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B978-3-437-41883-9.00007-4

10.1016/B978-3-437-41883-9.00007-4

978-3-437-41883-9

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 HCO3Cl-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

Tab. 7.1
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

Tab. 7.2
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

Tab. 7.3
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

Tab. 7.4
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

Tab. 7.5
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

Tab. 7.6
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

Tab. 7.7
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

Tab. 7.8
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

Tab. 7.9
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

    • 7.2.1

      Nahruxngsmittel174

    • 7.2.2

      Inadäquate Ernährung178

    • 7.2.3

      Parenterale Ernährung179

  • 7.3

    Motorik des Magen-Darm-Trakts180

    • 7.3.1

      Nervale Steuerung180

    • 7.3.2

      Grundtypen gastrointestinaler Motilität180

    • 7.3.3

      Kauen und Schlucken180

    • 7.3.4

      Magenmotorik181

    • 7.3.5

      Erbrechen182

    • 7.3.6

      Dünn- und Dickdarm182

    • 7.3.7

      Ileus184

  • 7.4

    Sekretion184

    • 7.4.1

      Grundlagen der gastrointestinalen Sekretion184

    • 7.4.2

      Speicheldrüsen185

    • 7.4.3

      Magen186

    • 7.4.4

      Pankreas190

    • 7.4.5

      Leber und Galle191

    • 7.4.6

      Dünn- und Dickdarmsekrete, Darmflora, Stuhl193

    • 7.4.7

      Pathophysiologie: Gallensteine194

  • 7.5

    Aufschluss der Nahrung194

    • 7.5.1

      Kohlenhydrate194

    • 7.5.2

      Proteine194

    • 7.5.3

      Lipide195

  • 7.6

    Nahrungsresorption195

    • 7.6.1

      Gastrointestinaler Transport195

    • 7.6.2

      Monosaccharide196

    • 7.6.3

      Aminosäuren und Oligopeptide196

    • 7.6.4

      Lipide197

    • 7.6.5

      Wasser und Elektrolyte198

  • 7.7

    Humorale Steuerung der Magen-Darm-Funktion199

IMPP-Hits

  • Regulation der Magensekretion, vor allem: Gastrinsekretion

  • Pankreasenzyme und ihre hormonelle Steuerung

  • Eisenhaushalt

Wegweiser

Die richtige Zusammensetzung der Nahrung ist für die Gesundheit entscheidend, wenn man Erkrankungen durch inadäquate Ernährung vermeiden will (Kap. 7.2). Die Motorik (Kap. 7.3) und die Sekretion (Kap. 7.4) im Magen-Darm-Trakt schaffen optimale Voraussetzungen für den Aufschluss der Nahrung (Kap. 7.5) und die Nahrungsresorption (Kap. 7.6).

Ernährung

Nahrungsmittel

Zusammensetzung der Nahrung
NahrungsmittelNahrungsmittel:ZusammensetzungErnährungDie Nahrung besteht aus Energiespendern (Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette) und den zusätzlich für die Funktion des Organismus unverzichtbaren Vitaminen und Spurenelementen. Ballaststoffe (wie z. B. die nichtabbaubare Cellulose in pflanzlicher Nahrung) sind zwar nicht lebensnotwendig, können aber die Darmfunktion durch Anregung der Peristaltik beschleunigen.
Prinzipiell sind die einzelnen Energieträger (Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette) gegeneinander austauschbar: Isodynamie der Nährstoffe. Dies gilt jedoch nur im Hinblick auf den Betriebsstoffwechsel. Für den Aufbau von Körpergewebe (Baustoffwechsel) werden dagegen bestimmte Mindestmengen aller 3 Stoffe benötigt.
Kohlenhydrate
Die Kohlenhydrate Kohlenhydratewerden nach der Anzahl der enthaltenen Zuckerbausteine in Monosaccharide (Einfachzucker), Disaccharide (2 Zuckerbausteine), Oligosaccharide (wenige Zuckerbausteine) und Polysaccharide (viele Zuckerbausteine) eingeteilt.
Vorkommen in der Nahrung
In der Kohlenhydrate:VorkommenNahrung sind Kohlenhydrate vorwiegend in den Polysacchariden der pflanzlichen Stärke und der tierischen Stärke (Glykogen) enthalten. Daneben werden Kohlenhydrate in Form der Disaccharide Lactose (1 Molekül Glucose + 1 Molekül Galaktose) und Saccharose (Rohrzucker: 1 Molekül Glucose + 1 Molekül Fructose) aufgenommen. Das pflanzliche Polysaccharid Cellulose kann von den menschlichen Verdauungsenzymen nicht abgebaut werden – wohl aber von den anaeroben Bakterien in Kolon und Rektum (Kap. 7.4.6.2).
Funktion
Kohlenhydrate:FunktionKohlenhydrate sind die Energielieferanten des Körpers. Das Gehirn ist für seine Energieversorgung fast ausschließlich auf Glucose angewiesen. Bei kohlenhydratfreier Ernährung werden Proteine zur Glucosegewinnung abgebaut. Unter Hungerbedingungen kann das Gehirn auch Ketonkörper (Abbauprodukte des Fettstoffwechsels) verstoffwechseln.
Bedarf
Der Kohlenhydrate:BedarfKohlenhydratbedarf liegt bei mindestens 100 g/Tag (für das Gehirn). Falls Glucose alternativ aus Proteinen gewonnen werden soll, sind mindestens 200 g zusätzliches Eiweiß zur Gluconeogenese erforderlich. Etwa 50–55 % der gesamten Energiezufuhr sollten über Kohlenhydrate gedeckt werden.
Vorrat
Der Körper Kohlenhydrate:Vorratverfügt mit dem vorwiegend in der Leber gespeicherten Glykogen über einen Kohlenhydratvorrat von etwa 350 g.

