Verdauung

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Jetzt schauen wir uns mal an wie die Verdauung funktioniert. Hier mal ne schematische Darstellung. Achtung die Proportionen stimmen unter gar keinen Umständen ;-)

Verdauungstrakt.png

Zerkleinern und Einspeichelung[Bearbeiten]

Es ist tatsächlich so, dass der Körper schon beim bloßen Gedanken an Essen mit der Vorbereitung beginnt. Die Phrase "Mir läuft beim Gedanken ans Abendessen das Wasser im Munde zusammen" trifft voll und ganz zu. Die Aufgabe des Gastrointestinaltraktes besteht darin die aufgenommene Nahrung in resorbierbare Bestandteile zu zerlegen und in den Körperkreisluaf aufzunehmen. Es werden mehrere Mechanismen in Gang gesetzt. Es beginnt mit mechanischen Vorgängen wie Kauen und Vermischen sowie dem Tranport. Schon im Mund werden Verdauungssekrete abgegeben die hier schon enzymatisch einzelne Nahrungsbestandteile verdauen. Stärke wird durch Amylase hydrolytisch in Mehrfachzucker gespalten. Der Speichel setzt sich aus Ptyalin (= alpha-Amylase), Mucin (Schleim=Glycoproteine) und Rhodanidionen (evtl. antibakterielle Wirkung) zusammen.
Die eingespeichelte Nahrung wird auch Bolus genannt. Durch die Zunge wird der Bolus in Richtung des Gaumenbogens gebracht. Nun wird die Nahrung reflexartig durch die Speiseröhre in den Magen transportiert.

Magen[Bearbeiten]

Der Magen hat eine bohnenähnliche Form, mit einer kurzen und einer langen Seite. Er kann in Fundus, Korpus und Antrum unterteilt werden. Der Fundus bildet den eigentlichen Magensaft. Die Magenschleimhaut des Fundus setzt sich aus mehreren Zelltypen zusammen.
1) Nebenzellen: Sie liefern basischen Schleim (Mucin) und schützen den Magen so vor einem Selbstverdau. Pepsinogen benötigt Wasserstoffionen um in Pepsin umgewandelt zu werden.
2) Belegzellen: Sie sind für die HCl-Produktion verantwortlich. Es handelt sich um einen aktiven Transport über die K/H-ATPase. Dies funktioniert ähnlich wie die Natrium-Kalium-ATPase. H+-Ionen werden gegen K+-Ionen ausgetauscht. Die Wasserstoffionen stammen aus der Dissoziation von H2CO3. Das entsprechende Anion geht ins Blut und alkalisiert es.
Die Belegzellen setzen auch den Intrinsic Faktor frei. Dieser bindet an in der Nahrung enthaltenes B12. Dadurch wird es geschützt und kann im termininalen Ileum resorbiert.
3) Hauptzellen: Die Hauptzellen bilden proteolytische Enzyme.
4) Enterochromaffin-ähnlichen Zellen: auch ECL-Zellen oder H-Zellen genannt. Es handelt sich um endokrine Zellen, die häufig in der Nähe der Belegzellen liegen. Sie produzieren Histamin, das stimulierend auf die Säureproduktion der Belegzellen wirkt.

Belegzelle.png

Die Pylorusdrüsen liegen am Magenausgang beim sog. Pförtner. Auch diese Drüsen sondern ein alkalisches, schleimiges Sekret ab das der Verdauung dient. Hier sind keine Haupt- oder Nebenzellen anwesend. Es sind unter anderem endokrine Zellen anwesend, die Hormone bilden und an die umgebenden Blutgefäße abgeben:

  • G-Zellen bilden das Hormon Gastrin, das (wie die Abbildung zeigt) unter anderem die HCl-Produktion der Belegzellen steigert. Gastrin wirkt auf 2fache weise. Einerseits werden die Belegzellen direkt zur HCl-Produktion stimuliert. Andererseits wird durch Gastrin die Histaminausschüttung in den oben genannten ECL-Zellen stimuliert. Auch Histamin steigert die HCl-Produktion der Belegzellen.
  • D-Zellen bilden Somatostatin. Dies hemmt die HCl-Produktion indem sie durch Magensäure zur ST-Produktion stimuliert werden. Somatostatin hemmt sowohl die Gastrin- als auch die Histaminausschüttung. D-Zellen kommen nicht nur in der Nähe des Pylorus vor, sondern auch im Fundus, im Duodenum und in weiteren Organen (Bsp. Pankreas).
Steuerung-Belegzelle.png

Im Grundsatz besteht der Magensaft aus Enzymen, verschiedene Ionen (Na+, K+, Mg2+), Schleim und dem sogenannten Intrinsic Faktor (IF).
Der pH-Wert des Magens steigt direkt nach der Mahlzeit auf ca. 5 an. Die geladenen Seitenketten der Proteine puffern den pH-Wert des Magensaftes ab.
Hormone wie Acetylcholin, Histamin und Gastrin steigern die HCl-Produktion. Somatostatin und Prostaglandin hemmen die HCl-Produktion sowie die Gastrin-/Pepsinogensekretion.

