Verdauungssystem
Werbung
Das Verdauungssystem 1 Kapitel 9 – Das Verdauungssystem Das Verdauungssystem versorgt alle Zellen unseres Organismus mit Nährstoffen und Wasser dank der Ernährung. Dies geschieht durch Verdauung bei der die eingenommenen Nahrungsmittel in Moleküle oder in molekulare Aggregate zerteilt werden die fähig sind direkt durch die verschiedenen Zellmechanismen aufgenommen zu werden. Durch Resorption wird der Nährstofftransport im (Blut-)Kreislauf ermöglicht durch den die Nährstoffe im Organismus verteilt werden. Es ermöglicht die Nährstoffe die permanent zu den Zellen gefördert werden müssen in der Leber zu speichern. Das Verdauungssystem nimmt auch an der Verteidigung des Organismus teil in dem es gegen einige Moleküle oder Bakterien die in der Nahrung vorhanden sind Immunreaktionen auslöst. Je nach Kultur, Küche und Bräuche hat sich das Verdauungssystem dem Menschen angepasst. 9.1. Nahrungsmittel, Nährstoffe und Ernährung: Allgemeines 9.1.1. Die Zusammensetzung der lebenden Materie Die lebende Materie ist aus organischen Molekülen hergestellt und man unterscheidet drei grosse Kategorien: - „Gluciden“ (= Zucker = Kohlenhydrate) Lipide (= Fette) „Protiden“ (aus Aminosäuren aufgebaute Stoffe, eg. Proteine) Sie beinhaltet ebenfalls etwa 60% Wasser in welchem eine grosse Anzahl Ionen gelöst sind. 9.1.2. Generelle Zusammensetzung von Nahrungsmitteln Die Nahrung beinhaltet die selben Molekülkategorien wie die lebende Materie, doch die Moleküle der Nahrung sind nicht direkt brauchbar für den Metabolismus der Zellen. Beispiele von nicht direkt brauchbaren Nahrungsmittelmolekülen für die Zellen „Glucide“ Lipide Protide Amidon (Reis, Kartoffeln, Teigwaren etc.) Zellulose (Gemüse etc.) Gemische von - Triglyceriden (pflanzliche Öle etc.) - Cholesterol (Eier, Fleisch etc.) - Und Fettsäuren unterschiedlicher Grösse und Sättigung praktisch alle Nahrungsmittelproteine (Fleisch, Fisch, Gemüse, etc.) Diese molekularen Zusammensetzungen müssen also in kleinere Komponenten zerlegt werden bevor sie in den Kreislauf eintreten und somit in den Metabolismus des Körpers wo sie in Moleküle umgewandelt werden die der Zusammensetzung des Körpers entsprechen. 9.1.3 Die energetische Funktion der Nahrung Die Nährstoffe werden gebraucht um freie chemische Energie zu liefen was generell durch oxidative „Phosphorylation“ (Phosphorilierung???) in den Mitochondrien geschieht. Diese Energie misst man in Joule (J) und Kilojoules (kJ). Alle Nährstoffe sind fähig Energie zu liefern (früher in Kalorien und Kilokalorien ausgedrückt: 1J ~ 4.19 cal) 9.1.4. Nährstoffe und Vitamine (A) Grundsätzliches I) Ein Vitamin ist eine Substanz die... a) ... unerlässlich für das Abspielen eines essentiellen Metabolismus ist, Vitamine sind also lebensnotwendig b) ... keine energetische Funktion hat c) ...der Organismus nicht fabrizieren kann, also in der Nahrung zugeführt werden muss Das Verdauungssystem 2 II) Gewisse Nährstoffe die eine energetische Funktion haben können auch nicht von den Körperzellen synthetisiert werden obwohl sie unerlässlich sind. Diese Nahrungsmittel nennt man: Essentielle Nährstoffe. (B) Zucker Einfache Zucker enden auf den Suffix (-ose) und beinhalten grundsätzlich 5 (Pentose) oder 6 (Hexose) Karbonatome in ihrem Molekül. Das wichtigste Molekül unter ihnen ist die Glukose die man auch in Nahrungsmitteln