Merke

Kohlenhydrate:

  • Bedarf des Gehirns 100 g/Tag

  • Körpereigene Vorräte (als Glykogen) 350 g

Eiweiß
Vorkommen in der Nahrung
EiweißÜber die Eiweiß:VorkommenAufnahme von Proteinen (= Eiweiß) erhält der Körper die zum Aufbau seiner Strukturen (z. B. Muskeln, Enzyme, Plasmaproteine) erforderlichen Aminosäuren. Auch wird mit den Proteinen der zur Synthese von stickstoffhaltigen Substanzen (Purinen, Pyrimidinen, Porphyrinen) erforderliche organische Stickstoff aufgenommen. Nach der Herkunft unterscheidet man:
  • Pflanzliche Proteine: vor allem in Brot, Hülsenfrüchten und Kartoffeln

  • Tierische Proteine: in Fleisch, Fisch, Milch, Milchprodukten und Eiern

Biologische Wertigkeit
Eiweiß:Biologische WertigkeitNicht alle Nahrungsproteine können den Stickstoff- und Aminosäurebedarf des Organismus gleich gut decken. Dies beruht auf der unterschiedlichen Aminosäurezusammensetzung der Nahrungsproteine. Proteine, deren spezielle Aminosäurezusammensetzung für den Organismus optimal verwertbar ist, werden als Proteine mit hoher biologischer Wertigkeit, solche, deren Aminosäuremuster dem Bedarf des Organismus nicht voll entspricht, als Proteine mit niedriger biologischer Wertigkeit bezeichnet.
Als Bezugsgröße hat Volleiprotein eine biologische Wertigkeit von 100, d. h., 100 g Volleiprotein können 100 g Körperprotein ersetzen. Pflanzliche Proteine haben biologische Wertigkeiten zwischen 60 und 70, tierische Proteine zwischen 80 und 100. In der Praxis resultiert die biologische Wertigkeit eines Proteingemischs in der Nahrung jedoch vor allem aus der Kombination der verschiedenen Einzelproteine. Eine optimale Kombination in dieser Hinsicht ist eine Kartoffel-Ei-Diät: Sie weist eine biologische Wertigkeit von 136 auf.

Merke

  • Hohe biologische Wertigkeit: tierische Proteine (Fleisch, Fisch, Milch, Eier)

  • Niedrige biologische Wertigkeit: pflanzliche Proteine

Bedarf
Der über die Eiweiß:BedarfStickstoffausscheidung bestimmte Proteinbedarf eines Erwachsenen, d. h. die zur Aufrechterhaltung eines Stickstoffgleichgewichts (Stickstoffzufuhr = Stickstoffabgabe) minimal erforderliche Proteinmenge liegt bei etwa 0,5 g/kg KG/Tag. Die deutsche Gesellschaft für Ernährung empfiehlt für den Erwachsenen bei gemischter Ernährung jedoch eine Eiweißzufuhr von 1 g/kg KG/Tag, um die unterschiedlichen biologischen Wertigkeiten der Nahrungsmittel zu berücksichtigen.
Der Bedarf an essenziellen Aminosäuren, d. h. an Aminosäuren, die der Körper nicht selbst synthetisieren kann und die für die Aufrechterhaltung der Körperstrukturen unverzichtbar sind, wird mit dieser empfohlenen Proteinzufuhr (bei normaler Proteinmischkost) ausreichend abgedeckt, da die meisten Nahrungsproteine etwa 40 % essenzielle Aminosäuren enthalten.
Vorrat
Der kurzfristig Eiweiß:Vorratmobilisierbare Eiweißvorrat des Körpers beträgt 45 g. Allerdings enthält der Körper insgesamt in seinen Strukturen etwa 10 kg Protein. Bei Proteinmangel können durch Umverteilungen dieser körpereigenen Proteine Funktionsstörungen über eine gewisse Zeit vermieden werden.
Fette
Vorkommen in der Nahrung
FetteDie mit der Fette:VorkommenNahrung aufgenommenen Fette sind vorwiegend Triglyceride, d. h. Ester aus Glycerin und Fettsäuren. Fettsäuren, die vom Organismus nicht synthetisiert werden können, aber für ihn erforderlich sind, werden als essenzielle Fettsäuren bezeichnet. Wichtigste essenzielle Fettsäure ist die Linolsäure.
Fette Linolsäurefinden sich als Beimischung fast aller tierischen Nahrungsmittel. Daneben kommen sie in Pflanzensamen vor, wobei sich diese pflanzlichen Fette durch einen hohen Gehalt an mehrfach ungesättigten Fettsäuren auszeichnen.
Funktion
Fette dienen vor Fette:Funktionallem als
  • Energielieferanten

  • Kohlenstoffquelle für Biosynthesen (Acetyl-CoA)

  • Träger der fettlöslichen Vitamine

Fettzufuhr
Die empfohlene FettzufuhrFettzufuhr sollte 30–35 % der gesamten Energiezufuhr nicht überschreiten. In den industrialisierten Ländern liegt sie jedoch mit etwa 40 % konstant höher, was die Entstehung von Arteriosklerose begünstigt (Kap. 7.6.4.4).
Fettvorrat
Der Fettvorrat eines Fettvorratnormalen Erwachsenen liegt bei etwa 12 kg – bei Übergewicht deutlich höher.
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:

  • Fettlösliche Vitamine: A, D, E und K (Merkwort: EDEKA, Tab. 7.1)

  • Wasserlösliche Vitamine: Vitamine der B-Gruppe, Vitamin C u. a. (Tab. 7.2)Vitamine

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.

Spurenelemente
Essenzielle Spurenelemente
SpurenelementeSpurenelemente:EssenzielleSpurenelemente sind für die Funktion des Körpers erforderliche Elemente, die nur in äußerst geringen Konzentrationen (10–12–10–6 g/g Organgewicht) im Organismus vorliegen. Elf Spurenelemente, die essenziellen Spurenelemente, sind zum Überleben notwendig (Tab. 7.3).
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!

