Verdauungsapparat

Matthias Birnstiel
Modul
Verdauungsapparat
Medizinisch wissenschaftlicher
Lehrgang
CHRISANA
Wissenschaftliche Lehrmittel, Medien, Aus- und Weiterbildung
Inhaltsverzeichnis des Moduls Verdauungsapparat
• Einteilung der Verdauungsorgane
• Oberer Verdauungsabschnitt
• Mundhöhle • Speicheldrüsen im Mundbereich
• Rachen (Pharynx)
• Speiseröhre
• Mittlerer Verdauungsabschnitt
• Magen
• Bau und Funktion des Magens
• Feinbau und Funktion der Magenschleimhaut
• Möglichkeiten der Steuerung von Magendrüsen • Magensaft und deren Bedeutung
• Gastrointestinale Hormone
• Dünndarm
• Bau und Funktion des Dünndarms
• Dünndarmschleimhaut
• Blutversorgung des Dünndarms
• Unterer Verdauungsabschnitt
• Dickdarm
• Bau und Funktion des Dickdarms
• Mastdarm und After
• Bau und Funktion des Mastdarms und des Afters
• Anhangsorgane des Verdauungstraktes
• Leber (Hepar)
• Globalfunktionen der Leber
• Makroanatomie der Leber
• Pfortader
• Funktionsablauf im Leberläpp
• Gallenblase, Gallenwege und Galle
• Fettverdauung
• Bauchspeicheldrüse (Pankreas)
• Bau und Funktion des Pankreas
• Zusammensetzung des Pankreassaftes
Auszug aus dem Modul Verdauungsapparat
Feinbau und Funktion der Magenschleimhaut
Die Magenschleimhaut (Tunica mucosa1; Abb. 9) ist von einem einschichtigen, hochprismatischen Epithel überzogen. Auf diese Oberfläche
münden die schlauchförmigen Magendrüsen (Glandulae gastricae; Abb.
10) aus den tieferen Teilen der Schleimhaut. Diese Drüsen unterscheiden
sich in den einzelnen Abschnitten des Magens. Die fast unverzweigten
Drüsen des Corpus- und Fundusbereiches (im Cardia-, aber vor allem
im Pylorusbereich sind die Drüsen stark verzweigt) bestehen aus drei
Zellarten:
Hauptzellen (Abb. 94 ): Diese produzieren die Pepsinogene2. Dies sind
Proteine, die im sauren Milieu des Magensaftes endständige Polypeptide
verlieren und zu aktiven Pepsinen werden. Pepsine sind als Proteinasen
(protinspaltende Enzyme) an der Aufspaltung der der Nahrung zugeführten
Eiweisse beteiligt (siehe unter auch Anmerkungen).
1 Schleimbereitende Nebenzellen
2 Belegzellen
3 Kapillaren
4 Hauptzellen
5 Arterie
6 Vene
7 Schleimhaut-Muskelschicht
8 Submucosa
9 Muskelschicht (3-schichtig)
10 Bauchfell (Peritoneum)
a
1
a Magengrübchen
2
3
4
7
5
6
8
9
10
Belegzellen (Abb. 92 ): Diese können Wasserstoffionen (H+) in den Magensaft ausscheiden und erzeugen so den extrem niedrigen pH-Wert von
1,0 bis 1,5 des Magensaftes (siehe unter Anmerkung). Dieser niedrige
1Als Mukosa bezeichnet man ganz allgemein die Auskleidung innerer Hohlräume des Organismus durch
ein in der Regel unverhorntes, ein- oder mehrschichtiges, flach- bis hochprismatisches Epithel. Üblicherweise wird die apikale Oberfläche der Mukosa von einer Schleimschicht aus Muzinen bedeckt.
2 Pepsinogen ist eine inaktive Vorstufe des Enzyms Pepsin, die von den Hauptzellen der Magenschleimhaut gebildet wird
Abb. 9:
Magendrüse im vergrösserten Schnittpräparat.
