75 mg |
Vitamin B1, Thiamin | Coenzym der dehydrierenden Decarboxylierung von Pyruvat | Beriberi: Nerven- und Muskelschäden, Enzephalopathie, Müdigkeit, Übelkeit und Erbrechen | In geringen Mengen in allen Nahrungsstoffen | 10 mg in Leber, Herz und Gehirn | 1,5 mg |
Vitamin B2, Riboflavin | Bestandteil Wasserstoff übertragender Flavoproteine | Mundwinkeleinrisse (Rhagaden), Gesichtsdermatitis, Landkartenzunge (Lingua geographica), Augenstörungen | Milch, Leber, Nieren, Herz, viele Gemüse | 10 mg in Leber und Muskeln | 1,6 mg |
Vitamin B6, Pyridoxin | Wichtigstes Coenzym des Aminosäure-Stoffwechsels | Dermatitis, Anämie, Ataxie, Nervenschädigungen mit Lähmungen | Hefe, Weizen, Mais, Leber, grüne Gemüse | 100 mg in Muskeln, Leber und Gehirn | 2 mg |
Vitamin B12, Cobalamin | Katalyse der Umlagerung von Alkylresten | Perniziöse Anämie: makrozytäre, hyperchrome Anämie | Tierische Nahrungsmittel; Vit. B12 wird von den Bakterien der Darmflora synthetisiert; die Vit-B12-Aufnahme ist vom im Magen gebildeten Intrinsic-Faktor abhängig | 2 mg in der Leber (Vorräte für etwa 1–2 Jahre) | 3 μg |
Biotin, Vitamin B7 | Coenzym für Carboxylierungen | Müdigkeit, Appetitlosigkeit, EKG-Veränderungen | Leber, Niere, Eigelb und Hefe, in großen Mengen von Darmbakterien synthetisiert | 0,4 mg in Leber und Nieren | 70 μg |
Folsäure, früher Vitamin B9, | Übertragung von Ein-Kohlenstoff-Resten | Makrozytäre, hyperchrome Anämie, generelle Störungen von Wachstum und Zellteilung; häufigster Vitaminmangel in den Industrieländern | Leber, Nieren, dunkelgrünes Blattgemüse, Hefe | 12–15 mg in der Leber | 0,3 mg |
Nicotinsäure (= Niacin) | Bestandteil von NAD+ und NADP+ | „Pellagra“ (= kranke Haut): Dermatitis | Hefe, Fleisch, Leber, gerösteter Kaffee; Niacin kann aus Tryptophan gebildet werden | 150 mg in der Leber | 18 mg |
Pantothensäure | Bestandteil von Coenzym A (z. B. in Acetyl-CoA) | ZNS-Störungen | In (fast) allen Nahrungsmitteln | 50 mg in Nebennieren, Nieren, Leber, Gehirn | 6 mg |
Essenzielle Spurenelemente beim Erwachsenen mit Plasmaspiegel und Depotmenge
Spurenelement | Mittlerer Plasmaspiegel (μg/100 ml) | Depotmenge (mg) |
Kupfer | 116 | 100 |
Eisen | 114 | 4.000–5.000 |
Zink | 98 | 3.000 |
Iod | 8,7 | 10 |
Chrom | 2,8 | 2 |
Selen | 1,1 | 13 |
Vanadium | 1,0 | 18 |
Mangan | 0,83 | 12 |
Nickel | 0,42 | 10 |
Molybdän | 0,40 | 9,5 |
Kobalt | 0,018 | 1,5 |
Verdauungssäfte
Sekret | ml/Tag | pH-Wert |
Speichel | 1.000 | 6,0–7,0 |
Magensaft | 1.500 | 1,0–3,5 |
Pankreassaft | 1.000 | 8,0–8,3 |
Galle | 1.000 | 7,8 |
Dünndarmsekrete | 1.800 | 7,5–8,0 |
Sekrete der Brunner-Drüsen | 200 | 8,0–8,9 |
Dickdarmsekrete | 200 | 7,5–8,0 |
Insgesamt | 6.700 |
Enzyme des Pankreassaftes
Enzym | Angriffspunkt |
Proteolytische Enzyme | |
Endopeptidasen | „Innere“ Peptidbindungen zwischen 2 benachbarten Aminosäuren |
Exopeptidasen | „Äußere“, terminale Peptidbindungen |
Trypsin | Basische Reste von Proteinen und Polypeptiden |
Chymotrypsin | Aromatische Reste von Proteinen und Polypeptiden |
Elastase | Hydrophobe Reste von Elastin |
Carboxypeptidasen (A und B) | C-terminale Aminosäuren von Proteinen |
Amylasen | |
α-Amylase | α-1,4-glykosidische Bindungen der Stärke |
Lipolytische Enzyme | |
Lipase | Esterbindungen von Triacylglyceriden |
Phospholipase A | Esterbindungen von Phosphoglyceriden |
Cholesterinase | Esterbindungen von Cholesterinestern |
Nukleolytische Enzyme | |
Ribonuclease | Phosphodiesterbindungen |
Desoxyribonuclease | Phosphodiesterbindungen von DNA |
Leber- und Blasengalle
Bestandteil | Lebergalle [mmol/l] | Blasengalle [mmol/l] | Faktor |
Gallensäuren | 20 | 80 | 4 |
Bilirubin | 1 | 5 | 5 |
Cholesterin | 4 | 10 | 2,5 |
Lecithin | 3 | 30 | 10 |
Na+ | 145 | 130 | 0,9 |
K+ | 5 | 9 | 1,8 |
Ca2+ | 100 | 75 | 0,75 |
HCO3− | 28 | 10 | 0,4 |
Resorption im Gastrointestinaltrakt
Stoffe | Magen | Duodenum (30 cm) | Jejunum (120 cm) | Ileum (130 cm) |
Fett | – | + | +++ | Reserve |
Eiweiß | – | (+) | +++ | Reserve |
Kohlenhydrate | Reserve | + | +++ | (+) |
Sonstige | – | Eisen, Ca2+ | Folsäure, Vit. E, D, K, A | Vit. B12, Gallensäuren, Ca2+ |
Natriumabhängige Transportsysteme für Aminosäuren
Transportsystem für | Transportierte Aminosäuren |
Neutrale Aminosäuren | Valin, Phenylalanin, Alanin |
Basische Aminosäuren | Arginin, Cystein, Lysin, Ornithin |
Iminosäuren und Glycin | Glycin, Prolin, Hydroxyprolin |
Amino-Dicarbonsäuren | Glutaminsäure, Asparaginsäure |
Funktionen gastrointestinaler Hormone und Peptide
Substanzen | Funktion | Auslöser | Bildungsort |
Hormone | |||
Gastrin | Magensaftsekretion↑ Magenmotilität↑ |
Proteine im Magen, Magendehnung, Vagusaktivierung (Kap. 7.4.3.6) | G-Zellen in Magen und Duodenum |
Hormone | |||
Cholecystokinin (CCK) | Enzymsekretion des Pankreas↑ HCl-Sekretion↓ Pepsinogensekretion↑ Magenmotilität↓ → „Sättigungshormon“ |
Proteinfragmente und Fettsäuren im Duodenum (Kap. 7.4.4.2) | I-Zellen in Duodenum und Jejunum |
Sekretin | Bicarbonatsekretion des Pankreas↑ | pH < 4 im Duodenum, Anstieg der Gallensalze im Duodenum (Kap. 7.4.4.2) | S-Zellen in Duodenum und Jejunum |
GIP (Gastric Inhibitory Peptide = Glucose-dependent Insulin-releasing Peptide) | Insulinsekretion↑ HCl-Sekretion↓ Magenmotilität↓ |
Glucose, Fettsäuren und Aminosäuren im Jejunum | K-Zellen im gesamten Dünndarm |
Somatostatin (= SIH, Somatotropin Inhibitory Hormone) | Gastrinsekretion↓ VIP-Sekretion↓ Sekretinsekretion↓ Motilinsekretion↓ Pankreassekretion↓ Magensäurebildung↓ Magenmotilität↓ Gallenblasenkontraktion↓ Resorption von Glucose, Aminosäuren und Triglyceriden↓ |
pH-Abfall im Magen | D-Zellen in Pankreas, Dünndarm, Nervenendigungen |
Biologisch aktive Peptide | |||
GLP-1 (Glucagon-like Peptide-1, Enteroglucagon) | Insulinsekretion↑ HCl-Sekretion und Pankreassekretion↓ Darmmotilität↓ |
Glucose und Fettsäuren im Ileum | L-Zellen in Ileum und Kolon |
GLP-2 (Glucagon-like Peptide-2) | Proliferation intestinaler Epithelien↑ | Glucose und Fettsäuren im Ileum | L-Zellen in Ileum und Kolon |
VIP (vasoaktives intestinales Polypeptid) | Gallensekretion und Pankreassaftsekretion↑ HCl-Sekretion↓ gastrointestinale Motilität↓ |
Neurotransmitter im Darmnervensystem (Kap. 7.3.6.1) | Nervenendigungen im Gastrointestinaltrakt |
GRP (Gastrin Releasing Peptide) | Gastrinsekretion | Vagusreizung | G-Zellen im Magenantrum |