Inadäquate Ernährung

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.

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.

Parenterale Ernährung

Ist eine oraleHungerzustandErnährung:Parenterale Nahrungsaufnahme nicht möglich (z. B. nach Bauchoperationen), können Nahrungsmittel auch über einen venösen Zugang infundiert werden. Dabei wird der normale Magen-Darm-Trakt umgangen: parenterale Ernährung. Hierbei entfällt die Pufferfunktion der Leber, die bei normaler, enteraler Ernährung eine geregelte Plasmakonzentration der zugeführten Nährstoffe garantiert. Deshalb ist eine individuelle Berechnung des Nährstoffbedarfs bei der parenteralen Ernährung erforderlich.
Kohlenhydrate
Wichtigster KohlenhydrateNährstoff bei der parenteralen Ernährung sind die Kohlenhydrate, die im Allgemeinen als Glucose zugeführt werden. 100–200 g Glucose pro Tag verhindern eine Hungerketose und den Abbau von Körperproteinen.
Proteine
Zusätzlich müssen für den ProteineProteinstoffwechsel Aminosäuregemische gegeben werden, die einen hinreichend hohen Anteil (40–50 %) an essenziellen Aminosäuren enthalten sollten. Außerdem muss das Aminosäureverhältnis des Gemischs eine hohe biologische Wertigkeit (Kartoffel-Ei-Prinzip, Kap. 7.2.1.3) garantieren. Proteine direkt parenteral zu verabreichen ist nicht möglich, da die antigenen Eigenschaften der körperfremden Proteine schwerste immunologische Abwehrreaktionen auslösen würden.
Fette
Zur Sicherung des FetteEnergiebedarfs und der Zufuhr von essenziellen Fettsäuren kann bei längerer parenteraler Ernährung die Gabe von Fettemulsionen erforderlich werden. Besonderer Vorteil der Fettemulsionen ist es, dass mit einem kleinen Lösungsvolumen eine große Energiemenge zugeführt werden kann.

Motorik des Magen-Darm-Trakts

Nervale Steuerung

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.

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).

Grundtypen gastrointestinaler Motilität

Im Magen-Darm-TraktsMagen-Darm-Trakts:Nervale SteuerungDarmnervensystem:Enterisches (intrinsisches)DarmnervensystemDarmnervensystem:ExtrinsischesMagen-Darm-Trakts:gastrointestinaler MotilitätMagen-Darm-Trakt lassen sich 4 physiologische Grundtypen der gastrointestinalen Motorik unterscheiden:

  • 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.

Propulsive Peristaltik, nichtpropulsive Peristaltik und tonische Dauerkontraktionen werden überwiegend vom enterischen Darmnervensystem in Zusammenarbeit mit dem vegetativen Nervensystem gesteuert.

Kauen und Schlucken

Kauen
Das Kauen dient der KauenZerkleinerung der Nahrung. Dadurch wird die weitere Verdauungsarbeit erheblich erleichtert, da sich durch die Zerkleinerung die Oberfläche für die angreifenden Verdauungssäfte erhöht. Der Kauvorgang wird reflektorisch gesteuert. Im Bereich der Molaren treten dabei Kräfte bis zu 1.500 N auf. Durch das Kauen wird auch der Speichelfluss gefördert.
Schluckakt
Beim Schlucken lässt sich Schluckaktdie willkürlich gesteuerte orale Phase von der pharyngealen und der ösophagealen Phase abgrenzen, die beide unwillkürlich ablaufen:
Orale Phase
Durch Schluckakt:Orale Phasewillkürliches Drücken mit der Zunge wird der Nahrungsbissen in den Bereich des Pharynx verschoben.
Pharyngeale Phase
Die im Schluckakt:Pharyngeale PhasePharynx angekommene Nahrung reizt die dort lokalisierten Schluckrezeptoren und löst dadurch den Schluckreflex aus. Die afferenten Impulse des Schluckreflexes laufen über den N. vagus und den N. glossopharyngeus in das Schluckzentrum der Medulla oblongata.
Der Schluckreflex besteht aus folgenden Komponenten:
  • 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
Im Schluckakt:Ösophageale PhaseÖsophagus wird die Nahrung mit der primären Peristaltik in etwa 5–10 Sekunden zum unteren Ösophagussphinkter an der Grenze zur Kardia des Magens transportiert. Die Erschlaffung des unteren Ösophagussphinkters wird bereits mit Beginn des Schluckaktes reflektorisch über den N. vagus ausgelöst.
Den Tonus des unteren Ösophagussphinkters senken außerdem Sekretin, Cholecystokinin, GIP (Gastric Inhibitory Peptide) VIP (Vasoactive Intestinal Peptide) und Progesteron. Eine Erhöhung des Sphinktertonus wird durch Motilin, Gastrin und Substanz P ausgelöst.

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.

Magenmotorik

Akkommodationsreflex
Im MagenmotorikAkkommodationsreflex,MagenMagenfundus gibt es keine Peristaltik; er dient vorwiegend der Aufnahme und Speicherung der angelieferten Nahrung. Bei Eintritt von Nahrung in den Magen erschlafft der Magen zunächst reflektorisch: Akkommodationsreflex. So steigt der Magendruck auch bei vermehrter Füllung nicht nennenswert an. Dieser Akkommodationsreflex umfasst vorwiegend Fundus und oberen Korpus und wird über den N. vagus vermittelt. Für den Weitertransport der Nahrung sorgen im Magenkorpus gelegene myogene Schrittmacher, die mit einer Frequenz von 3/min Slow-Wave-Potenziale erzeugen. Dadurch wird eine zum Pylorus (Magenpförtner) wandernde Peristaltik unterhalten.
Förderung der Magenentleerung
Die MagenentleerungMagenentleerung:FörderungMagenentleerung wird vom Kontraktionsgrad des Pylorus gesteuert, der zwar keinen eigentlichen Sphinkter darstellt, aber im Vergleich zum Magenkorpus eine deutlich verdickte Muskelwand aufweist. In Ruhe ist er meist so stark kontrahiert, dass nur Flüssigkeit passieren kann. Der Übertritt des Speisebreis ins Duodenum beruht auf einer verstärkten Kontraktion der Antrummuskulatur (Pyloruspumpe) bei gleichzeitiger Erschlaffung der Pylorusmuskulatur.