Magensäure[Bearbeiten]

Die Salzsäure im Magen hat mehrere Aufgaben. Einerseits wird die inaktive Form des Pepsins (Verdauungsenzym), das Pepsinogen in die aktive Form überführt. Dies geschiet nur bei einem sauren pH-Wert. Des Weiteren sorgt sie für die volle Aktivität des Pepsins, das ein pH-Optimum von ca. 2 hat.
Die Proteine werden auch zur Verdauung vorbereitet. Die Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur der Proteine wird denaturiert. So können sie später leichter verdaut werden. Die Primärstruktur bleibt erhalten. Die negativ geladene Carboxylgruppe liegt bei einem niedrigen pH-Wert protoniert vor. So können Allergien (z.B. Nussallergene) gehemmt werden.
Es gibt mehrere Gründe warum der Körper Pepsinogen und nicht direkt Pepsin ausschüttet. Zum einen würde das Pepsin auch die Proteine der Hauptzellen verdauen. In Form von Pepsinogen lässt sich das Zeug in intrazellulären Bläschen des Golgi-Apparats gespeichert werden. Sobald das Pepsinogen in den sauren pH-Bereich gelangt wird es autokatalytisch in Pepsin umgewandelt. Die Abspaltung des Inhibitors ist protonenabhängig.

Hormone der Verdauung[Bearbeiten]

  • Somatistatin: Wird im Magen-Darm-Trakt freigesetzt. Es hemmt die Gastrin- und Pepsinogensekretion und es steigert die Schleimproduktion im Magen.
  • Gastrin: Dieses Hormon wird im Antrum und im oberen Dünndarm freigesetzt. Es stimuliert die HCl-Produktion.
  • Sekretin: Auch dieses Hormon wird im Antrum und im oberen Dünndarm freigestzt. Es hemmt die HCl-Produktion und stimuliert die Wasser- und Hydrogensekretion des Pankreas.
  • Cholecystokinin: Dieses Hormon wird im oberen Dünndarm freigesetzt. Es stimuliert die Pankreassekretion und erhöht die Gallenblasenkontraktion.

Dünndarm[Bearbeiten]

Der Dünndarm ist ebenfalls in 3 Bereiche einteilbar. Den Zwölffingerdarm (Duodenum), den Leerdarm (Jejunum) und der Krummdarm (Ileum). Der Chymus gelangt nach Passage des Pförtners protionsweise in den Dünndarm. Die Steuerung erfolgt über das Nervensystem und gastrointestinale Hormone. Im Duodenum werden dem Chymus weitere Sekrete, wie die der Bauchspeicheldrüse und der Galle, hinzugefügt. Die Passage des Dünndarms dauert meist 6 - 10 h, hier werden die wichtigsten Nahrungsbestandteile resorbiert. Die Regulierung der Darm-, Gallen- und Pankreassekretion erfolgt humoral, das heißt in der wässrigen Phase. Hier spielen vor allem Sekretin und Cholecystokinin.
Die Schleimhaut des Dünndarms beinhaltet viele starke Oberflächenenzyme. Sie besteht vorwiegend aus Saumzellen (Enterocyten), es finden sich vereinzelt aber auch schleimproduzierende Becherzellen. Dicht unterhalb des Epithels liegt ein engmaschiges Kapillarnetz. Dies dient der Versorgung der Zotten und dem schnellen Abtransport der resorbierten Nährstoffe.
Aus diesem Grund ist die Oberfläche des Dünndarms stark vergrößert: Die Darmwand ist sozusagen gekräuselt und nochmal gekräuselt. Und die Enterocyten haben noch mal lauter Mikrovilli, will heißen zottige Fortsätze die die Oberfläche weiter vergrößern. Dieses Konstrukt wird auch Bürstensaummembran genannt. So kann ein Ausschnitt der Oberfläche von 0,33 m2 (Wenn der Darm ein einfacher Schlauch wäre) auf knapp 200 m2 vergrößert werden. Da können dann viele Nährstoffe resorbiert werden.