Motilin | Interdigestive Motilität (interdigestiver „migrierender“ myoelektrischer Motor-Komplex, MMC, Kap. 7.3.6.1) ↑ | pH-Abfall und Fettsäuren im Duodenum | M-Zellen im Duodenum |
Substanz P | Gastrointestinale Motilität ↑ | Neurotransmitter im Darmnervensystem | Endokrine Zellen und Nervenendigungen des Gastrointestinaltrakts |
Ernährung, Verdauungstrakt, Leber
-
7.1
Wegweiser173
-
7.2
Ernährung174
-
7.3
Motorik des Magen-Darm-Trakts180
-
7.4
Sekretion184
-
7.5
Aufschluss der Nahrung194
-
7.6
Nahrungsresorption195
-
7.7
Humorale Steuerung der Magen-Darm-Funktion199
IMPP-Hits
-
•
Regulation der Magensekretion, vor allem: Gastrinsekretion
-
•
Pankreasenzyme und ihre hormonelle Steuerung
-
•
Eisenhaushalt
7.1
Wegweiser
7.2
Ernährung
7.2.1
Nahrungsmittel
7.2.1.1
Zusammensetzung der Nahrung
7.2.1.2
Kohlenhydrate
Vorkommen in der Nahrung
Funktion
Bedarf
Vorrat
Merke
Kohlenhydrate:
•
Bedarf des Gehirns 100 g/Tag
•
Körpereigene Vorräte (als Glykogen) 350 g
7.2.1.3
Eiweiß
Vorkommen in der Nahrung
•
Pflanzliche Proteine: vor allem in Brot, Hülsenfrüchten und Kartoffeln
•
Tierische Proteine: in Fleisch, Fisch, Milch, Milchprodukten und Eiern
Biologische Wertigkeit
Merke
•
Hohe biologische Wertigkeit: tierische Proteine (Fleisch, Fisch, Milch, Eier)
•
Niedrige biologische Wertigkeit: pflanzliche Proteine
Bedarf
Vorrat
7.2.1.4
Fette
Vorkommen in der Nahrung
Funktion
•
Energielieferanten
•
Kohlenstoffquelle für Biosynthesen (Acetyl-CoA)
•
Träger der fettlöslichen Vitamine
Fettzufuhr
Fettvorrat
7.2.1.5
Vitamine
Vitamine sind für den Organismus lebensnotwendige Stoffe, die nicht von ihm selbst produziert werden können und deren Energiegehalt für die biologische Funktion ohne Bedeutung ist. Man unterscheidet 2 große Gruppen:
Lerntipp
Das IMPP fragt besonders gern nach den Vitaminen D (Rachitis), K (Gerinnungsstörungen) und B12 (makrozytäre, hypochrome Anämie). Erfreulicherweise sind dies auch die 3 wichtigsten Vitamine für die Klinik.
Klinik
Bei einem Verschlussikterus kommt es durch die fehlende Galle im Darm und die dadurch bedingte Störung der Fettresorption (Kap. 7.4.5.2) auch zu einer geringeren Aufnahme des fettlöslichen Vitamin K. Da die Gerinnungsfaktoren II, VII, IX und X (= Prothrombinkomplex) Vitamin-K-abhängig sind, wird ihre Synthese dadurch beeinträchtigt. Bei einem hepatozellulären Ikterus, der auf einer Schädigung der Leberzellen, z.B. durch Viren oder Alkohol, beruht, ist der Prothrombinkomplex ebenfalls vermindert – allerdings nicht wegen einer Resorptionsstörung (wie beim Verschlussikterus), sondern aufgrund einer Synthesestörung (Schädigung der Leberzellen). Durch i.v. Gabe von Vitamin K und die anschließende Bestimmung des Quick-Werts (Kap. 2.5.2.2) kann die Ursache einer Verminderung der Vitamin-K-abhängigen Gerinnungsfaktoren ermittelt werden: Normalisiert sich der Quick-Wert nach Gabe von Vitamin K, liegt eine Resorptionsstörung vor. Bleibt der Quick-Wert unverändert, handelt es sich um eine Leberzellschädigung.
7.2.1.6
Spurenelemente
Essenzielle Spurenelemente
Eisen
Klinisch wichtig ist vor allem das Spurenelement Eisen:
•
Es ist Bestandteil der Proteine Hämoglobin und Myoglobin sowie der eisenhaltigen Cytochrome, Katalasen und Peroxidasen. Eisenmangel führt zu einer Anämie!
•
Der Gesamtkörperbestand von Eisen beim Erwachsenen liegt zwischen 3–5g, davon sind 65% im Hämoglobin gebunden, 4,5% im Myoglobin.
•
Der durchschnittliche tägliche Eisengehalt der Nahrung liegt in Deutschland zwischen 10 und 20mg/Tag. Der durchschnittliche tägliche Eisenbedarf liegt bei 10mg pro Tag.
•
Je nach Eisenbedarf des Organismus können nur zwischen 10 % und maximal 40 % des oral zugeführten Eisens in Magen und Duodenum aktiv resorbiert werden. Die Eisenaufnahme erfolgt über einen sekundär aktiven H+-Fe2+-Ko-Transporter (DMT1, Divalent Metal Transporter). Vitamin C, das als Redoxsystem Fe3+ in Fe2+ umwandelt, fördert die Eisenresorption, weil nur zweiwertiges Eisen über DMT1 resorbiert werden kann. Durch die gleichzeitige Einnahme von Komplexbildnern, wie z. B. Phosphat, wird die Eisenresorption vermindert.
•
Im Blutplasma wird Eisen in dreiwertiger Form (Fe3+) an Transferrin gebunden transportiert. An Transferrin sind nur 0,15 % des Körpereisens gebunden.
•
Im Gewebe wird Eisen zunächst als FerritinFerritin und bei Absättigung des Ferritinspeichers als HämosiderinHämosiderin gespeichert. Die Eisenspeicher befinden sich hierbei vor allem in Leber, Knochenmark und Milz. Diese Speicher enthalten 15–30 % des Körpereisenbestands.
Die Eisenausscheidung des Organismus erfolgt vorwiegend über den Stuhl (durch die Abschilferung von Darmepithelien) und liegt bei Männern zwischen 0,5–1mg pro Tag. Bei menstruierenden Frauen gehen über die Monatsblutung zusätzlich etwa 20mg Eisen pro Monat verloren. In der Schwangerschaft stellt der mütterliche Organismus dem Fetus 300mg Eisen zur Verfügung, sodass hinsichtlich des Eisenbedarfs zwischen Männern, menstruierenden Frauen und Schwangeren deutliche Unterschiede bestehen.
Klinik
Bei der hereditären HämochromatoseHämochromatose kommt es zu einer Eisenüberladung des Organismus. Ursache ist in den meisten Fällen eine Mutation des HFE-Gens, wodurch die Eisenaufnahme unabhängig vom Eisenbedarf im Duodenum um den Faktor 3 gesteigert wird. Da der Körper die Eisenausscheidung kaum erhöhen kann, wird das vermehrt aufgenommene Eisen in Parenchymzellen (als Ferritin) oder in Makrophagen (als Hämosiderin) eingelagert und schädigt die Zellfunktionen. Klinisch typisch ist die Trias von Leberzirrhose, Diabetes mellitus und dunkler Hautpigmentierung durch Melanin- und Eisenablagerungen bei 40–50-jährigen Männern. Therapie der Wahl sind regelmäßige Aderlässe bei eisenarmer Diät und Alkoholkarenz (Alkohol potenziert die eisenbedingten Leberschäden). Die hereditäre Hämochromatose ist die häufigste autosomal-rezessiv vererbte Krankheit: Prävalenz von Homozygoten 1 : 300, Prävalenz von Carriern 1 : 10 (!).
Merke
-
•
Zweiwertiges Eisen ist besser resorbierbar.
-
•
65 % des Körpereisens (3–5 g) sind an Hämoglobin gebunden.
-
•
Eisentransport im Blut: Transferrin.
-
•
Eisenspeicher im Gewebe: Ferritin, Hämosiderin.Eisen
Lerntipp
Nach dem Eisenstoffwechsel wird im Physikum sehr häufig gefragt. Sie sollten sich auch die Details gut einprägen!
