Motilita trávicího traktu

Stavba stěny:

• Mucosa
  • epitel
  • lamina propria (řídké pojivo, obsahuje žlázky)
  • muscularis mucosae (může za to, že má mukóza faldy)
• Submucosa (řídké pojivo, může obsahovat žlázky)
• Muscularis externa
  • vnitřní cirkulární
  • vnější longitudinální
• Serosa (adventicie)

Řízení motility:

• Nervy
  • plexy v GIT (submukózní, myenterický)
  • sympatikus, parasympatikus
  • částečně i somatické motoneurony
• Hormóny
  • tvořené v GIT (gastrin, sekretin, cholecystokinin,...)
  • částečně i ostatní (např. glukokortikoidy a katecholaminy při stresu)
• Působky GI imunitního systému (má nejmíň tolik buněk jako imunitní systém zbytku těla)
• histamin, PGs, LTs, cytokiny,...

Inervace:

• Submukózní plexus (Meissner) v submukóze (reguluje hlavně sekreci a taky tvorbu mukózních záhybů - kontrakce muscularis mucosae a vasomotorika)
• Myenterický plexus (Auerbach) mezi cirkulární a longitudinální svalovinou
• Tvoří (spolu s ostatními nervy GIT) semiautonomní

ENTERICKÝ NERVOVÝ SYSTÉM (ENS)

• pův. považován jen za shluk přepojovacích ganglií, dnes je jasné, že to je velmi autonomní komplexní systém, jakýsi střevní "mozek"
  • objeven německými anatomy v 19. stol., pak ignorován
  • William M. Bayliss a Ernest H. Starling 1899: peristaltický reflex (kontrakce nad a dilatace pod místem mechanického nebo chemického podráždění mukózy, posunuje tráveninu distálním směrem), přetrvává po denervaci střeva
  • Paul Trendelenburg 1917: peristaltický reflex v izol. střevu in vitro, to je unikátní (denervace ostatních orgánů zastavuje jejich aktivitu)
  • dnes předmětem rychle se rozvíjející specializace - neurogastroenterologie
• obstará spoustu funkcí GIT (motilita, sekrece, spolupráce s imunitním systémem na obraně, regulace růstu) i bez vnější inervace, která ho jen moduluje
  • kdyby to všechno měl řídit mozek, musely by do a z GIT jít obrovské nervy - "detašované" řídící středisko je praktičtější
• lokální reflexy
  • senzorický neuron v ENS [mechano-, chemo-, termo-, noci-], interneuron(y) v ENS, eferentní neuron v ENS
  • např. peristaltický reflex:

• asi začíná uvolněním 5-HT z enterochromafinních buněk ve sliznici (to je jejich odpověď na mechanické nebo chemické podráždění), 5-HT pak stimuluje zakončení nervů s těly v submukózním plexu