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.

Hemmung der Magenentleerung
Die Magenentleerung:HemmungHemmung der Magenentleerung durch duodenale Faktoren verhindert eine „Überladung“ des Dünndarms mit Mageninhalt und garantiert eine möglichst vollständige Nahrungsresorption.

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.

Erbrechen

Auf eine Irritation von ErbrechenMagen und Duodenum reagiert der obere Gastrointestinaltrakt reflektorisch mit Erbrechen.
Ursachen
Eine solche Erbrechen:UrsachenIrritation wird von Noxen ausgelöst, die zu einer Schleimhautschädigung im oberen Gastrointestinaltrakt führen, z. B. bakterielle Toxine in Lebensmitteln oder Zytostatika. Durch diese Schleimhautschädigung wird aus den enterochromaffinen Zellen der Schleimhaut Serotonin freigesetzt, das Serotoninspezifische Serotoninrezeptoren an den Endigungen von afferenten Vagusfasern und an afferenten Fasern des sympathischen N. splanchnicus aktiviert: 5-HT3-Rezeptoren. Über den N5-HT3-Rezeptoren. vagus und den N. splanchnicus erreichen die Impulse dann das Brechzentrum in der Medulla oblongata. Hier werden sie auf den efferenten Schenkel des Brechreflexes umgeschaltet. Erbrechen kann nicht nur durch Irritation der gastrointestinalen Schleimhäute, sondern auch durch eine Reizung der Chemosensoren-Triggerzone im Gehirn am Boden des IV. Ventrikels (Area postrema) eingeleitet werden. Apomorphin z. B. löst Erbrechen durch direkte Stimulation dieser Triggerzone aus. Auch hier wird das Erbrechen vermutlich durch die Aktivierung von 5-HT3-Serotonin-Rezeptoren vermittelt.
Brechakt
Das Erbrechen Erbrechen:Brechaktbeginnt mit einer antiperistaltischen Phase von einigen Minuten, die, ausgehend vom Ileum, den Darminhalt in Richtung Duodenum und Magen verschiebt. Hierdurch entsteht eine Überdehnung von Magen und Duodenum, die den eigentlichen Brechakt auslöst.

Dünn- und Dickdarm

Dünndarm
Im Dünndarm wird der DünndarmSpeisebrei des Magens (Chymus) mit den Sekreten von Bauchspeicheldrüse und Leber (Galle) vermischt. Dies ist die Voraussetzung für eine adäquate Verdauung der Nahrung und eine Resorption der Nahrungsbestandteile, die zum größten Teil im Dünndarm stattfindet. Außerdem wird der Darminhalt in Richtung Kolon transportiert. Diesem Transport dienen propulsive und nichtpropulsive Peristaltikwellen (Abb. 7.1).
Nichtpropulsive Peristaltik
Peristaltik:NichtpropulsiveNichtpropulsive, Peristaltikrhythmische Segmentations- und Pendelbewegungen, die den Darminhalt durchmischen, treten vorwiegend in der sog. digestiven Phase der Dünndarmmotorik, d. h. bei Füllung des Dünndarms mit Nahrungsbrei, auf. Die Frequenz dieser rhythmischen Segmentationsbewegungen nimmt vom Duodenum (16/min) bis zum Ileum (10/min) kontinuierlich ab.
Propulsive Peristaltik
Die Peristaltik:Propulsivepropulsive Peristaltik im Dünndarm wird überwiegend durch das enterische Darmnervensystem (Kap. 7.3.1.1), vor allem durch den Plexus myentericus (Auerbach), gesteuert. Dieser hemmt mit seinem Überträgerstoff Acetylcholin die glatte Ringmuskulatur der Darmwand. An einer propulsiven Peristaltikwelle sind 3 Reflexe beteiligt:
  • 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.

Für die Kontraktion der Ringmuskulatur ist das vasoaktive intestinale Peptid (VIP) verantwortlich, das die cholinerge Hemmung des Plexus myentericus aufhebt. Die Kontraktion der Längsmuskulatur wird durch Acetylcholin ausgelöst.
Wandernder myoelektrischer Motorkomplex (MMC)
Auch myoelektrischer Motorkomplex (MMC)zwischen den Mahlzeiten, wenn in Magen und Dünndarm nur noch Speisereste vorhanden sind, lassen sich gezielte motorische Aktivitäten der Darmmuskulatur beobachten; man spricht vom interdigestiven wandernden („migrierenden“) myoelektrischen Motorkomplex (MMC). Der MMC setzt 4–5 Stunden nach einer Mahlzeit ein. Ihm gehen eine Ruhephase und eine Phase ungeordneter Kontraktionen voraus. Er ist charakterisiert durch Wellen einer starken propulsiven Peristaltik, die vom Magen bis zum Ileum ziehen. Gleichzeitig ist die Sekretion der Verdauungssekrete in Magen und Pankreas gesteigert. Der MMC ist eine Eigenaktivität des intrinsischen Darmnervensystems. Er wird durch das gastrointestinale Peptid Motilin gesteigert (s. Tab. 7.9). Dem MMC, der bei ausbleibender Nahrungsaufnahme alle 90–120 Minuten auftritt, dürfte eine Reinigungsfunktion zukommen.

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.