Rechts: Magenschleimhaut mit Magendrüsen
(angefärbt)
Bildquelle: Eigene Bilder
pH führt zu einer Denaturierung3 von Nahrungsprotein; dieses wird
erst im denaturierten Zustand von den Proteinasen (Pepsinen) effektiv
aufgespalten und in Peptide zerlegt (eine vollständige Zerlegung in
Aminosäuren erfolgt erst im Dünndarm). In den Belegzellen wird auch
noch der Intrinsic-Faktor gebildet, der für die Resorption von Vit B12 im
Darm unerlässlich ist.
Anmerkung
Um die bakterientötende Wirkung der Salzsäure zu erhalten, sollten
wir z. B. auf Obst, besonders kleinfrüchtiges mit relativ grosser Gesamtoberfläche, kein Wasser trinken, weil sonst die Magensäure so
stark verdünnt wird, dass die Bakterien nicht mehr abgetötet werden.
Es treten dann Gärungen mit starker Gasbildung im Magen und
Darm auf die ihn schmerzhaft blähen, doch eine gesunde Darmwand nicht durchbrechen können. Manche Bakterien sind allerdings säureresistent, z.B. Tuberkulose-Erreger; die in der Milch
tuberkulosekranker Rinder enthalten sind. Bei ungenügender
oder fehlender Salzsäurebildung (Achylie, mit der Pepsinmangel
verbunden ist) kommt es im Magen unter Bakterienwirkung rasch
zur Bildung von Milchsäure. Salzsäuremangel kann bei Unterfunktion der Drüsen, beim Magenkrebs und nach chirurgischer
Entfernung eines grösseren Magenabschnittes auftreten und muss
dann durch Salzsäuretabletten behoben werden.
Nebenzellen (Abb. 91 ): Diese bilden einen sauren Schleim (Muzin4),
einen weiteren Bestandteil des Magensaftes, und von ihnen geht auch die
Regeneration verbrauchter Drüsen- und Oberflächenepithelzellen aus. Die
Drüsen im Cardia-, aber vor allem im Pylorusbereich produzieren überwiegend neutralen Schleim, der die Schleimhaut mit einem Schutzfilm
gegen die aggressiven Sekretionsprodukte der Magendrüsen überzieht.
Ausserdem finden wir in den Pylorusdrüsen endokrin aktive Zellen, die
das Hormon Gastrin5 an das Blut abgeben. Das Gastrin stimuliert die
Wasserstoffionenproduktion in den Belegzellen (siehe unter 4.1.5.2).
Anmerkung
Die Pepsine entstehen im Lumen (in der Öffnung) des Magens
durch Abspaltung von Polypeptiden aus ihren inaktiven Vorstu-fen
den Pepsinogenen, bei einem pH unter 6. Bei einer optimalen
HCL-Sekretion kann der pH des Magensaftes bis auf 1 absinken.
Ein solch tiefer Wert wird aber selten erreicht, denn er wird durch
den Speisebrei bis auf einen pH zwischen 2 und 4 abgepuffert. In
diesem Bereich liegt auch das pH-Optima für die meisten Pepsine.
Das stark saure Milieu wirkt zusätzlich bakterizid (keimtötend),
und es trägt zur Denaturierung (s.u.) der zu verdauenden Proteine
bei. Durch die Denaturierung werden die Nahrungsproteine nicht
zerstört, sondern lediglich ihre Sekundärstruktur (Näheres siehe
unter Modul Biochemie). Die Primärstruktur, also die Abfolge
der Aminosäuren, wird anschliessend von den Pepsinen in Peptide gespalten. Die Bildung von Pepsinogenen ist auch deswegen
sinnvoll, weil die Pepsine als Proteasen6 sich gegenseitig kani3Als Denaturierung bezeichnet man die z.T. irreversible Zerstörung der Struktur von Proteinen oder
Peptiden durch chemische (z.B. Säuren) oder physikalische (z.B. Hitze) Einflüsse.