findet. (e.g. Traubenzucker). Die Galactose (Milchzucker) und die Fructose (Fruchtzucker) sind andere brauchbare Zucker. Die Funktion der Zucker ist energetisch. Die l-Askorbinsäure (Vitamin C) ist ein Derivat von –osen und ist absolut unerlässlich für den Metabolismus (ca. 100mg werden täglich gebraucht). (C) Fette Die Nahrungsmittelfette müssen verändert werden damit der Transport durch die Darmwand möglich wird. Diese Veränderungen beinhalten eine Reduktion der Grösse der Fettsäuren. Die Funktion von Fetten ist vor allem energetisch. Die „Linoleinsäure“ kann nicht im Körper synthetisiert werden, doch sie ist essentiell (zusammen mit anderen Substanzen) für die Keratinisation der Epidermis und für die Synthese von hormonal aktiven Substanzen (e.g. „Prostaglandine“, „Leukotriene“, „Thromboxane“) Eine grosse Anzahl von Vitaminen ist fettlöslich und wird deshalb zusammen mit Fetten absorbiert. Dies ist bei den Vitaminen A, D und E der Fall. (D) Aminosäuren Aminosäuren sind die Baustoffe aus denen die Proteine hergestellt sind. Die Proteine werden von den Zellen nach dem Bauplan ihrer genetischen Information synthetisiert. Es gibt 20 verschiedene Aminosäuren. Die Hälfte der Aminosäuren kann vom Organismus mit Hilfe von Glukose hergestellt werden (Glukose Verarbeitung führt zu Aminosäuren!!!). 9 Aminosäuren müssen jedoch durch die Nahrung hinzugeführt werden. Man nennt die durch Nahrung zugeführten Aminosäuren essentielle Aminosäuren. Das Verdauungssystem 3 9.2. Die Organisation des Verdauungssystems 9.2.1 Canalis digestorius (A) Allgemeines (zur Anordnung) Der Verdauungstube ist hohl, beginnt beim Mund und setzt sich bis zum Anus fort. Die Darmwand ist etwa 0,5 cm dick. Sie ist die Barriere zwischen Darminhalt (Aussenwelt) und Blut- bzw. Lymphgefässen (Körperinneres). Die Nahrungsmoleküle haben keinen Einfluss auf den Organismus solange sie in der Tube sind. Die Gesammtoberfläche dieser Barriere misst (durch morphometrische Methoden berechnet) 400m2. (B) Schichten in der Verdauungswand Es hat 4 verschiedene Schichten bei denen die Komponenten je nach Segment des Verdauungskanals (Canalis digestorius) varieren: a) Tunica Mucosa bedeckt das Innere der Tube und beinhaltet - eine Lamina epithelialis (an der Oberfläche, mit mikroskopischen Drüsen) - eine Lamina propria (mit Blut- und Lymphgefässen) - eine Lamina muscularis mucosae: aus glatter Muskulatur; enthält gastroentero-endokrinen Zellen (für die Hormonkontrolle der Verdauungsfunktionen b) Tela Submucosa lockeres Gewebe; enthält Nerven und Bestandteile des enterischen Nervensystems (ENS) c) Tunica Muscularis fast immer aus glatten Myozyten (= Zellen) bestehend die - ein Stratum circulare interne und - ein Stratum longitudinale externe bilden. beinhaltet auch Teile des enterischen Nervensystems (ENS). d) Tunica Serosa oder Adventitia Das Äussere der Tube ist bedeckt durch Bindegewebe dessen Struktur je nach dem variiert ob die Tube in Kontakt mit der Peritonealhöhle ist oder nicht. b) d) a) c) Bild: Sobotta, Atlas der Anatomie des Menschen (Urban&Fischer); 2.Band, p. 137 Das Verdauungssystem 4 9.2.2. Die Verdauungsdrüsen (A) Kleine Drüsen Kleine Drüsen findet man in der Tunica Mucosa des Verdauungskanals wo sie mikroskopische Invaginationen in der Lamina Epithelialis bilden. Mikroskopische Invagination (B) Grosse Drüsen Grosse