Enzyme der Verdauung[Bearbeiten]

  • Endopeptidasen spalten ein Protein in der Mitte. Hierzu gehört zum Beispiel das Trypsinogen, welches als Trypsin Arginin und Lysin-Bindungen spaltet.
  • Exopeptidasen spalten einzelne Aminosäuren der Proteine ab. Hierzu zählen die Procarboxylase, die die inaktive Form der Carboxylase ist. Sie spalten Aminosäuren am C-terminalen Ende ab.
  • Lipasen spalten Triglyceride in 1 und 3 Position.
  • Amylase spaltet Stärke und Glycogen in Polysaccharide. Sie können nur -1,4-Bindungen spalten.
  • Ribonukleasen können DNA in Fragmente zerlegen.

Pankreas[Bearbeiten]

Der Pankreas, oder die Bauchspeicheldrüse ist ein exkretorisches Organ, dass innersektorische Zellverbände, die Langerhans'schen Inseln, ausweist. Diese zellverbände sind für die Bildung der Hormone Insulin und Glucagon verantwortlich.
Es gibt aber auch exokrine Abschnitte, d.h. hier werden die inaktiven Verdauungssäfte produziert, die dann bei Kontakt mit der Schleimhaut in ihre aktive Form überführt werden.
Es können 4 Phasen der Stimulation der Pankreassekretion unterschieden werden:
1) Nüchterne Phase: Die Sekretion ist gering und vagusabhängig.
2) Kephale Phase: Hier finden ca. 50 % der Sekretion statt. Der Nervus vagus wird durch Geruch, Geschmack und Kauen angeregt und kann so die Sekretion einleiten.
3) Gastrale Phase: In der gastralen Phase kommt es zu Reizweiterleitung über den Vagus afferenz und efferenz. Es handelt sich um mechanische Reize. Hier kommt es zu 10% der maximalen Sekretion. Die Volumenzunahme im Magen steigert die Gastrinsekretion.
4) Intestinale Phase: Hier ist die Nahrung im Dünndarm angelangt. Die größeren Fettsäuren steigern die Cholecystokinin (CCK) Sekretion.

Enzymsekretion-Pankreas.png

Gallenblase[Bearbeiten]

Die Gallenblase sammelt die in der Leber gebildete Gallenflüssigkeit um sie dann bei Bedarf konzentriert in den Darm abzugeben. Der Enterohepatische Kreislauf zeigt den Weg, wie die Gallensäuren abgegeben und wieder resorbiert werden.
Wenn die Gallenblase fehlt, dann wird die in der Leber produzierte Galle kontinuierlich in den Darm abgegeben. Das heißt es kommt zu keiner Auskonzentrierung mehr. Daher sind Menschen ohne Gallenblase zwar noch im Stande fettig zu essen, doch da die Galle kontinuierlich abgegeben wird und nicht gesammelt werden kann, sollten sie evtl. weniger fettige Lebensmittel bevorzugen.
Gallensäuren können in primäre und sekundäre eingeteilt werden. Die primären werden in der Leber gebildet und sind starke Detergenzien. Sie emulgieren das Nahrungsfett und machen es so leichter verdaulich. Sekundäre Gallensäuren werden durch Mikroorganismen im Darm gebildet.

Gallensaeuren.png

Die Gallenflüssigkeit setzt sich aber nicht nur aus Gallensäuren zusammen. Es sind auch Farbstoffe (Abbauprodukte des Hämoglobins), Cholesterol, Phospholipide und zahlreiche Enzyme anwesend. Um 100 g Fett zu resorbieren benötigt man ca. 20 g Gallensäuren.

Gallensäuren können das Cholesterin in Lösung halten. Es bilden sich Mizellen. Das Verhältnis von Gallensäuren zu Phospholipiden ist relativ wichtig, da es bei einem falschen Verhältnis zu Gallensteinen kommen kann.

Dickdarm[Bearbeiten]

Hier wird der Fäzes gebildet und eingedickt, d.h. Wasser rückresorbiert und entzogen. Die Schleimhaut des Dickdarms ist meist zottenlos und weist hauptsächlich Becherzellen die der Schleimbildung dienen auf. Es ist nur noch vereinzelt Bürstensaummembran vorhanden, da hier kaum Nährstoffresorption stattfindet. Hier sind meist nur noch Mirkoorganismen tätig, die die Ballaststoffe abbauen. Es ist noch nicht ganz geklärt, in wie weit hier die Vitamin K Synthese und Resorption angesiedelt ist oder nicht.
Die Motilität des Dickdarms unterliegt der nervalen Kontrolle: Der Parasympathicus steigert die Motilität, der Sympathicus hemmt sie.