Das extrinsische Darmnervensystem hat auf die Steuerung der Dünndarmmotorik nur wenig Einfluss.
Transitzeit
Die Dünndarm:Transitzeitdurchschnittliche Passagegeschwindigkeit im Dünndarm liegt zwischen 1 und 4 cm/min. Insgesamt erreicht der Darminhalt nach 2–10 Stunden das Zäkum. Kohlenhydratreiche Nahrung wird am schnellsten, proteinreiche mittelschnell und fettreiche am langsamsten transportiert.
Am Übergang vom Ileum zum Zäkum findet sich eine Zone hohen Drucks, die zusammen mit der Ileozäkalklappe den Übertritt des Darminhalts vom Ileum ins Zäkum kontrolliert. Dieser „Sphinkter“ hat eine Ventilwirkung und schützt vor dem Rückfluss von Zäkuminhalt in den Dünndarm.
Dickdarm
Der Dickdarm dient Dickdarmhauptsächlich der Rückresorption von Wasser und Elektrolyten aus dem Chymus sowie der Speicherung und Ausscheidung des restlichen, nicht verwertbaren Darminhalts als Kot.
Kontrolle der Motorik
Die Dickdarm:MotorikDickdarmmotorik steht stärker als die des Dünndarms unter der Kontrolle des autonomen extrinsischen Nervensystems: Eine Aktivierung des Parasympathikus stimuliert die Kolonmotorik, der Sympathikus hemmt sie (Kap. 14.4.2.2). Daneben ist aber auch die Aktivität des enterischen Darmnervensystems, vor allem die Hemmwirkung des Plexus myentericus (Auerbach) auf die Ringmuskulatur, entscheidend.

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
Die Dickdarm:PeristaltikDickdarm:TransitzeitTransitzeit des Chymus im Kolon liegt bei der typischen faserstoffarmen westlichen Mischdiät bei 2–3 Tagen. Faserreiche Nahrung beschleunigt die Darmpassage.

Merke

Passagezeiten:

  • Dünndarm 2–10 Stunden

  • Kolon 2–3 Tage

Ileus

Ätiologie
Der IleusIleus (Ileus:ÄtiologieDarmverschluss) ist eine akut lebensbedrohliche Erkrankung. Er kann durch mechanische Verlegung des Darmlumens, z. B. durch postoperative Verwachsungsstränge (Briden), entstehen (mechanischer Ileus) oder durch metabolische (z. B. Hypokaliämie) bzw. toxische Einflüsse (z. B. Bauchfellentzündungen) ausgelöst werden (funktioneller oder paralytischer Ileus).
Pathophysiologie
Der Ileus:PathophysiologieVerschluss des Darmlumens in Dünn- oder Dickdarm führt zur Ansammlung von Darminhalt und Darmgasen. Durch vermehrtes Bakterienwachstum entstehen Toxine; die gedehnte Darmwand wird schlechter durchblutet und durch die Hypoxie geschädigt. Dies führt zum Austritt von Flüssigkeit durch die geschädigte Darmschleimhaut. Der ständige Flüssigkeitsverlust in den Darm hat relativ rasch (innerhalb von Stunden) Auswirkungen auf den Gesamtkreislauf: Der Blutdruck fällt ab. Hierdurch wird die Durchblutung der Darmwand zusätzlich reduziert und es entsteht ein Circulus vitiosus. Ohne Behandlung resultiert ein hypovolämischer Schock (Kap. 4.3.4.3).

Sekretion

Grundlagen der gastrointestinalen Sekretion

Synthese der Verdauungssekrete
Die VerdauungssekreteSekretionVerdauungssekrete werden in spezialisierten Drüsenzellen gebildet. Diese verfügen im basalen Zellbereich über eine Vielzahl von Mitochondrien, in denen das ATP produziert wird, das für die Energie verbrauchende Sekretion nötig ist. Die Synthese der Verdauungssekrete vollzieht sich im endoplasmatischen Retikulum. Die diesem anhaftenden Ribosomen setzen als multikatalytische Einheiten den genetischen Code der Messenger-RNA in die Aminosäuresequenz der zu synthetisierenden Proteine um. Aus dem endoplasmatischen Retikulum gelangen die Sekrete in die Vakuolen des Golgi-Apparats, wo sie verschiedenen Modifikationen unterworfen werden, bevor sie als sekretorische Vesikel in der Nähe der apikalen Zellmembran gespeichert werden.
Exozytose
Neurale oder Sekretion:Exozytosehumorale Signale führen dann zu einer Freisetzung der Vesikel. Dabei erhöht sich die Ca2+-Permeabilität der Zellmembran, Calcium strömt in die Zelle ein. SNARE-Komplexe (= Soluble N-ethylmaleimide-sensitive-Factor Attachment Receptor) auf der Vesikelmembran und auf der Zellmembran vermitteln die Verschmelzung der beiden Membranen, sodass der Vesikelinhalt nach außen abgegeben werden kann. Auf diese Weise werden im Verdauungstrakt pro Tag etwa 6.700 ml Verdauungssäfte produziert und sezerniert (Tab. 7.4).

Speicheldrüsen

Vegetative Steuerung
Täglich wird von SpeicheldrüsenGlandula parotis, Glandula submandibularis und Glandula sublingualis etwa 1 Liter Speichel produziert. Die Glandula parotis ist eine seröse Drüse, die einen protein- und elektrolythaltigen Speichel herstellt. Glandula submandibularis und Glandula sublingualis sind gemischte Drüsen und sezernieren zusätzlich Mukopolysaccharide (Schleim).
Die Speichelsekretion wird von vegetativen Zentren in der Medulla gesteuert:
  • 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).

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.