Drüsen bilden Organe dessen exokrine Sekretionsprodukte durch Sekretionsgänge in das Lumen des Verdauungskanals ausgeschüttet werden. Solche Drüsen sind: - Die Glandulae Salivariae (Speicheldrüsen): bestehend aus 3 Paaren die mit dem Mund kommunizieren. - Glandula Parotidea (Ohrspeicheldrüse, Grösste der 3 Drüsen, kurzform: Parotis) - Glandula Submandibularis (Unterkierferdrüse) - Glandula Sublingualis (Unterzungendrüse) Bild: Taschenatlas der Anatomie (Thieme), 2.Band, p. 155 - Die Pancreas (Bauchspeicheldrüse) öffnet sich in den Duodenum (Zwölffingerdarm) durch einen, manchmal auch zwei Pancreasgänge und führt auch eine wichtige endokrine Funktion aus. *(siehe 9.3.? ->Choledochus macht Verbindung zwischen Gallenblase (nahe der Leber) und dem Duodenum) (C) Die Leber (siehe später) Das Verdauungssystem 5 9.3 Komponenten des Verdauungssystems 9.3.1 Cavitas Oris (Mundhöle): spielt eine überwiegende Rolle bei der Geschmackswahrnehmung. (A) Abgrenzung und Inhalt Die Cavitas oris ist nach vorne durch die labia oris (Lippen) abgegrenzt und seitlich durch die buccae (Wangen). Sie geht nach hinten durch den Isthmus faucium (Kehle) in den Pharynx (Schlund oder Rachen) über. Die Cavitas Oris beeinhaltet: - die Lingua (Zunge) - die Dentes (Zähne) - die Glandulae Salivariae (Speicheldrüsen) bestehend aus 3 grossen Drüsenpaaren und vielen mikroskopischen Drüsen. (B) Die Kaufunktion Das Kauen reduziert die Nahrung durch die Zusammenarbeit der Zähne, der Kaumuskeln und der Articulationes temporo-mandibularis (Gelenk zwischen Schläfe und Mandibula) in Fragmente. Gleichzeitig werden die eingenommenen Substanzen mit Speichelsekretion (+/- 1,5 Liter/Tag) besprüht, was zu zusätzlicher Verflüssigung führt. Das Schlucken beginnt durch eine freiwillige Bewegung des Zungenmuskels die den gekauten und befeuchteten Bissen nach hinten in den Pharynx befördert. 9.3.2. Cavitas Pharyngis (Schlund oder Rachen) Die Cavitas Pharyngis (Rachen oder Schlund) hat die Form eines abgeplatteten und verlängerten Kegels bestehend aus 3 Teilen die ineinander übergehen (siehe Bild unten) - Nasopharynx (I) (hinter der Cavitas Nasi) - Orophyrynx (II) (hinter der Cavitas Oris) - Laryngopharynx (III) (hinter der Lanrynx (=Kehlkopf)) Der Pharynx schliesst nach vorne durch eine solide und dünne Schliessung die skelettische Myofibrillen beinhalten. Der im Mund angefangene Schluckvorgang setzt sich im Pharynx automatisch fort und die Bissen werden weitergeleitet durch synchrone Bewegungen der Musculi Constrictores (sich um Röhre zusammenziehende Muskeln). Bild: Taschenatlas der Anatomie (Thieme), 2.Band, p. 169 Das Verdauungssystem 6 9.3.3. Oesophagus (Speiseröhre) Die Speiseröhre ist ein muskulös-membraner Gang von +/- 25 cm Länge. Sie setzt den Pharynx fort und zieht sich nach unten bis zum Mageneingang. Sie führt aktiven Transport der Bissen aus durch koordinierte Bewegung der Muskeln in der Aussenwand (bestehend aus skelettischer Muskulatur nahe des Pharynx, glatte Muskulatur gegen den Magen zu) 9.4.5. Gaster (Magen) (A) Form und Struktur Asymmetrische Tasche die gegen links gedreht ist und zwischen 50ml (bei Geburt) und 1‘500ml enthalten kann. Öffnet sich in den Duodenum (12-Fingerdarm) durch eine Öffnung die durch eine Verdickung der „zirkulären internen“ Muskelschicht der Zellwand zustande kommt und einen Schliessmukel (Sphincter) auf dem Niveau des Pförtners (Pylorus) bildet. (B) Funktionalität Die Mukosa des Magens sekretiert unter Einfluss von autonomen Nervenimpulsen, vom Mageninhalt und von spezifischen Kontrolle-Hormonen: - Wasser - Mucus (Schleim ) - Prekursoren von proteolytischen Enzymen (dienen dem Abbau von Proteinen und Peptiden), e.g. Pepsinogene (=inaktive Vorstuffe von Pepsin) - Protone, H+ ionen die zusammen mit Cl- eine Säure bilden kann (Chlorwasserstoff) - Ein Enzym das Fettsäureketten verkleinert und gastrische Lipase genannt wird - Gastro-intestinale Peptidhormone Das Wasser bildet mit den darin gelösten Enzymen den Magensaft von dem 3 Liter pro Tag sekretiert werden. Die geschluckten und mit Speichel aufgeweichten Nahrungsmittel akkumulieren sich im Magen wegen des geschlossenen Pförtners (Pylorus). Im Magen wird alles mit dem Magensaft gerührt und es entsteht ein teigiges sehr saures Gemisch (pH >= 1). Diesen Speisebrei nennt man Chymus. Die Öffnung des Pylorus wird durch Hormone hervorgerufen. Dieser Prozess geschieht mit Unterbrechungen und der Magen spritzt dann den Chymus unter Druck in den ersten Teil des Dünndarms. 9.3.5. Intestinum tenue (Dünndarm) (A) Segmente Der Duodenum (Zwölffingerdarm) kommuniziert mit dem Magen über den Pylorus (Pförtner). In ihn wird die Galle ausgeschüttet die durch den Ductus Choledochus (Gallengang) dorthin geführt wird sowie der Pancreatische Saft der durch den Ductus Pancreaticus dorthin gelangt. Der Duodenum misst ca. 25 cm. Er ist an der hinteren Wand der cavita abdominalis fixiert und er umgibt den Caput Pancreatis. Seine sehr stark gefaltete Mukosa enthält sehr tiefe Drüsen. Der Jejunum (Leerdarm; ca. 1,6m) und das Ileum (Krummdarm; ca. 2,4m ->führt in den Caecum über) folgen dem Duodenum. Sie sind mobiler als der Duodenum da sie an der hinteren Wand der Cavita abdominales durch ein biegsames Mesenterium angemacht sind (siehe Bild in Kapitel 9.2.1). Die Mukosa des Dünndarms hat viele zirkuläre makroskopische Falten die selbst auch wieder von Villositäten bedeckt sind (ca. 30/mm2). Dies gibt ihr einen samtigen Aspekt und die Oberfläche ist beträchtlich. Das Verdauungssystem 7 (B) Funktionalität: Beim Verlassen des Magens wird dem sauren Chymus im Duodenum (12-Fingerdarm) Pancreassaft und Galle beigemischt. Diese Sekretion wird durch Hormone kontrolliert. Die 12-Fingerdarmsekretion enthält auch ein antiseptisches (Wirkstoff zur prophylaktischen Abtötung von Mikroorganismen) Enzym, das Lysozyme (verursacht Hydrolysespaltung von Murein). Die Galle (0,5 – 1 Liter/ Tag) enthält metabolisch zersetzende Produkte, wie Gallenpigmente (eg. Bilirubine) sowie Gallensalze (Gallensäuren und ähnliches) die stark spannungsaktiv sind. Die Pancreas sekretiert ungefähr 2 Liter Pancreassaft/ Tag. Ihre Drüsenzellen produzieren zahlreiche lytische (zersetzende) Enzyme (eg. Lipase [ Lipide], Phospholipase, Amylase [ Stärke], Elastase [ elastische Fasern]) sowie Prekursoren von starken Proteasen [ Proteine] (e.g. Trypsinogen, Chymotrypsinogen). Ausserdem sekretieren die Zellen der intercalären und der intralobulären Gänge (->siehe Leber) grosse Mengen an HCO3- Ionen (Bikarbonate), die die Säure des Chymus neutralisieren. Die peristalischen Bewegungen (wellenförmig fortschreitende Wandbewegung von Hohlorganen) des Darmes ermöglichen die Emulsion der Fette (-> kleine Fetttröpfchen) und die Verdauungsaktivität verschiedenster Enzyme. Die frei gewordenen Nährstoffe werden durch die Enterozyten resorbiert. Die Zucker und die Aminosäuren werden in den Blutkreislauf transferiert, während die zersetzten und emulgierten Fette in Form von Chlylomikronen in die lymphatischen Kapillaren transportiert werden. Der Dünndarm resorbiert ca. 8 Liter H2O /Tag, vor allem im Jejunum. 