4Als Muzine bezeichnet man eine Familie makromolekularer Glykoproteine, die sich vor allem auf der
Oberfläche von Schleimhäuten finden
5 Gastrin gehört zu den Gewebshormonen und ist chemisch gesehen ein Polypeptid.
6 Proteasen oder Proteinasen sind Enzyme, die Proteine spalten. Dabei fragmentieren sie Peptidbindungen durch Hydrolyse.
balisieren, d. h. die aktiven Pepsine können nicht unterscheiden,
ob ihr Substrat ein Protein aus der Nahrung ist oder selber ein
Pepsinmolekül, das ja selber auch ein Protein ist.
Unter der Mitwirkung des Enzyms Carboanhydratase7 (CA) und einer
ATP-getriebenen Ionenpumpe werden in den Belegzellen H+ -Ionen (im
Austausch gegen K+ ) ca. 107 fach im Magenlumen angereichert. Mittels
eines passiven Transportes gelangen K+ -Ionen, zusammen mit Cl- -Ionen,
zurück ins Lumen des Magens. Es handelt sich hier um eine Rezirkulation
von K+ -Ionen. Hergestellt werden die H+ -Ionen in den Belegzellen aus
Wasser. Dabei entstehen vorerst H+ - und OH- -Ionen. Die OH- -Ionen
reagieren anschliessend mit CO2 (aus dem Zellstoffwechsel) und CA (s.
o.) zu HCO3- -Ionen. Diese verlassen die Belegzelle auf der Blutseite
passiv im Austausch mit Cl- -Ionen (siehe unter auch Modul Harnapparat).
Zum Selbstschutz vor den aggressiven H+ -Ionen im Magensaft werden von der Magenschleimhaut aktiv HCO3 - -Ionen sezerniert. Diese
puffern die Säureionen, die von aussen (Lumen) her über die Schleimhautoberfläche eindringen können. Dadurch wird die Magenschleimhaut
vor Geschwüren (Ulzera8) geschützt. Ein weiterer Schutzfaktor sind die
Prostaglandine9 (viele Schmerzmittel hemmen die Prostaglandinbiosynthese und können demzufolge zu gastrointestinalen Beschwerden führen).
Die Hauptzellen sondern eine Vorstufe der Pepsine ab.
Die Belegzellen bilden eine Vorstufe der Salzsäure.
Die Nebenzellen stellen schützenden Schleim her.

Kontrollfragen
Was ist die physiologische Aufgabe der Belegzellen,
Nebenzellen und Hauptzellen?
Worin unterscheidet sich der Bau der Magenwand
vom Bau der übrigen Abschnitte des Verdauungstraktes?
7 Die Carboanhydratase oder Carboanhydrase ist ein Enzym, das im menschlichen Stoffwechsel eine
wichtige Rolle spielt. Es katalysiert die Reaktion CO2 + 2H2O = H2CO3 + H2O = H3O+ + HCO3-. Die
Carboanhydrase ist an zahlreichen physiologischen Prozessen beteiligt. Die Carboanhydrase besteht aus
einem Protein, welches Zink als Cofaktor nutzt. Das Zinkion ist als aktives Zentrum für die eigentliche
Aktivität des Enzyms verantwortlich
8Als Ulkus (Ulzera) bezeichnet man einen Defekt der Haut bis in den Bereich der Dermis oder tiefer bzw.
der Schleimhaut durch alle Wandschichten. In der Dermatologie zählt das Ulkus zu den Sekundäreffloreszenzen.
9 Prostaglandine sind von der Arachidonsäure abgeleitete Lokalhormone aus der Klasse der Eikosanoide. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei Entzündungsprozessen, der lokalen Schmerzvermittlung
(Schmerzmediator) und als Mediatoren der Wirkung von Hormonen sowie bei integrativen Funktionen
wie der Entstehung von Fieber bei Entzündungsprozessen.