Der Speichel:ZusammensetzungpH-Wert des Speichels liegt normalerweise zwischen 6 und 7. Speichel enthält Makromoleküle des spezifischen Immunsystems (Immunglobuline, vor allem IgA) und des unspezifischen Immunsystems (Lysozym).
Das wichtigste Enzym ist die α-Amylase, die vor allem von der Glandula parotis ausgeschieden wird und α-1,4-glykosidische Bindungen (z. B. von Stärke) hydrolysieren kann. Diese Speichelamylase hat ihr Wirkoptimum bei einem pH von 6,9; bei pH-Werten unter 4 (z. B. im Magen) ist sie vollständig inaktiviert.
Neben der α-Amylase findet man im Speichel auch eine saure Lipase, die vor allem bei Neugeborenen aber z. T. auch bei Erwachsenen nicht unerheblich zur Fettverdauung beiträgt.

Merke

Hohe Speichelsekretionsrate:

  • Anstieg von Na+ und Cl im Speichel

  • Abfall von K+ und HCO3 im Speichel

Magen

Lerntipp

Heiß geliebt vom IMPP: die Magensaftsekretion und ihre Steuerung. Vor allem die Einflüsse auf die Gastrinsekretion (Abb. 7.4) sollten sitzen.

Funktionelle Anatomie
Nach der MagenMagen:Funktionelle AnatomieVerteilung der sezernierenden Magendrüsen lassen sich 3 Magenregionen unterscheiden:
  • 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

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!

Bicarbonatsekretion
Die Magen:SalzsäureproduktionMagen:BicarbonatsekretionNebenzellen der Magenschleimhaut produzieren ein bicarbonatreiches, alkalisches Sekret. Dieses alkalische Sekret bildet zusammen mit dem im Magen reichlich sezernierten Schleim eine dünne alkalische Schleimschicht als Schutzfilm auf der Oberfläche der Magenschleimhaut. Dadurch beträgt der pH-Wert an der Zelloberfläche nicht 2 (wie im Magenlumen), sondern etwa 7.
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.

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

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.

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

Schutzmechanismen der Magenschleimhaut
Mukosabarriere
Magen:pH-WertMagen:SchutzmechanismenInterzelluläre Tight MukosabarriereJunctions machen die Magenschleimhaut unter normalen Bedingungen undurchdringlich für die ins Magenlumen sezernierten Protonen: Mukosabarriere. Ausdruck der Intaktheit der Mukosabarriere ist eine Potenzialdifferenz zwischen Magenlumen (negativ) und Schleimhaut (positiv) von etwa 50 mV. Verschiedene Stoffe wie Gallensäuren, Acetylsalicylsäure oder Alkohol können jedoch die Integrität dieser Mukosabarriere zerstören und eine Rückdiffusion von Protonen in die Zellen der Magenschleimhaut ermöglichen, wo diese dann zellschädigende Entzündungsvorgänge auslösen: Gastritis.
Weitere Schutzfaktoren
Zwei weitere durch Prostaglandin E2 geförderte Faktoren schützen die Magenschleimhaut:
  • 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).

Pankreas

Zusammensetzung des Pankreassekretes
Das PankreasalkalischePankreas:Pankreassekret Pankreassekret (1 Liter/Tag) besteht aus Bicarbonat und den Pankreasenzymen (Tab. 7.5).
Bicarbonat wird von den Epithelien der Pankreasgänge zusammen mit Na+-Ionen durch einen aktiven Transportmechanismus sezerniert.

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.

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
Cholecystokinin stimuliert Pankreas:PankreassekretionSekretinCholecystokinindie Drüsenazini des Pankreas zur Bildung eines enzymreichen, dickflüssigen Sekretes.
Sonstige Faktoren
Daneben wirken auch das autonome Nervensystem sowie eine Reihe anderer gastrointestinaler Hormone auf die Pankreassekretion ein (Abb. 7.6).

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.

Leber und Galle

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.

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.

Ausschüttung der Galle ins Duodenum
Die Galle Galle:FettverdauungGalle:Ausschüttung ins Duodenumwird aus dem Zwischenspeicher der Gallenblase über die extrahepatischen Gallengänge ins Duodenum abgegeben. Der Schlüsselreiz für die Freisetzung der Galle aus der Gallenblase ist der Eintritt von fetthaltiger Nahrung ins Duodenum. Hierdurch wird Cholecystokinin sezerniert, das über eine lang anhaltende tonische Kontraktion und eine Reihe von phasischen Kontraktionen mit einer Frequenz von 2–6/min die Gallenblase entleert.
Auch über den N. vagus kann eine (schwache) Kontraktion der Gallenblase ausgelöst werden.
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.

Bilirubin
Der ebenfalls mit der Galle Enterohepatischer KreislaufBilirubinausgeschiedene Gallenfarbstoff Bilirubin wird praktisch nicht aus dem Darm rückresorbiert. Durch Darmbakterien wird Bilirubin im terminalen Ileum und im Kolon zu Urobilinogen, Urobilin und Sterkobilin abgebaut. Von diesen Abbauprodukten werden etwa 20 % aus dem Darm resorbiert und gelangen zum größten Teil erneut in die Leber. Ein anderer Teil wird über die Niere ausgeschieden, wo das Urobilin für die typische Gelbfärbung des Urins verantwortlich ist.

Dünn- und Dickdarmsekrete, Darmflora, Stuhl

Sekrete von Dünn- und Dickdarm
Brunner-Drüsen
Die im Dünndarm:SekreteDickdarm:Sekreteersten Abschnitt desBrunner-Drüsen Duodenums lokalisierten mukösen Brunner-Drüsen sezernieren auf Vagusreizung, Mukosadehnung oder Anregung durch Sekretin ein alkalisches Sekret, das vor allem den Bulbus duodeni vor dem sauren Magensekret schützt. Sympathische Stimulierung hemmt die Aktivität der Brunner-Drüsen.
Epithelzellen
Die EpithelzellenDünndarm:Epithelzellen der Lieberkühn-Krypten, die sich im gesamten Dünndarmbereich finden, sezernieren pro Tag etwa 1,8 l Flüssigkeit, die in ihrer Zusammensetzung der Extrazellularflüssigkeit entspricht. Auf diese Weise entsteht im Dünndarm ein wässriges Medium, das für die Resorption der Nahrungsbestandteile wichtig ist.