9.3.6. Intestinum crassum (Dickdarm) (A) Struktur der Segmente Das Ileum führt im rechten Winkel in das Caecum, das erste Segment des Dickdarms an das der Appendix vermiformis (der Wurmfortsatz: enthält hauptsächlich lymphatisches Gewebe) angefügt ist. Der Colon ascendens geht daran anschliessend rauf bis unter die Leber, der Colon transversum geht unter dem Magen durch um unter die Milz zu gelangen, der Colon descendens steigt hinab gegen die hintere linke Wand der Cavita abdominalis, der Colon sigmoideum formt eine mobile Schleife in das Becken und endet schliesslich durch das Rectum (Mastdarm) und den Canalis Analis. Bild: Sobotta (Urban&Fischer), 2.Band, p.141 Das Verdauungssystem 8 Die Länge des Dickdarms beträgt zwischen 110 und 160 cm und sein Durchmesser ist von ca. 4 cm dicke. Die externe longitudinale Muskelschicht des Colon bildet 3 Bänder (Taeniae) die gut entlang des Organs sichtbar sind. Das Epithel der Mukosa des Dickdarms enthält viele Zellen die Mucus (Schleim) produzieren sowie enteroendokrine Zellen und Enterozyten. (B) Funktionalität Der Chymus der nun stark verflüssigt ist geht mit Unterbrechungen in das Caecum über (0,5 – 1,5 Liter/ Tag). Er enthält Nahrungsmittelrückstände die nicht verdaubar sind sowie eine grosse Anzahl abgeschupten Zellen der Mukosa des Darmes. Die Colonozyten der Mukosa resorbieren das überschüssige Wasser. Das Lumen des Colon enthält sehr viele Mikroorganismen (insbesondere Kolibakterien und Enterobacterien) deren metabolische Produkte resorbiert werden können und eine wichtige metabolische Rolle spielen (e.g. Vitamine K, B12) Der Stuhlgang wird durch peristaltische Bewegungen im absteigenden (C. descendens) und sigmoiden Colon ausgelöst. Diese führen zur Entleerung des Darmes. 9.3.7 Hepar (die Leber) (A) Form und Struktur Die Leber ist ein voluminöses komplexes Organ. Sie liegt im oberen rechten Teil der Cavita abdominalis und wiegt bis zu 1,5 kg. Die Leber ist mit dem Darm durch Gallengänge verbunden sowie durch die Vena portae hepatis, die alles Blut aus den Verdauungsorganen des Abdomens sammelt. Sie besteht hauptsächlich aus Epithelzellen, Hepatozyten (Leberzellen), die in einer spezifischen Läpchenförmigen Art angeordnet sind. Die Läpchen bilden prismatische Formen (ca. 1x2 mm). Jedes Läpchen enthält afferente Blutgefässe (Arteriolen und Venolen) und >= 1 efferente Vene sowie efferente Gallenkanälchen. Die Hepatozyten sind reproduktionsfähig und können also durch Mitosen ersetzt werden (Transplantation möglich!) Die Gallenkanälchen fliessen zusammen um Gallengänge zu bilden die durch den zystischen Gang in die Vesica biliaris (Gallenblase) einfliessen. Die Vesica biliaris befindet sich an der visceralen inferioren Seite der Leber. Sie kommuniziert mit dem Duodenum durch den Ductus choledochus (siehe weiter oben -> 9.3.5) Die Leber spielt dank der Synthese von Proteinen, Detoxifikation von Abfällen des Metabolismus (z.B. Ammoniak) eine