7.2.2
Inadäquate Ernährung
7.2.2.1
Positive Energiebilanz: Fettsucht
Überschüssige Energie speichert der Körper als Fett. Dabei entspricht eine positive Energiebilanz von etwa 9.000kcal 1kg Fettgewebe. Normalerweise informieren die Adipositassignale Leptin und Insulin den Hypothalamus über ausreichende Energiereserven des Organismus (Kap. 20.9.1.2), sodass eine weitere Nahrungszufuhr unterbleibt. Bei der Fettsucht (Adipositas) ist dieser Regulationsmechanismus gestört. Hierfür sind in den meisten Fällen psychogene Ursachen (Stress, Trauer) oder erlernte Verhaltensmuster („sich 3-mal täglich satt essen“) verantwortlich. Sehr selten finden sich hypothalamische Schädigungen. Auch genetisch determinierte Besonderheiten bei der Fettspeicherung tragen zur Ausbildung einer Adipositas bei: Getrennt aufgezogene eineiige Zwillinge weisen mit Abweichungen von lediglich 2–3kg das gleiche Körpergewicht auf.
7.2.2.2
Negative Energiebilanz: Hunger und Unterernährung
Nüchternzustand
Im Nüchternzustand werden pro Tag etwa 75g Protein (vor allem aus der Muskulatur) und 160g Triglyceride (aus dem Fettgewebe) oxidiert. Die Leber stellt dem Organismus außerdem pro Tag 140g Glucose zur Verfügung, die aus den bei der Proteolyse anfallenden Aminosäuren synthetisiert werden. Die Energie für diese Gluconeogenese stammt dabei aus der Fettsäureoxidation.
Hungerzustand
Im Hungerzustand, wenn Proteine, Fette und Kohlenhydrate nicht von außen zugeführt werden, kann die hydrolytische Spaltung von 75g Protein/Tag nicht beliebig lange fortgesetzt werden, da sonst in wenigen Wochen die Strukturproteine des Körpers abgebaut werden würden. Der Proteinstoffwechsel wird daher im Hunger reduziert, was an einem Rückgang der Harnstoffausscheidung erkennbar ist. Auch die Gluconeogenese in der Leber geht zurück. Hierdurch steht dem Gehirn nicht mehr genügend Glucose zur Verfügung. Dieses adaptiert sich deshalb an Ketonkörper als Energielieferanten.
Auch in den übrigen Geweben wird der Glucoseverbrauch reduziert, stattdessen werden vermehrt und schließlich fast ausschließlich Fettsäuren verbrannt. Auf diese Weise können, von der Energiebilanz her, mehrwöchige Fastenperioden überstanden werden. Schon nach einwöchigem Fasten ist allerdings mit Vitaminmangelerscheinungen besonders der wasserlöslichen Vitamine der B-Gruppe und des Vitamins C zu rechnen.ErnährungErnährung:InadäquateEnergiebilanz:PositiveEnergiebilanzFettsuchtNüchternzustandEnergiebilanz:Negative
Ist der Fettvorrat des Organismus erschöpft, werden auch Proteine zur Energiegewinnung verbraucht (u.a. das Albumin im Blutplasma). Durch die Hypoproteinämie im Plasma tritt Plasmaflüssigkeit osmotisch bedingt ins Gewebe aus und es entstehen Hungerödeme. Auch die Zellen der Darmmukosa und die Zellen der Verdauungsdrüsen, die eine hohe Umsatzrate haben, können sich nicht mehr regenerieren. Jetzt treten zusätzlich Resorptionsstörungen auf, die eine erneute Nahrungsaufnahme erschweren und so einen Circulus vitiosus einleiten. Auch die Lipoproteinsynthese (Kap. 7.6.4.3) ist bei Proteinmangel gestört. Dadurch sammeln sich Lipide in den Leberzellen an und es kommt zur Ausbildung einer Fettleber.
7.2.3
Parenterale Ernährung
7.2.3.1
Kohlenhydrate
7.2.3.2
Proteine
7.2.3.3
Fette
7.3
Motorik des Magen-Darm-Trakts
7.3.1
Nervale Steuerung
7.3.1.1
Enterisches (intrinsisches) Darmnervensystem
Der Darm verfügt über ein eigenes Darmnervensystem, das aus den beiden Ganglienzellschichten des Plexus myentericus (Auerbach) und des Plexus submucosus (Meissner) besteht: enterisches oder intrinsisches Darmnervensystem. Der Plexus myentericus innerviert hierbei vorwiegend die glatte Darmmuskulatur, während der Plexus submucosus Sekretion und Absorption der Darmepithelien steuert.
7.3.1.2
Extrinsisches Darmnervensystem
Das intrinsische Darmnervensystem unterliegt der Steuerung von Sympathikus (hemmend) und Parasympathikus (anregend), die als extrinsisches Darmnervensystem zusammengefasst werden (Kap. 14.4.2.2).
7.3.2
Grundtypen gastrointestinaler Motilität
•
Basaler elektrischer Rhythmus (BER): Grundlage der rhythmischen gastrointestinalen Motilität sind Spontandepolarisationen der glatten Muskelzellen (Slow Waves), auf deren Basis in regelmäßigen Abständen Aktionspotenziale ausgelöst werden (Kap. 13.3.2.2, Abb. 13.15b). Die Frequenz dieser langsamen Potenzialwellen beträgt 3/min im Magen, 12/min im Duodenum und 8/min im Ileum. Auslöser dieser Slow Waves sind die als Schrittmacher fungierenden Cajal-Cajal-ZellenZellen zwischen Längs- und Ringmuskulatur, die über Gap Junctions mit den glatten Muskelzellen verbunden sind.
•
Propulsive Peristaltik: Eine wellenförmig von oral nach aboral fortschreitende Kontraktion der glatten Ringmuskulatur der Darmwand verschiebt den Darminhalt in Richtung Anus. Ihr geht eine Erschlaffungswelle voraus.
•
Nichtpropulsive Peristaltik (Segmentation): Durch gleichzeitige Kontraktion benachbarter Bezirke der Ringmuskulatur kommt es zur Auftrennung des Darminhalts in kleinere Einheiten (Segmentation) und zur Durchmischung mit den Verdauungssäften.
•
Tonische Dauerkontraktionen: Sie finden an den Sphinkteren des Magen-Darm-Trakts (Ösophagussphinkter, Bauhin-Klappe) statt und garantieren einen gerichteten Transport ohne Rückfluss.
7.3.3
Kauen und Schlucken
7.3.3.1
Kauen
7.3.3.2
Schluckakt
Orale Phase
Pharyngeale Phase
•
Eine Kontraktion der palatopharyngealen Muskeln schließt den Nasen-Rachen-Raum von der Mundhöhle ab.
•
Die Stimmbänder nähern sich, der Kehlkopf wird nach oben und nach vorne gezogen, die Epiglottis verschließt den Larynxeingang, indem sie nach dorsokaudal abknickt. Dadurch wird ein „Verschlucken“ der Nahrung in die Luftröhre verhindert.
•
Der obere Ösophagussphinkter, dessen Ruheverschlussdruck von 50–100 mmHg ein Eindringen von Luft in den Gastrointestinaltrakt verhindert, entspannt sich.
•
Die Muskelwand des Pharynx kontrahiert sich und schiebt den Nahrungsbissen in den Ösophagus.
Ösophageale Phase
Klinik
Eine Tonussenkung des unteren Ösophagussphinkters führt zu einer Verschlussstörung und ist für das Sodbrennen verantwortlich, das auf einem Reflux von Magensäure in den Ösophagus beruht. Bei länger anhaltenden Verschlussstörungen kann eine Refluxösophagitis, d.h. eine Entzündung der Speiseröhre durch den zurücklaufenden Magensaft, entstehen. Tonussenkend am unteren Ösophagussphinkter wirken u.a. Fett, Alkohol, Kaffee und Nikotin. Der in der Schwangerschaft erhöhte Progesteronspiegel senkt ebenfalls den Tonus des unteren Ösophagussphinkters und kann so ein Schwangerschaftssodbrennen auslösen.
7.3.4
Magenmotorik
7.3.4.1
Akkommodationsreflex
7.3.4.2
Förderung der Magenentleerung
Klinik
Die hypertrophe Pylorusstenose bei Neugeborenen beruht auf einer Verdickung der Ringmuskulatur des Pylorus. Es kommt zu schwallartigem Erbrechen (meist ab der 2. Woche nach der Geburt), was eine Dehydratation, eine metabolische Alkalose und eine Gedeihstörung zur Folge hat. Klinisch kann die Magenperistaltik im Oberbauch sichtbar werden. Die Diagnose lässt sich sonografisch sichern. Therapie der Wahl ist die chirurgische Durchtrennung der hypertrophierten Muskelfasern: Pyloromyotomie.