• ENS má jen v tenkém střevě asi 10⁸ neuronů (nemyelinizované) - stejně jako mícha
• netvoří distinktní nervosvalová spojení, spíš jsou nervová zakončení volně rozprostřena mezi SMC
• inervuje i cévy (hl. vazodilatace) a částečně i některé okolní orgány (močový měchýř, pankreas)
• asi je fylogeneticky starší než CNS (jídlo bylo potřeba dřív než lokomoce)
• ENS a CNS mají leccos společného:
  • na rozdíl od ostatních periferních neuronů nezajišťují podporu Schwannovy buňky, nýbrž glie podobné astrocytům v CNS
  • všechny neurotransmittery a neuromodulátory dosud známé z CNS jsou i v ENS
    • excitační motoneurony jsou hlavně cholinergní (muskarinní receptory na SMC)
    • inhibiční motoneurony používají VIP a NO
    • interneurony hlavně cholinergní (nikotinové receptory na cílových neuronech) a GABA-ergní (excitační GABA_A receptory, presynaptické inhibiční GABA_B receptory na cílových buňkách)
    • významný je serotonin (95 % všeho 5-HT je v ENS)
  • podobná citlivost ke stejným toxinům a lékům, náchylnost k podobným poruchám
    • antidepresiva inhibují 5-HT re-uptake v mozku, ale i v ENS - nausea, průjem, posléze zácpy (kvůli desensitizaci 5-HT receptorů trvale zvýšenou hladinou 5-HT)
      • to lze ovšem naopak využít např. pro zklidnění GIT při syndromu iritabilního střeva (ENS je na inhibitory vychytávání 5-HT dokonce citlivější než CNS)
    • Lewyho tělíska (Parkinsonova choroba) a amyloidní plaky a neurofibrilární shluky (Alzheimerova choroba) jsou nejen v mozku, ale také ve střevě těchto pacientů (perspektiva možné diagnostiky rektální biopsií)
    • asi část důvodu, proč GI a psychické obtíže tak často koexistují
  • schopnost učení
    • Hirschsprungova choroba - geneticky podmíněná absence nervů v nejdistálnější části GIT - nemožnost defekace
    • do 18 měsíců po odoperování defektní části se "naučí" defekovat ke konečníku přišitá proximálnější část střeva, která to předtím neuměla
• ENS a CNS komunikují
  • asi 10x víc informací ENS -> CNS než obráceně
    • např. žaludeční vředy dříve považovány za psychosomatické onemocnění (psychika -> GI), dnes to vidíme obráceně - primárním problémem je Helicobacter pylori a psychický diskomfort je důsledkem chronického podráždění ENS (GI -> psychika)
  • stimulace aferentace z ENS do CNS může působit antidepresivně a dokonce podporovat učení (srv. nálada při hladu vs. po dobrém jídle)

Zevní inervace je důležitá hl. pro koordinaci odlehlých částí (např. gastrokolický reflex - zvýšená aktivita žaludku zvyšuje aktivitu tlustého střeva).

Sympatikus:

• postgangliová adrenergní vlákna z prevertebrálních a paravertebrálních ganglií
• neinervují přímo SMC, nýbrž
  • neurony ENS, ty zprostředkují vliv na SMC
  • VSM (vazokonstrikce)
  • žlázky
• jeho aktivita většinou tlumí motilitu, zvyšuje tonus některých sfinkterů

Parasympatikus:

• až po příčný tračník větve vagu, zbytek pánevní nervy
• pregangliová převážně cholinergní vlákna
• taky neinervují přímo SMC, nýbrž neurony ENS
• jeho aktivita stimuluje motilitu a sekreci
  

Hladký sval

• E_m -40 až -80 mV, signifikantně přispívá Na/K ATPáza
• E_m není na rozdíl od většiny buněk stálý, nýbrž pomalu osciluje - pomalé vlny (bazální elektrický rytmus) (3/min v žaludku, 12/min v duodenu)
  • od spontánní aktivity např. v srdci se liší:
    • nižší frekvencí (max ~40/min, typicky 3-12/min)
    • nižší amplitudou (nepřestřelují přes 0 mV)
    • delším trváním (mnoho sekund)
• Pomalé vlny generují intersticiální (Cajalovy) buňky

• vlastnosti SMC i fibroblastů
• mezi longitudinální a cirkulární vrstvou
• gap junctions se svaly obou vrstev okolo a spolu navzájem - přes ně se šíří depolarizace
• těsné synapse s neurony (kromě generování rytmu jsou důležité také pro zprostředkování významné části vlivu ENS na SMC)
• oddělená aktivita různých částí GIT je zajištěna diskontinuitou intersticiálních buněk
• podkladem spontánního rytmu E_m je fluktuace aktivity neselektivního Ca²⁺-dependentního kationtového kanálu podmíněná čerpáním Ca²⁺ do mitochondrií (následujícím po uvolění Ca²⁺ z endoplasmatického retikula v těsné blízkosti mitochondriálního Ca²⁺ uniporteru poháněného H⁺ gradientem z ETC)

• více o intersticiálních buňkách je na http://nips.physiology.org/cgi/content/full/15/6/29