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).

Im Dickdarm sezernieren die Darmepithelzellen fast ausschließlich Schleim, der einen hohen Gehalt an Bicarbonat aufweist.
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.

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.

Zusammensetzung des Stuhls
Stuhl besteht DarmfloraGastrointestinale GasbildungStuhl:Zusammensetzungnormalerweise zu 75 % aus Wasser. Die Trockenmasse enthält zwischen 10 und 20 % Fett, 30 % unverdaubare Nahrungsbestandteile (Ballaststoffe), 30–50 % abgestorbene Darmbakterien und 10–20 % anorganische Bestandteile. Der Stuhlgeruch entsteht durch die organischen Abbauprodukte Indol, Skatol, Mercaptan und Schwefelwasserstoff. Die typische Braunfärbung des Stuhls beruht auf der Anwesenheit von Sterkobilin, einem Abbauprodukt des Bilirubins.
Das Stuhlgewicht beträgt bei normaler mitteleuropäischer Kost 100–200 g/Tag.

Pathophysiologie: Gallensteine

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.

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.

Aufschluss der Nahrung

Kohlenhydrate,GallensteineCholesterinsteineBilirubinsteineNahrung:Aufschluss Fette und Eiweiße Nahrungkönnen nicht als solche in den Körper aufgenommen werden, sondern müssen zerlegt werden, um die Darmmukosa passieren zu können.
Dieser Aufschluss der Nahrung beruht bei Kohlenhydraten, Fetten und Eiweißen gleichermaßen auf dem Prozess der Hydrolyse, d. h. auf der enzymatischen Aufspaltung von komplexen Verbindungen durch Reaktion mit Wasser.

Kohlenhydrate

Rohrzucker, Lactose und Nahrung:KohlenhydrateStärke sind die hauptsächlichen Kohlenhydratquellen in der Nahrung. Die α-Amylasen des Speichels (Ptyalin) und <03B1>-Amylasendes Pankreas spalten die α-1,4-glykosidische Bindung der Stärke, wobei das Disaccharid Maltose, Maltotriose und kleinere Glucosepolymere von 3–9 Glucosemolekülen entstehen. Bei genügend langem Kauen können bereits 50 % der Stärke im Mundbereich gespalten werden. Im oberen Jejunum liegen sämtliche mit der Nahrung aufgenommenen Kohlenhydrate dann praktisch ausschließlich in Form von Maltose oder kurzkettigen Oligosacchariden vor.
Der weitere Abbau zu Monosacchariden wird durch die Oligosaccharidasen Lactase, Sucrase, OligosaccharidasenMaltase und die α-1,6-Glucosidase katalysiert. Diese Enzyme finden sich im Bürstensaum der Darmepithelien des Dünndarms. Die Kapazität dieser Enzyme ist so groß, dass nicht die enzymatische Spaltung, sondern die Resorption der hierbei entstehenden Monosaccharide den limitierenden Faktor bei der Kohlenhydratverwertung darstellt.

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.

Proteine

Im Magen werden etwa 10–15 % Nahrung:Proteinedes Nahrungseiweißes durch Pepsin hydrolysiert. Im Gegensatz zu den anderen Peptidasen des Darmtrakts kann Pepsin auch Kollagen, einen Hauptbestandteil des Bindegewebes, gut verdauen. Quantitativ gesehen wird der Hauptanteil der Nahrungsproteine von den verschiedenen Pankreaspeptidasen hydrolysiert (Tab. 7.5). Dabei entstehen zu 70 % kurzkettige Polypeptide, hauptsächlich Di- und Tripeptide, zu 30 % bereits einzelne Aminosäuren.
Die endgültige Aufspaltung der verbleibenden Polypeptide übernehmen Peptidasen im Bürstensaum, aber auch im Zytosol von Duodenum- oder Jejunumzellen. 90 % der Di- und Tripeptide werden dabei über spezielle Transportsysteme ins Zytosol der Zelle geschleust und erst dort endgültig in Aminosäuren aufgespalten (Kap. 7.6.3).

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.

Lipide

Fett wird zu 90 % in Form von Nahrung:LipideTriglyceriden aufgenommen. Daneben enthalten die Nahrungsfette zu etwa 10 % Phospholipide und Cholesterinester.
Die Fettverdauung vollzieht sich im Dünndarm in 3 Schritten:
  • 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).

Lecithin wird durch die Phospholipase A in Anwesenheit von Ca2+-Ionen und Gallensäuren in Lysolecithin gespalten. Aus den Cholesterinestern entsteht durch die Cholesterinesterase freies Cholesterin. Auch Lysolecithin und Cholesterin werden in Gallensäuremizellen transportiert.

Nahrungsresorption

Gastrointestinaler Transport

Der Darm NahrungsresorptiondientNahrungsresorption:gastrointestinalen Transports der Resorption von Nährstoffen, Wasser und Elektrolyten. Dabei gibt es für die einzelnen Substanzen bestimmte Orte, an denen sie vorzugsweise resorbiert werden (Tab. 7.7). Im Allgemeinen werden die Nährstoffe vorwiegend im Dünndarm, Wasser und Elektrolyte vorwiegend im Dickdarm resorbiert.
Für die Aufnahme von Nahrungsbestandteilen über die Darmmukosa stehen 2 Wege zur Verfügung:
  • 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).