7.3.4.3
Hemmung der Magenentleerung
Merke
•
Förderung der Magenentleerung:
–
Parasympathikus
–
Dehnung des Magens
–
Gastrin
•
Hemmung der Magenentleerung:
–
Sympathikus
–
Dehnung des Duodenums
–
Cholecystokinin und GIP (Gastric Inhibitory Peptide), freigesetzt bei hoher Fettkonzentration im Bulbus duodeni
–
Sekretin, freigesetzt bei pH-Wert < 4 im Bulbus duodeni
–
Hohe Osmolarität im Bulbus duodeni
Klinik
Patienten, denen, z.B. wegen eines Karzinoms der Magen ganz oder teilweise entfernt werden musste (totale oder subtotale Gastrektomie), leiden oft an einem DumpingsyndromDumpingsyndrom. Durch das Fehlen des Magens „fällt“ der hyperosmolare Speisebrei unmittelbar ins Duodenum und von da rasch weiter ins Jejunum. Dies führt zu einem massiven osmotisch induzierten Flüssigkeitseinstrom aus dem Gewebe ins Darmlumen. Als Folge sinken das intravasale Volumen und der Blutdruck ab. Etwa 15–30 Minuten nach der Nahrungsaufnahme klagen die betroffenen Patienten über Herzklopfen (Kompensationsversuch des Blutdruckabfalls), Müdigkeit und Schweißausbrüche. Diese Symptome beruhen auch auf der plötzlichen Freisetzung motilitätsfördernder Darmpeptide. Etwa 1–3 Stunden später können hypoglykämische Symptome auftreten (Heißhunger, Unruhe, Schwitzen, Zittern), die auf eine überschießende Insulinsekretion zurückzuführen sind.
7.3.5
Erbrechen
Ursachen
Brechakt
7.3.6
Dünn- und Dickdarm
7.3.6.1
Dünndarm
Nichtpropulsive Peristaltik
Propulsive Peristaltik
•
Die Dehnung der Darmmukosa durch Speisebrei führt auf der aboralen (analwärts gelegenen) Seite zu einer Erschlaffung der Ringmuskulatur.
•
Parallel hierzu kontrahiert sich im gleichen Darmsegment die Längsmuskulatur.
•
Durch eine Kontraktion der Ringmuskulatur im oralwärts gelegenen Segment wird dem Darminhalt der Rückweg abgeschnitten.
Wandernder myoelektrischer Motorkomplex (MMC)
Klinik
Jede Erkrankung, die mit einer Störung der propulsiven Peristaltik und speziell des MMC einhergeht, hat eine verstärkte pathologische Bakterienbesiedlung des Dünndarms zur Folge. Die Bakterien dekonjugieren die im Darmlumen befindlichen Gallensäuren. Der hierdurch entstehende Gallensäuremangel führt zu einer verminderten Fettresorption (Kap. 7.4.5.2), die in Fettstühlen (Steatorrhö) klinisch sichtbar wird. Das Antibiotikum ErythromycinErythromycin fördert als Motilinagonist die Ausbildung von MMC-Wellen. Diese Wirkung erklärt die gastrointestinalen Nebenwirkungen von Erythromycin: Übelkeit, Diarrhö, Erbrechen, Darmkoliken.
Transitzeit
7.3.6.2
Dickdarm
Kontrolle der Motorik
Klinik
Beim Morbus Morbus:HirschsprungHirschsprung fehlen anlagebedingt in einem umschriebenen Segment des Rektums die Ganglienzellen des Plexus myentericus. Folge ist eine Dauerkontraktion dieses Segments, die zu einem praktisch vollständigen Stuhlverhalt mit Ausbildung eines enorm vergrößerten Kolons führt: kongenitales Megakolon.
Peristaltik
Als Peristaltik überwiegt eine nichtpropulsive Mischperistaltik, bei der sich jeweils nur ein oder zwei benachbarte Haustren kontrahieren. Die Fortbewegung des Darminhalts wird vor allem durch ein- oder zweimal täglich ablaufende propulsive Massenbewegungen sichergestellt, die den Chymus in einer propulsiven Peristaltikwelle vom Transversum bis zum Sigma befördern: Holzknecht-Bewegungen. Die Einleitung dieser Massenbewegung wird durch den gastrokolischen und den duodenokolischen Reflex gefördert. Ausgelöst werden diese Reflexe durch Dehnung von Magen und Duodenum bei der Nahrungsaufnahme. Auch die basale Mischperistaltik des Kolons wird durch die Nahrungsaufnahme reflektorisch gesteigert.
Gelangt der Stuhl ins Rektum, wird der über den Parasympathikus gesteuerte Defäkationsreflex ausgelöst (Kap. 14.4.2.2).
Transitzeit
Merke
Passagezeiten:
•
Dünndarm 2–10 Stunden
•
Kolon 2–3 Tage
7.3.7
Ileus
Ätiologie
Pathophysiologie
7.4
Sekretion
7.4.1
Grundlagen der gastrointestinalen Sekretion
7.4.1.1
Synthese der Verdauungssekrete
7.4.1.2
Exozytose
7.4.2
Speicheldrüsen
7.4.2.1
Vegetative Steuerung
•
Aktivierung des Parasympathikus führt zur vermehrten Produktion eines proteinarmen, serösen Speichels.
•
Aktivierung des Sympathikus führt zur Sekretion von dickflüssigem, mukösem Speichel aus Glandula sublingualis und Glandula submandibularis (nicht aber aus der Glandula parotis).
7.4.2.2
Ionentransport und Speichelproduktion
Primärspeichel
Der in den Drüsenazini gebildete Speichel (Primärspeichel) ist zunächst blutisoton (290 mosmol/l). Die treibende Kraft der Speichelproduktion ist eine klassische Na+-K+-ATPase (Kap. 1.4.2.4) in der dem Blut zugewandten (basalen) Zellmembran der Azinuszellen. Entlang dem von dieser ATPase aufgebauten Na+-Gradienten werden Na+, Cl− und K+-Ionen von den Zellen der Drüsenazini über einen Na+-K+-2Cl−-Cotransport (NKCC-Symport) aus dem Blut in die Zelle aufgenommen. Chlorid wird anschließend sekundär aktiv über einen CFTR-Cl−-Kanal in das Azinuslumen sezerniert (Kap. 1.4.2.3, Mukoviszidose). Natrium und Wasser folgen passiv auf parazellulärem Weg, Kalium verlässt die Azinuszelle wieder in Richtung Blutraum. In den Ausführungsgängen sinkt die Osmolarität des so gebildeten Primärspeichels auf bis zu 50 mosmol/l ab, da Na+-Ionen aktiv und Cl−-Ionen passiv resorbiert werden, während die Ausführungsgänge für Wasser wenig permeabel sind. Diese Na+-Resorption ist aldosteronabhängig (Kap. 10.5.2). Zusätzlich werden in den Ausführungsgängen geringe Mengen von K+ und HCO3− in den Speichel abgegeben (Abb. 7.2).
Speichelzusammensetzung
Die endgültige Osmolalität und die Zusammensetzung des Speichels sind von der Sekretionsrate abhängig. Mit steigender Sekretionsrate kommt es zu den folgenden Veränderungen:
•
Die Na+- und Cl−-Konzentrationen im Speichel steigen an, da die zur Rückresorption dieser Ionen zur Verfügung stehende Zeit abnimmt.SpeichelproduktionPrimärspeichel
•
Die Osmolalität des Speichels erhöht sich dadurch.
•
Die K+- und HCO3−-Konzentrationen sinken ab, da die zur Sekretion zur Verfügung stehende Zeit gleichfalls reduziert ist.
Merke
Hohe Speichelsekretionsrate:
•
Anstieg von Na+ und Cl− im Speichel
•
Abfall von K+ und HCO3− im Speichel
7.4.3
Magen
Lerntipp
Heiß geliebt vom IMPP: die Magensaftsekretion und ihre Steuerung. Vor allem die Einflüsse auf die Gastrinsekretion (Abb. 7.4) sollten sitzen.
7.4.3.1
Funktionelle Anatomie
•
Kardiaregion: tubuläre, stark geschlängelte Schleimdrüsen, die alkalischen Schleim produzieren
•
Fundus-Korpusregion: Schleim bildende Nebenzellen, Säure produzierende Belegzellen und Pepsinogen produzierende Hauptzellen
•
Pylorus-Region: Gastrin produzierende G-Zellen und einfach verzweigte tubuläre Schleimdrüsen
7.4.3.2
Salzsäuresekretion
Belegzellen
Die Salzsäureproduktion und -sekretion ist Aufgabe der Belegzellen in Fundus und Korpus der Magenschleimhaut, die eine isotone Lösung von 0,15-molarer Salzsäure mit einem pH von 0,8 sezernieren.