SMC jsou elektricky propojeny (viscerální typ hladkého svalu), taže pomalé vlny se snadno šíří (cirkulární více než longitudinální), pohyby velkých segmentů GIT jsou synchronní

Nemusí nezbytně vyvolávat změnu tenze

jen když amplituda přesáhne práh pro kontrakci (otevření napěťově řízených Ca²⁺ kanálů) nebo práh pro AP

• Akční potenciál
  • iniciovány otevřením napěťově řízených Ca²⁺ kanálů, v některých částech GIT tomu brání aktivace napěťově řízených K⁺ kanálů
  • vyvolávají kontrakci tím větší, čím víc jich je a čím hustějc (časová sumace do jednoho hladkého stahu, protože kontrakce je relativně pomalá)
  • jsou docela dlouhé (10-20 ms), nepřestřelují
  • počáteční vzrůst potenciálů je otevřením pomalých kanálů propouštějících Na a Ca
  • většina GI SMC má i v klidu nenulovou tenzi - tonus

Žvýkání

• Může být vědomé i nevědomé (např. polykání na prázdno - i v lehčích fázích spánku)
• Funkce:
  • z velkých kusů malé (5-15 ml)
  • lubrikace
  • amyláza (začátek trávení škrobu)
• U člověka není výživa podstatně narušena ani při podstatném úbytku zubní plochy (a tedy žvýkací kapacity)
• Může generovat sílu až 50-80 kg (!) na molárech

Polykání

• Orální fáze může začít volně nabo častěji reflexně podrážděním faryngu naakumulovanými slinami nebo soustem při žvýkání (asi 1000x denně)
• Celý zbytek probíhá reflexně
• Rigidně seřazená sekvence dějů

Stavba:

• aferentní část začíná dotykovými receptory hl. ve vstupu do faryngu
• polykací centrum v medule a dolním mostu
• eferentní část:
  • hlavovými nervy do faryngu a začátku jícnu
  • vagem do zbytku
  • do dýchacího centra

Fáze:

• orální
  • může být volní
  • jazyk posune tlakem proti tvrdému patru jídlo do začátku faryngu
• faryngeální (<1 sec)
  • reflexní, aktivuje se mechanickým podrážděním soustem
  • měkké patro se zvedne a uzavře vstup do nosní dutiny
  • hlasivky k sobě, larynx nahoru, tím se uzavře hrtanová příklopka
  • inhibice dýchání
  • krátká realaxace horního esofageálního svěrače (UES) (po průchodu sousta se reflexně zavírá)
  • kontrakce kosterního svalstva tvořícího začátek jícnu a iniciace peristaltické vlny
• esofageální
  • horní cca třetina esofagu je kosterní svalovina (vnější longitudinální i vnitřní cirkulární vrstva), pak je "gradient" od kosterního k hladkému svalu, poslední cca třetina je jen hladký sval
  • kosterní i hladký sval je inervován vagem, ale u kosterního svalu končí přímo vagová vlákna nervosvalovými ploténkami (myenterický plexus tam má jen senzorickou funkci), zatímco vlákna do části z hladkého svalu končí u neuronů enterického systému
  • primární peristaltická vlna 3-4 cm/s, tj trvá cca 6-8 sec
    • důsledek sekvenční aktivity intramurálních excitačních cholinergních neuronů

• pokud nestačí k polknutí způsobí distenze esofagu reflexně sekundární peristaltickou vlnu (začíná nad místem distenze)
• dolní svěrač esofagu (LES) se otevírá 2-3 sec po začátku reflexu, relaxace je úplná, trvá 5-10 sec a následuje jí přechodná kontrakce nad klidovou hodnotu tenze (7-10 sec)
  • jeho klidový tonus ~20 mmHg udržován cholinergními vagovými stimulačními nervy (přes stimulační neurony enterického systému)
  • relaxaci při polykání řídí hl. vagové inhibiční neurony (asi VIP a NO) tím, že aktivují inhibiční enterické neurony.