metabolische Rolle, eine exkretierende Rolle (Sekretion von Galle via Gallenblase) und ist wichtig für die Verdauung (dank der Oberflächespannungsaktivität der Galle) Das Verdauungssystem 9 Legende: 1) Hepatozyten 2) Lobuli hepatis 3) V. centralis 4) Periportales Feld 5) V. interlobularis 6) A. interlobularis 7) Ductus interlobularis 8) Sinusoide Kapillaren 9) Perisinusoidalraum 10) Mikrovilli 11) Gefenstertes Endothel 12) Canaliculi biliferi Bild: Taschenatlas der Anatomie (Thieme), 2. Band, p.215 (B) Funktionalität Die Hepatozyten speichern die Glukose, die ihnen nach einer Mahlzeit durch die Vena portae zukommt, in Form von Glycogen. Die Abgabe des gespeicherten Glykogens wird dann durch Hormonale Signale aus der Pancreas gesteuert. Die Hepatozyten stellen aus erhaltenene Aminosäuren viele wichtige Proteine her, auch Proteine die der Koagulation von Blut dienen. Die Hepatozyten entnehmen dem Blut eine grosse Anzahl toxischer Substanzen (Metabolische Abfälle wie NH3 oder Medikamente). Diese Substanzen werden detoxifiziert bevor sie wieder ins Blut (-> Urin) oder in die Galle gelangen. Die Hepatocyten transformieren die zerstörten Hämoglobinprodukte die sie aus der Milz über die Vena portae erhalten und transferieren sie in die Galle. Das Verdauungssystem 10 9.3.8 Pancreas (Bauchspeicheldrüse) Eine „Speicheldrüse“ langgezogen von rechts nach links gegen die hintere Wand des Abdomens von der Concavita duodenalis bis zur Milz. Enthält +/- 1 Million Pankreasinseln, sehr vaskularisiert dh. Vielle Blutgefässe von 100 – 200 µm Durchmesser. Sie enthält mindestens 4 verschiedene Zelltypen die der Sekretion 4 Hormontypen entsprechen. 9.4 Synthese des Nahrungsmittelweg 9.4.1. Vom Mund bis zum Diaphragma (Zwerchfell): 10- 20 Sekunden Das Kauen und die Formung eines Bissens dauern eine Zeit die sich in Sekunden messen lässt. Das Schlucken ist ein kurzer Vorgang und der Transport durch den Oesophagus geschieht mit ca. 4 cm/sec. Die Muskulatur die den Hiatus oesophageus (Hiatus = Spalt; Öffnung im Zwerchfell für den Durchtritt der Speiseröhre) der Scheidewand umgibt ist normalerweise kontraktiert, doch löst sich beim Schluckvorgang um die Nahrung durchzulassen. 9.4.2. Im Magen: 1-3 Stunden Die Dauer des Aufenthaltes der Nahrung hängt von ihrer Natur (Konsistenz etc) ab: Die Fette verlangsamen die gastrische Entleerung während die Zucker sie beschleunigen. Diese Dauer misst sich in Stunden. Der gastrische Peristaltismus führt die Nahrungsmittel von der Cardia zum Corpus und weiter zum Antrum prepyloricum (vor dem Pylorus). Dort werden sie mit einem Rhythmus von +/- 3 Kontraktionen/ Minute zermalmt. Falls das Duodenum voll ist, hört der Peristaltismus auf. Der Pylorus (Pförtner) und der Bulbus duodeni (initialer Teil des Duodeums), formen eine funktionale Einheit und spritzen den Chymus in den Dünndarm ein. 9.4.3 Vom Pylorus zum Caecum (im Dünndarm): 5- 6 Stunden Der intestinale Peristaltismus stellt das Zermalmen und die Weiterleitung des Chymus sicher. Der Chymus wird dadurch weiter verdünnt. Fast alle Nährstoffe werden aufgenommen. 9.4.4. Vom Caecum zum Colon sigmoideum: 10 Stunden bis 3 Tage Ein Grossteil des Wassers wird hier aus dem Chymus resorbiert. Die Cholinmukosa des Dickdarms ist fähig die selben Substanzen zu resorbieren wie die des Dünndarms (-> Medikamentaufnahme; e.g. Zäpfchen !!!).