Ionentransport bei der Salzsäureproduktion
Charakteristisch für die Belegzellen sind die intrazellulären Canaliculi, die mit Mikrovilli besetzt sind. In diesen Mikrovilli sitzt das Schlüsselenzym der Salzsäuresekretion, die Energie verbrauchende H+-K+-ATPase. Sie sezerniert ein Proton ins Magenlumen und nimmt dafür ein K+-Ion in die Zelle auf. Das Proton entsteht intrazellulär aus der Dissoziation von Kohlensäure, die mithilfe von Carboanhydrase aus H2O und CO2 gebildet wurde. Das anfallende Bicarbonat wird im Austausch gegen Chlorid über den Cl−/HCO3−-Antiport aus der Belegzelle ins Blut abgegeben. Das in die Zelle aufgenommene Chlorid gelangt über Chloridkanäle an der luminalen Zellseite ins Magenlumen (Abb. 7.3). Die durch diese Mechanismen aufgebaute H+-Konzentration im Magenlumen liegt um den Faktor 106 höher als die H+-Konzentration im Zellinneren.Magen:SalzsäuresekretionBelegzellenH+-K+-ATPase
Die Entstehung von Kohlensäure in der Belegzelle wird durch die Carboanhydrase katalysiert. Eine Hemmung der Carboanhydrase (z. B. durch Acetazolamid) hemmt somit auch die H+-Ionen-Produktion der Belegzelle.
Klinik
Die H+-K+-ATPase an der luminalen Wand der Belegzellen kann durch Protonenpumpeninhibitoren wie z.B. Omeprazol irreversibel gehemmt werden. Die dadurch verminderte Salzsäuresekretion des Magens fördert die Abheilung eines Magengeschwürs oder einer Refluxösophagitis (Sodbrennen). Protonenpumpenhemmer sind weltweit eine der am meisten verkauften Medikamentengruppen!
7.4.3.3
Bicarbonatsekretion
7.4.3.4
Pepsinogensekretion
Pepsinogen, die inaktive Vorstufe des proteolytischen Enzyms Pepsin, wird von den Hauptzellen sezerniert. Es gibt mindestens 8 Pepsinogenvarianten, die jedoch alle durch Salzsäure und vor allem durch die Kombination von Salzsäure und bereits vorhandenem Pepsin aktiviert werden. Das Wirkoptimum von Pepsin liegt im pH-Bereich zwischen 1,8 und 3,5. Bei einem pH-Wert > 5 ist es nicht mehr proteolytisch wirksam.
Die Pepsinogensekretion unterliegt den gleichen Steuerungen wie die HCl-Sekretion.
7.4.3.5
Sekretion von Intrinsic-Faktor
Außer Salzsäure sezernieren die Belegzellen noch den Intrinsic-Faktor, ein Glykoprotein, das zusammen mit einem weiteren Protein, dem R-Protein (= Haptocorrin), für die Vitamin-B12-Resorption im Ileum unverzichtbar ist. Vitamin B12 aus der Nahrung bindet im Magen zunächst an das R-Protein. Durch Pankreasenzyme wird diese Verbindung im oberen Dünndarm gespalten und Vitamin B12 geht einen Komplex mit dem Intrinsic-Faktor ein. Dieser bindet dann an ein spezielles Rezeptormolekül im Ileum und wird so ins Blut aufgenommen.
Ein Vitamin-B12-Mangel ist fast nie durch Mangelernährung bedingt. Nur bei jahrelang durchgehaltener streng vegetarischer Diät (ohne Milch und Fleisch) wird meist zu wenig Vitamin B12 aufgenommen.Magen:PepsinogensekretionIntrinsic-Faktor
Klinik
Ein Vitamin-B12-Mangel kann nach einer Operation entstehen, bei welcher der Magen (Produktionsort des Intrinsic-Faktors) oder das Ileum (Resorptionsort) entfernt wurde.
Auch eine chronisch atrophische Gastritis mit Zerstörung der den Intrinsic-Faktor produzierenden Belegzellen hat häufig einen Vitamin-B12-Mangel zur Folge.
Sehr selten ist er Folge eines Transcobalaminmangels (Transportprotein für Vitamin B12 im Blut).
Klinisch äußert sich der Vitamin-B12-Mangel zunächst als Blutarmut: perniziöse Anämie. Die Reifung von Erythrozyten, Leukozyten und Thrombozyten ist gestört. Neurologisch stehen Entmarkungssymptome in den Hintersträngen (Ataxie) und in der Pyramidenbahn (Lähmungen) im Vordergrund: funikuläre Myelose. Zusätzlich entwickelt sich eine Polyneuropathie mit brennenden Missempfindungen an Händen und Füßen.
Merke
-
•
Belegzellen: Sekretion von Salzsäure und Intrinsic-Faktor
-
•
Nebenzellen: Bicarbonatsekretion
-
•
Hauptzellen: Pepsinsekretion
7.4.3.6
Gastrinsekretion
Die G-Zellen des Antrums sezernieren das Hormon Gastrin (Abb. 7.4), ein Polypeptid, das ein starker Stimulus der HCl-Freisetzung aus den Belegzellen ist. Zu seinem Wirkort, den Belegzellen, gelangt Gastrin auf dem Blutweg. An den Belegzellen bindet Gastrin an ein G-Protein und aktiviert so die IP3-Kaskade (Kap. 1.7.2).
Intrinsic-Faktor\t \"Siehe MagenMagen:Intrinsic-FaktorSomatostatinSomatostatin (= SIH, Somatotropin Inhibiting Hormone), das von den δ-Zellen des Pankreas gebildet wird (Kap. 10.7.3, Tab. 7.9), hemmt die Gastrinsekretion, die Sekretion von Pankreasenzymen und Pankreashormonen (Insulin und Glucagon) sowie die Motilität des Magen-Darm-Trakts und der Gallenblase. Somatostatin bremst dadurch die Verdauungsaktivität (zur Hemmwirkung von Somatostatin auf die Sekretion des Wachstumshormons GH Kap. 10.3.2.4).
Klinik
Ein GastrinomGastrinom ist ein meist maligner Tumor, der unkontrolliert Gastrin bildet und der in 80% der Fälle im Pankreas liegt. Durch die Gastrinüberproduktion kommt es zum sog. Zollinger-Ellison-Syndrom mit rezidivierenden und therapieresistenten Ulzera in Magen und Dünndarm.
7.4.3.7
Steuerung der Magensaftsekretion
Phasen
Im Nüchternzustand schöpft der Magen nur 10% seiner Sekretionskapazität aus. Im Rahmen der Nahrungsaufnahme kommt es zur Stimulation der Magensaftsekretion, wobei sich 3 typische Phasen unterscheiden lassen:
•
Zephalische Phase: Bereits durch Anblick und Geruch des Essens steigt (über den N. vagus vermittelt) die Magensaftsekretion. Die Hälfte des insgesamt bei der Nahrungsaufnahme produzierten Magensaftes wird in dieser Phase sezerniert. Die Wirkung des N. vagus wird auf zwei Wegen vermittelt: Direkte Aktivierung von muscarinergen Rezeptoren an den Belegzellen und Freisetzung von Gastrin Releasing Peptide (GRP), das über die Stimulierung von G-Zellen die Gastrinsekretion fördert.Magen:Gastrinsekretion
•
Gastrale Phase: Die Dehnung des Magens führt über den N. vagus zu einer Stimulation der Magensaftsekretion. Chemische Reize von Nahrungsmitteln, besonders Eiweißabbauprodukte (Peptide, Aminosäuren) sowie Alkohol und Koffein, fördern die Gastrinfreisetzung und steigern so ebenfalls den Magensaftausstoß.
•
Intestinale Phase: Auch Dehnung und Eiweißabbauprodukte im Dünndarm können die Magensaftsekretion stimulieren. Insgesamt überwiegt jedoch in der intestinalen Phase die Hemmung der Magensaftausschüttung durch ein saures Milieu (pH < 3) oder die Anwesenheit von Fetten und hyperosmolarem Speisebrei im Dünndarm. Aufgrund dieser beiden Stimuli werden die intestinalen Hormone Sekretin und Bulbogastron aus der Dünndarmschleimhaut freigesetzt, welche die Magensaftsekretion reduzieren.