Monosaccharide

Kohlenhydrate können über Monosaccharidesekundär aktive Transportmechanismen (Kap. 1.4.2.4) oder passiv über Carrier-Proteine (Kap. 1.4.2.3) in den Organismus aufgenommen werden.
Sekundär-aktiv: Natrium-Glucose-Symport
Der Transport von Natrium-Glucose-SymportGlucose und Galaktose ist an den gleichzeitigen Transport von Natrium-Ionen gekoppelt: Beide Zucker werden in Verbindung mit jeweils einem Na+-Ion in die Enterozyten aufgenommen. Dabei liefert die Na+-Konzentrations-Differenz zwischen Darmlumen und Enterozyt die Energie für diesen gekoppelten Transportvorgang über den SGLT1 Natrium-Glucose-Symport (Abb. 7.8): sekundär aktiver Glucosetransport (Kap. 1.4.2.3). Von der Darmzelle aus gelangt die Glucose dann passiv durch Diffusion über Glucosetransporter Typ 2 (GLUT2) ins Gewebe und damit ins Blut: erleichterte Diffusion (Kap. 1.4.2.3).
Passiv: Fructose
Anders als die übrigen Zucker wird FructoseFructose überwiegend nicht durch einen Energie verbrauchenden Transport, sondern durch erleichterte Diffusion über den GLUT5-Uniport (luminale Zellmembran) und den GLUT2-Uniport (basale Zellmembran) aufgenommen, d. h., sie folgt lediglich passiv ihrem Konzentrationsgefälle (Abb. 7.8).

Merke

Glucose- und Galaktoseaufnahme: sekundär aktiver Na+-Symport.

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

50–60 % der Na+-Symport:Sekundär aktiverNa+-SymportNahrungsproteine werden auf diese Weise bereits im Duodenum resorbiert. Nach der Passage durch das Ileum sind dann bis zu 90 % des zugeführten Eiweißes aufgenommen. Die restlichen 10 % werden überwiegend durch die Darmbakterien im Kolon abgebaut.
Nur in ganz geringem Ausmaß werden intakte Proteine über Pinozytose resorbiert. Diese spielen für die Ernährung keine Rolle, werden aber als mögliche Auslöser von Nahrungsmittelallergien diskutiert.

Lipide

Fettresorption
Die LipideFettresorptionFettresorption ist an die Anwesenheit von Gallensäuren gebunden: Mit deren Hilfe werden die Spaltprodukte der Fettverdauung (Monoglyceride, freie Fettsäuren, Cholesterin, Lysolecithin) in Form von Mizellen bis in den Bürstensaum der Darmschleimhaut transportiert. Dort diffundieren die Abbauprodukte passiv aus den Mizellen durch die (lipophile) Zellmembran in den Enterozyten. Die „leeren“ Mizellen bleiben im Darmlumen und stehen dort für den weiteren Fetttransport zur Verfügung. Bei ausreichender Konzentration von Gallensäuren werden 97 % des mit der Nahrung zugeführten Fettes aufgenommen, ohne Gallensäuren nur noch etwa 50 %.
Die Fettresorption erfolgt hauptsächlich im Duodenum und im oberen Jejunum. Nur 5–7 g Fett werden pro Tag mit dem Stuhl ausgeschieden.
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.

Bildung von Lipoproteinen
Das Lipide:Intrazelluläre LipidresyntheseLipoproteinenLipoproteinen:Bildungendoplasmatische Retikulum „verpackt“ diese neu synthetisierten Fette zusammen mit Glykoproteinen zu speziellen Lipoproteinen, die dem Fetttransport dienen (Abb. 7.9):

  • 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.

Resorption von mittel- und kurzkettigen Triglyceriden
Für die AufnahmeTriglyceriden:Resorption von mittel- und Triglyceridenkurzkettigen Triglyceriden gelten einige Besonderheiten: Bis zu 30 % werden ohne vorherige hydrolytische Spaltung aus dem Darmlumen in die Enterozyten aufgenommen. Ebenso werden die nach intrazellulärer Hydrolyse entstehenden mittel- und kurzkettigen Fettsäuren in das Kapillarsystem (und nicht in das Lymphsystem) abgegeben, sodass sie mit dem Pfortaderblut direkt zur Leber gelangen.

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.

Wasser und Elektrolyte

Etwa 9 Liter WasserWasser erreichen Elektrolytetäglich den Darm: 2 Liter aus der Nahrung und knapp 7 Liter aus den Verdauungssekreten. 80 % hiervon werden im Dünndarm, weitere 19 % im Kolon resorbiert. Nur etwa 100 ml (1 %) werden als Wasser mit dem Stuhl ausgeschieden. Die Wasserresorption ist ein Diffusionsvorgang, bei dem das Wasser den resorbierten Elektrolyten passiv folgt. Die Transportvorgänge für die einzelnen Elektrolyte gleichen im Prinzip denjenigen an den Nierentubuli (Kap. 9.3.4).

  • 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.

  • 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).

  • Chlorid, Bicarbonat: Chlorid- und Bicarbonat-Ionen werden überwiegend bereits in Duodenum und Jejunum resorbiert.

  • 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:

  • 80 % im Dünndarm

  • 19 % im Dickdarm

Humorale Steuerung der Magen-Darm-Funktion

Neben dem Magen-Darm-Funktion:Humorale Steuerungenterischen Magen-Darm-FunktionNervensystem und dem autonomen Nervensystem (Kap. 7.3.1; Kap. 14.4.2.2) sind eine Vielzahl von gastrointestinalen Hormonen und Peptiden an der Steuerung der Magen-Darm-Funktionen beteiligt. Chemisch handelt es sich bei allen diesen Substanzen um Polypeptide. Traditionell werden jedoch die länger bekannten Peptide Gastrin, Sekretin, Cholecystokinin und GIP (Gastric Inhibitory Peptide) als gastrointestinale Hormone bezeichnet (Tab. 7.9).

Lerntipp

Gastrointestinale Hormone und Peptide werden gerne gefragt. In Tab. 7.9 sind die wichtigsten Funktionen zusammenfassend dargestellt. Gut einprägen!

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