Beeinflussung der Belegzellen
Auf der Ebene der Belegzelle wird die HCl-Sekretion durch Acetylcholin (N. vagus), Histamin (ECL-Zellen = Enterochromaffin-like Cells) und Gastrin (G-Zellen) gesteigert. Für jede dieser 3 Substanzen finden sich spezifische Rezeptoren an der Oberfläche der Belegzellen (Abb. 7.5): Magen:Magensaftsekretion
•
Muscarinerge M3-Acetylcholinrezeptoren (IP3-vermittelt, Kap. 14.3.2.1)
•
H2-Histaminrezeptoren (cAMP-vermittelt)
•
CCKB-/Gastrinrezeptoren (IP3-vermittelt)
Zwischen Gastrin- und Histaminrezeptor besteht eine obligate Wechselwirkung, d. h., die HCl-Freisetzung wird nur stimuliert, wenn beide Rezeptoren aktiviert werden. Auch zwischen Acetylcholin- und Histaminrezeptor besteht eine solche Wechselwirkung, die allerdings nicht obligat ist, d. h., auch bei getrennter Stimulation wird HCl freigesetzt, wenn auch in geringerem Ausmaß als bei gleichzeitiger Aktivierung.
Somatostatin und Prostaglandin E2 hemmen die Adenylatcyclaseaktivität der Belegzellen und dadurch die HCl-Sekretion.
Klinik
Für eine optimale Stimulation der Belegzelle ist eine gemeinsame Aktivierung von H2- und Gastrinrezeptoren erforderlich. Deshalb lässt sich mit Pharmaka, die isoliert die H2-Rezeptoren blockieren (H2-Rezeptoren-Blocker, z.B. Cimetidin), bereits eine deutliche Reduktion der Magensäuresekretion erreichen (Therapie von Sodbrennen oder Magengeschwüren).
pH-Wert
Die Salzsäuresekretion wird durch einen niedrigen pH-Wert im Magen gehemmt. Auch ein niedriger pH-Wert im Duodenum und ein hoher Fettgehalt in diesem Bereich bremsen die Salzsäuresekretion, da hierdurch gastrointestinale Peptidhormone (Sekretin, GIP, VIP, Somatosta- tin, s. Tab. 7.9) freigesetzt werden, welche die Belegzellen hemmen.
Merke
-
•
Gesteigerte Salzsäuresekretion durch:
–
AcetylcholinBelegzellen:Beeinflussung
–
Histamin
–
Gastrin
-
•
Verminderte Salzsäuresekretion durch:
–
pH-Wert↓ in Magen und Duodenum
–
Fettgehalt↑ im Duodenum
–
Somatostatin
–
Sekretin
–
Prostaglandin E2
7.4.3.8
Schutzmechanismen der Magenschleimhaut
Mukosabarriere
Weitere Schutzfaktoren
•
Ausreichende Schleimhautdurchblutung
•
Alkalischer Film aus von den Nebenzellen sezerniertem HCO3− und Muzinen (Schleim)
Klinik
Magen- und Zwölffingerdarmgeschwüre (Ulcus ventriculi und Ulcus duodeni) sind häufige Erkrankungen. Aufgrund einer Schädigung der Magenschleimhaut durch „Selbstverdauung“ liegt die unter der Schleimhaut befindliche Submukosa frei. Ein Geschwür entsteht, wenn die protektiven Faktoren (neutralisierender Magenschleim) den aggressiven Faktoren (Salzsäure, Pepsin, Alkohol, Nikotin) unterlegen sind. Die Besiedlung mit Helicobacter-pylori-Bakterien macht die Magenschleimhaut anfälliger für die Magensäure und ist die häufigste Ursache für Ulcera ventriculi und Ulcera duodeni. Therapie der Wahl ist die Eradikation von Helicobacter pylori bei gleichzeitiger Reduktion der Salzsäuresekretion durch die kombinierte Gabe von Antibiotika und einem Protonenpumpeninhibitor.
Helicobacter-negative Ulcera sind in den meisten Fällen durch Einnahme von Acetylsalicylsäure oder nichtsteroidalen Antirheumatika bedingt, welche die Synthese der protektiven Prostaglandine in der Magenschleimhaut hemmen (Kap. 10.8.5).
7.4.4
Pankreas
7.4.4.1
Zusammensetzung des Pankreassekretes
Pankreasenzyme werden von den Azini der Bauchspeicheldrüse ausgeschieden. Sie sind überwiegend Hydrolasen, die Proteine, Stärke, Fette und Ribonukleinsäuren spalten können. TrypsinTrypsin und ChymotrypsinChymotrypsin werden in Form ihrer inaktiven Vorstufen als Trypsinogen und Chymotrypsinogen sezerniert. Durch die Einwirkung des von der Dünndarmmukosa produzierten Enzyms Enterokinase werden sie zu Trypsin und Chymotrypsin aktiviert, wobei Trypsin die Umwandlung weiterer inaktiver Proteasevorstufen katalysiert. So fördert Trypsin autokatalytisch die Umwandlung von Trypsinogen in Trypsin und auch die Umwandlung von Chymotrypsinogen in Chymotrypsin. Pankreaslipase, Pankreasamylase und die Ribonucleasen werden dagegen als bereits voll aktive Enzyme sezerniert.
7.4.4.2
Steuerung der Pankreassekretion
Die Pankreassekretion wird hauptsächlich von den beiden gastrointestinalen Hormonen Sekretin und Cholecystokinin (CCK) kontrolliert:
Sekretin
Sekretin stimuliert die Epithelien der Pankreasgänge zur Ausschüttung eines bicarbonatreichen, dünnflüssigen Sekrets. Diese Wirkung wird über Aktivierung der Adenylatcyclase und das cAMP-System vermittelt (Kap. 1.7.1). Mit zunehmender Sekretionsrate steigt die Bicarbonatkonzentration im Pankreassaft, während die Chloridkonzentration zurückgeht. Die Chloridkonzentration im Pankreassekret kann dabei auf Werte um 30mmol/l sinken, also weit unter die Chloridkonzentration im Plasma (110mmol/l). Die Bicarbonatkonzentration liegt mit 125mmol/l dagegen deutlich über der Plasmakonzentration von 24mmol/l. Die Na+-Konzentration bleibt unabhängig von der Sekretionsrate konstant. Mit einer Osmolalität von ca. 300 mosmol/kg ist der Pankreassaft isoton zum Blutplasma.
Cholecystokinin
Sonstige Faktoren
Klinik
Wird Pankreasgewebe im Rahmen einer chronischen Pankreatitis zerstört, gehen Produktion und Ausscheidung der pankreatischen Verdauungsenzyme zurück: exokrine Pankreasinsuffizienz. In 60–80% der Fälle ist ein chronischer Alkoholabusus die Ursache.
Auch im Rahmen einer MukoviszidoseMukoviszidose kann sich eine Pankreatitis entwickeln: Der für die Mukoviszidose typische zähflüssige Schleim verstopft die Ausführungsgänge des Pankreas. Durch den Rückstau der Pankreasenzyme wird das Pankreasgewebe geschädigt, wodurch sich eine exokrine Pankreasinsuffizienz ausbildet.
7.4.5
Leber und Galle
7.4.5.1
Gallenbildung
Die Leber ist das wichtigste Stoffwechselorgan des Körpers. Sie produziert aber auch ein Verdauungssekret, die Galle, deren charakteristische Bestandteile die Gallensäuren (Cholsäure und Chenodesoxycholsäure) sowie der Gallenfarbstoff Bilirubin sind. Pro Tag wird von den Hepatozyten etwa 1l Galle in die Gallengänge sezerniert. Neben Gallensäuren und Gallenfarbstoff enthält die Galle Cholesterin, Na+-, K+-, Ca2+- und Bicarbonat-Ionen.
Leber- und BlasengalleÜber das Gallengangsystem erreicht die Galle die Gallenblase, wo sie gespeichert und auf bis zu 20 % ihres Ursprungsvolumens eingedickt wird. Diese Gallenkonzentrierung in der Gallenblase beruht auf einem aktiven Auswärtstransport von Na+- und Cl−-Ionen, denen Wasser passiv folgt. Die Konzentrationen der einzelnen Bestandteile in Lebergalle und Blasengalle sind deshalb unterschiedlich (Tab. 7.6). In der Blasengalle sind im Vergleich zur Lebergalle die Gallensäuren am stärksten konzentriert.
7.4.5.2
Aufgaben der Galle
Ausscheidung
Über die Galle werden Medikamente und Giftstoffe, aber auch z.B. Bilirubin als Abbauprodukt des Hämoglobinstoffwechsels ausgeschieden. Auch der Cholesterinhaushalt wird durch die Ausscheidung von Cholesterin mit der Galle reguliert.
Fettverdauung
Außerdem sind die Gallensäuren, die sowohl über hydrophile als auch über lipophile Gruppen verfügen, für die Fettverdauung unverzichtbar:
•
Sie bilden zusammen mit Lecithin im Dünndarm aus den Nahrungsfetten eine Emulsion, wodurch diese Nahrungsfette für die Fett verdauenden Enzyme besser zugänglich werden.GalleLeberLeber:GallenbildungGalle:Ausscheidung
•
Die durch Lipolyse entstandenen Abbauprodukte der Nahrungsfette werden im Darmlumen in sog. Mizellen aus Gallensäuren transportiert (Kap. 7.6.4.1). Hierbei handelt es sich um eine „Verpackung“ der Fette, bei denen die nach außen gerichteten hydrophilen Gruppen der Gallensäuren eine Lösung der Mizelle in Wasser ermöglichen, während die lipophilen Gruppen in Richtung der im Inneren der Mizelle gelegenen Fette weisen.
7.4.5.3
Ausschüttung der Galle ins Duodenum
7.4.5.4
Enterohepatischer Kreislauf
Nach Resorption der Fette aus den Mizellen durch die Darmmukosa bleiben die Gallensäuren zunächst im Darmlumen zurück. 50% der Gallensäuren werden anschließend passiv in Dünn- und Dickdarm aufgenommen.
Die aktive Rückresorption der Gallensäuren vollzieht sich (wie die von Vitamin B12) im terminalen Ileum. Weniger als 10% der über die Galle in den Darm abgegebenen Gallensäuren werden endgültig mit den Fäzes ausgeschieden (Abb. 7.7). Die wiederaufgenommenen Gallensäuren gelangen über das Pfortaderblut erneut zur Leber, wo sie wieder in die Galle sezerniert werden können, sodass sich der Gallensäurekreislauf schließt. Je höher die Konzentration von Gallensäuren im Pfortaderblut, desto mehr Gallensäuren werden in die Leberzellen aufgenommen und anschließend in die Gallengänge sezerniert: choleretische Wirkung der Gallensäuren.
Wegen der relativ geringen Gesamtmenge an Gallensäuren von 2–4 g muss dieser enterohepatische Kreislauf in 24 Stunden 6- bis 10-mal durchlaufen werden, um ein ausreichendes Gallensäurenangebot zur Fettresorption im Dünndarm bereitzustellen.
Merke
Enterohepatischer Kreislauf: 90% der Gallensäuren werden rückresorbiert.
7.4.5.5
Bilirubin
7.4.6
Dünn- und Dickdarmsekrete, Darmflora, Stuhl
7.4.6.1
Sekrete von Dünn- und Dickdarm
Brunner-Drüsen
Epithelzellen
Klinik
Das gramnegative Bakterium Vibrio cholerae produziert das Choleratoxin, welches u.a. den Einbau von CFTR-Chlorid-Kanälen in die Darmmukosa fördert. Dadurch gehen dem Körper bis zu 1l NaCl-haltiges Sekret pro Stunde über den Darm verloren. Diese Wirkung wird über einen erhöhten cAMP-Gehalt der Zelle vermittelt (Kap. 1.7.1).
7.4.6.2
Darmflora
Das Kolon ist physiologischerweise von verschiedenen Bakterienspezies (u.a. Bifidus und Bacteroides) besiedelt: 1010–1012 Bakterien pro ml Darminhalt. Diese produzieren durch ihre Stoffwechselaktivität einige vom menschlichen Organismus verwertbare Substanzen wie z.B. Vitamin K, Vitamin B12, Thiamin und Riboflavin. Das von den Darmbakterien produzierte Vitamin K ist besonders wichtig, da die mit der Nahrung aufgenommene Menge oft nicht ausreicht. Das von den Darmbakterien im Kolon ebenfalls synthetisierte Vitamin B12 kann vom Organismus nicht in ausreichendem Maße resorbiert werden, sodass eine externe Zufuhr von Vitamin B12 erforderlich ist (Kap. 7.4.3.5).
Klinik
Das durch den bakteriellen Abbau von Nahrungsproteinen im Darm entstehende neurotoxische Ammoniak (NH3) wird aus dem Darm ins Blut resorbiert und beim Gesunden in der Leber entgiftet (u.a. im Harnstoffzyklus). Bei Patienten mit gestörter Leberfunktion (z.B. bei Leberzirrhose) ist diese Entgiftungsfunktion stark eingeschränkt. Nach Aufnahme proteinreicher Nahrung oder bei Blutungen in den Magen-Darm-Trakt (Proteinanteil des Hämoglobins) kann es daher bei diesen Patienten zu toxischen Symptomen im Bereich des ZNS kommen, die von Verwirrtheit über Benommenheit bis hin zum tiefen Koma gehen können: hepatische Enzephalopathie.
7.4.6.3
Gastrointestinale Gasbildung
Die Gasbildung im Kolon, die unter normalen Bedingungen etwa 600ml/Tag beträgt, ist eine Folge der Aktivität der Darmbakterien. Die Gase, vorwiegend CO2, H2 und CH4 (Methan), entstehen vor allem beim bakteriellen Celluloseabbau. Eine cellulosereiche Diät (Hülsenfrüchte) kann die Gasproduktion um das 10-Fache steigern.
7.4.6.4
Zusammensetzung des Stuhls
7.4.7
Pathophysiologie: Gallensteine
7.4.7.1
Cholesterinsteine
Gallensteine sind sehr häufig und finden sich in westlichen Industrienationen bei etwa jeder 3. Frau und jedem 15. Mann. Sie bestehen in 90% der Fälle aus Cholesterin. Normalerweise wird Cholesterin in der Galle durch Gallensäuren und Phospholipide in mizellärer Lösung gehalten. Während die normale Galle Gallensäuren, Phospholipide (Lecithin) und Cholesterin im Verhältnis von 60 : 30 : 10 enthält, herrscht in der Galle von Gallensteinträgern eine erhöhte Konzentration von Cholesterin und/oder eine erniedrigte Konzentration von Gallensäuren und Phospholipiden.
7.4.7.2
Bilirubinsteine
Selten finden sich auch Bilirubinsteine, vor allem bei Erkrankungen mit erhöhtem Anfall von Bilirubin, z.B. bei chronischen Hämolysen.
Klinik
Gallensteine machen sich durch Oberbauchschmerzen bemerkbar, die besonders nach fetthaltigen Mahlzeiten auftreten. Die Schmerzen entstehen dadurch, dass der Gallenfluss aus der Gallenblase durch die Steine gestört wird. Durch die Blockade des Gallenabflusses kann es zum Übertritt von Bilirubin ins Blut und dadurch zur Gelbfärbung der Skleren und der Haut kommen: Ikterus. Da zugleich das Bilirubinabbauprodukt Sterkobilin im Darm nicht mehr gebildet werden kann, ist der Stuhl bei einem solchen Verschlussikterus tonfarben oder vollständig entfärbt.
7.5
Aufschluss der Nahrung
7.5.1
Kohlenhydrate
Eine Ausnahme hiervon bildet die LactaseLactase, die, genetisch bedingt, oft nur in geringen Mengen im Bürstensaum gefunden werden kann. Bei Personen mit Lactasemangel kommt es nach Zufuhr von Lactose (z.B. mit Milchprodukten) zu einer Diarrhö. Verantwortlich hierfür ist die osmotische Wirkung der nicht resorbierbaren Lactose, die zur vermehrten Ausscheidung eines wässrigen Stuhls führt.
Merke
Bürstensaumenzyme: Lactase, Sucrase, Maltase, α-1,6-Glucosidase.
7.5.2
Proteine
Werden Proteine nicht im normalen Umfang in Magen und Darm verdaut, spricht man von Proteinmaldigestion. Zu einer MaldigestionMaldigestion von Proteinen kann es im Rahmen einer exokrinen Pankreasinsuffizienz kommen. Meist treten jedoch Störungen der Fettverdauung („Fettstühle“ = Steatorrhö) bei der Pankreasinsuffizienz früher auf als Störungen der Proteinverdauung. Werden ausreichend verdaute Nahrungsbestandteile anschließend nicht resorbiert, spricht man von einer MalabsorptionMalabsorption. Die häufigste Ursache ist eine Schädigung der Dünndarmschleimhaut.
7.5.3
Lipide
•
Lecithin und Gallensäuren verwandeln die Nahrungsfette in eine Fettemulsion aus etwa 5 nm großen Fetttröpfchen. Diese Emulgierung der Nahrungsfette in Wasser ist die Voraussetzung dafür, dass die wasserlöslichen Lipasen die Fette von der wässrigen Oberfläche dieser emulgierten Fetttropfen her angreifen können.
•
Die Pankreaslipase spaltet durch Hydrolyse die 2 äußeren Fettsäuren der Triglyceride ab, sodass ein 2-Monoglycerid und 2 freie Fettsäuren entstehen.
•
Dieses Monoglycerid und die freien Fettsäuren werden in den von den Gallensäuren gebildeten Mizellen zur Resorption in Richtung Darmmukosa transportiert (Kap. 7.6.4.1).
7.6
Nahrungsresorption
7.6.1
Gastrointestinaler Transport
•
Passiver parazellulärer Transport: Hierbei gelangen Wasser oder in Wasser gelöste Substanzen passiv über Diffusion durch die interzellulären Spalten zwischen den Darmepithelzellen ins Gewebe. Die Weite dieser interzellulären Spalten nimmt im Darm von proximal nach distal ab.
•
Aktiv transzellulärer Transport: Die Substanzen werden über die luminale, d. h. darmwärts gelegene Membran des Enterozyten aufgenommen, durch das Zytosol geschleust und an der basalen Zellmembran in das Interstitium abgegeben. Die Energie für den Transport liefert die Na+-K+-ATPase an der zur Blutseite hin gelegenen basolateralen Zellmembran. Sie hält die Na+-Konzentration im Enterozyten niedrig, sodass Na+-gekoppelte sekundär aktive Symporter die Nahrungsbestandteile in die Zellen transportieren können (Kap. 7.6.3).
7.6.2
Monosaccharide
Sekundär-aktiv: Natrium-Glucose-Symport
Passiv: Fructose
Merke
Glucose- und Galaktoseaufnahme: sekundär aktiver Na+-Symport.
7.6.3
Aminosäuren und Oligopeptide
Tertiär aktiver H+-Symport
Ein Drittel der Aminosäuren wird in Form von Di- und Tripeptiden über einen tertiär aktiven H+-Symport (Kap. 1.4.2.4) aufgenommen. Diese Di- und Tripeptide werden erst in den Zellen der Darmschleimhaut zu Aminosäuren hydrolysiert.
Sekundär aktiver Na+-Symport
Freie Aminosäuren werden meist in Form eines Energie verbrauchenden, sekundär aktiven Transports im Verbund mit Na+-Ionen in die Darmschleimhaut aufgenommen: Natrium-Symport.
Es existieren mindestens 4 sekundär aktive Na+-Symporter, die jeweils eine bestimmte Gruppe von Aminosäuren transportieren (Tab. 7.8).OligopeptideH+-SymportH+-Symport:Tertiär aktiverAminosäuren
7.6.4
Lipide
7.6.4.1
Fettresorption
7.6.4.2
Intrazelluläre Lipidresynthese
Die in die Enterozyten diffundierten Spaltprodukte der Fette werden dort in das endoplasmatische Retikulum aufgenommen und zu neuen Triglyceriden verbunden. Auch die Phospholipide (Lecithin) und die Cholesterinester werden aus ihren Spaltprodukten (Lysolecithin, Cholesterin) erneut synthetisiert: Lipidresynthese.
7.6.4.3
Bildung von Lipoproteinen
•
ChylomikronenChylomikronen bestehen aus dem Glykoprotein Apolipoprotein B-48 und etwa 90% Triglyceriden, 7% Phospholipiden und 2% Cholesterin. Sie werden von der Darmzelle in die umliegenden Lymphkapillaren abgegeben. Von dort gelangen sie über den Ductus thoracicus ins Venensystem. Ein Großteil der in den Chylomikronen transportierten Triglyceride wird nach Abbau der Chylomikronen durch die im Plasma vorhandene Lipoproteinlipase der Muskulatur und dem Fettgewebe als freie Fettsäuren zugeführt. Der Rest, die Chylomikronen-Remnants, binden an LDL-Rezeptoren der Leber.
•
In der Leber werden die kleineren VLDLVLDL (Very Low Density Liproproteins) synthetisiert, die das Apolipoprotein B-100 als Wandbestandteil enthalten. Diese Apolipoproteinhülle umschließt eine Fettmischung von 60% Triglyceriden, 20% Cholesterin und 20% Phospholipiden. So können Cholesterin und Triglyceride aus der Leber in den Kreislauf gelangen. VLDL werden von der Lipoproteinlipase hydrolysiert und den verschiedenen Geweben zur Verfügung gestellt, wobei VLDL-Remnants übrig bleiben.
•
Mit einem Cholesterinanteil von 50 % sind die LDLLDL (Low Density Lipoproteins) noch cholesterinreicher. Sie entstehen aus den VLDL-Remnants. LDL werden von speziellen LDL-Rezeptoren, die sich in praktisch allen Geweben finden, aus dem Blut in die Zellen aufgenommen.
•
HDLHDL (High Density Lipoproteins) enthalten vorwiegend Apolipoprotein A1 als Wandbestandteil und dienen dem Rücktransport von Cholesterin aus den peripheren Geweben in die Leber. Apolipoprotein A1 aktiviert eine Lecithin-Cholesterin-Acyltransferase (LCAT), die Cholesterin verestert, sodass es in die HDL-Partikel gelangen kann. Die Cholesterinester werden dann entweder direkt mit den HDL-Partikeln in die Leber aufgenommen oder unter Vermittlung des Cholesterinester-Transferproteins (CETP) auf LDL-Partikel übertragen. Mit diesen werden sie in die Leber befördert.
7.6.4.4
Resorption von mittel- und kurzkettigen Triglyceriden
Klinik
Hohe Konzentrationen von Cholesterin im Blut sind mit einem erhöhten Arteriosklerose-Risiko verbunden. Diese „Arterienverkalkung“ liegt der koronaren Herzerkrankung (Verschluss: Herzinfarkt), der Zerebralsklerose (Verschluss: Hirninfarkt) und der peripheren Verschlusskrankheit der Beingefäße zugrunde. Die Höhe der cholesterinreichen LDL-Fraktion ist hierbei für das Risiko maßgeblich, während hohe HDL-Spiegel mit einem deutlich reduzierten Arteriosklerose-Risiko einhergehen.
Bei der erblichen HypercholesterinämieHypercholesterinämie, die in ihrer heterozygoten Form mit einer Erkrankungshäufigkeit von 1 : 500 auftritt, ist das für den LDL-Rezeptor kodierende Gen durch eine Mutation defekt. Dadurch werden weniger LDL-Rezeptoren gebildet; die LDL-Aufnahme in die Gewebe ist gestört, die LDL-Konzentration im Serum erhöht. Die Betroffenen leiden an einer schon früh auftretenden Arteriosklerose: 70 % der Männer und 50 % der Frauen erleiden bereits bis zum Alter von 60 Jahren einen Myokardinfarkt. Bei homozygoten Genträgern (Häufigkeit 1 : 1 Million) treten arteriosklerotische Komplikationen bereits in der Kindheit auf; Unbehandelt sterben die Patienten meist schon vor dem 30. Lebensjahr an einem Myokardinfarkt.
7.6.5
Wasser und Elektrolyte
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Natrium: Natrium diffundiert zunächst passiv, seinem Konzentrationsgefälle folgend, über die luminale Zellmembran in den Enterozyten (Abb. 7.10a). Dort wird die Na+-Ionen-Konzentration durch aktive Na+-K+-Pumpen, die das eingedrungene Natrium über die basolaterale Zellmembran (Blutseite) ins Interstitium abpumpen, niedrig gehalten (Abb. 7.10f). Im Kolon verhindern die relativ dichten Tight Junctions zwischen den Darmepithelzellen einen Rückstrom der Na+-Ionen in die Darmflüssigkeit, sodass dort eine maximale Natriumresorption auch bei niedrigem Natriumgehalt der Darmflüssigkeit gewährleistet ist.
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Kalium: Kalium diffundiert in geringem Ausmaß aus den Enterozyten ins Darmlumen. Die K+-Ausscheidung mit den Fäzes liegt bei 0,4g/24 h (zum Vergleich: die K+-Ausscheidung über die Nieren beträgt 3–4g/24 h). Die Resorptions- und Sekretionsvorgänge von Natrium und Kalium werden in gleicher Weise wie in der Niere von Aldosteron beeinflusst: Aldosteron steigert die Na+-Resorption und die K+-Sekretion der Darmmukosa (Abb. 7.10c).
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Chlorid, Bicarbonat: Chlorid- und Bicarbonat-Ionen werden überwiegend bereits in Duodenum und Jejunum resorbiert.
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Calcium: Die Calciumresorption erfolgt vorwiegend im oberen Dünndarm und wird durch Anwesenheit von 1,25-Dihydroxycholecalciferol (1,25[OH]2-Vitamin-D3, Calcitriol) gesteigert (Kap. 10.6.3).
Merke
Wasserresorption:
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80 % im Dünndarm
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19 % im Dickdarm
7.7
Humorale Steuerung der Magen-Darm-Funktion
Lerntipp
Gastrointestinale Hormone und Peptide werden gerne gefragt. In Tab. 7.9 sind die wichtigsten Funktionen zusammenfassend dargestellt. Gut einprägen!