• občas se otevře i jindy (tzv. fysiologický reflux)
  • když to dělá moc, vede reflux žaludečního obsahu k esophagitis projevující se jako pálení žáhy
  • refluxu napomáhá to, že tlak v esofagu je blízký nitrohrudnímu (intrapleurálnímu), který je po většinu dých. cyklu nižší než nitrobřišní (využívá se pro měření nitrohrudního tlaku).
  • navíc jícen prochází bránicí v úrovni LES, takže její kontrakce přispívá k jeho zavření - problém při brániční kýle

Motilita žaludku

Stavba:

• Cirkulární svalovina se ztlušťuje směrem k antru
• Longitudinální prakticky chybí v horní třetině
• Šikmá je jen v dolní polovině

Funkce:

• Rezervoár
  • hl. fundus a tělo
  • prázdný objem 50 ml a tlak kolem 5 torr, objem může vzrůst až na cca 4 l, klidový tlak 5 torr se příliš nemění dokud objem nevzroste o 1-1.5 l
    • receptivní relaxace (vago-vagový reflex, tj aferentace jde od receptorů natažení vagem do CNS [předpokládá se, že do stejné oblasti jako řídí polykání] a eferentace jde k hladkému svalu rovněž vagem)
  • kontrakce jen slabé - minimální promíchávání po dlouhou dobu (slabá vrstva svaloviny)
  • obsah se usazuje do vrstev podle hustoty, velké kusy odchází poslední
  • tuky tvoří film na povrchu, proto se tráví poslední
  • tekutiny "předbíhají"

• Rozmělnění
  • zajišťuje peristaltika antra (začínají blízko středu těla, ale zesilují a zrychlují se směrem k antru)
  • retropulze - silné kontrakce konce antra proti směru peristaltické vlny propasírovává chymus zpátky do žaludku zúženinou tvořenou peristaltickou vlnou
• Promíchání s žaludečními sekrety (peristaltika, retropulze)
• Plynulé plnění střeva tak, aby stíhalo zpracování (i přes nárazovitý charakter jedení) a aby příliš mnoho kyseliny z žaludku nepoškodilo duodenální sliznici
  • obstarávají to silné kontrakce antra (silná svalovina, sřední šikmá vrstva) proti skoro uzavřenému pyloru (to brání regurgitaci - žluč může poškodit žaludeční stěnu)
  • žaludek se vyprázdní asi za 3 hodiny
  • záleží na složení potravy (protože střevo různě rychle tráví různé živiny a podle toho si "diktuje", jak rychle se bude plnit)
    • proto tučné pomáhá proti opilosti (tuk zadrží alkohol v žaludku déle, tam je resorbován pomaleji než ve střevě)

Inervace:

• Sympatikus tlumí, parasympatikus stimuluje motilitu
• Senzorické nervy (tlak, distenze, pH, bolest) hlavně parasympatikem, trochu i sympatikem

Elektrická aktivita a kontrakce:

• peristaltika po jídle asi 3x/min
• udávaná frekvencí pomalých vln (bazální elektrický rytmus - BER) vznikajících v pacemakerové zóně asi uprostřed těla, zesilují směrem k antru, jen v antru je amplituda tak velká, aby udělala AP
• pomalá vlna v žaludku připomíná AP v srdci (ale je 10x delší)
  • iniciální depolarizaci dělá vtok Ca napěťově řízenými kanály
  • plateau vtok Ca i Na
  • repolarizaci opožděné (delayed) K kanály (Kjimi opouští buňku)
• kontrakce nastává, když amplituda pomalé vlny překročí práh pro kontrakci (nemusí být AP)
  • kontrakce je tím silnější, čím větší je amplituda a čím déle je nad prahem
  • kontrakce je mnohem silnější když pomalá vlna vyvolala AP
• ACh a gastrin zvyšují amplitudu a trvání plató pomalé vlny, NE opačně

Migrující myoelektrický komplex (MMC):

• prázdný žaludek je cca 75-90 min v klidu, pak 5-10 min intenzivních kontrakcí antra při relaxovaném pyloru
• odstraňuje nedotrávené zbytky včetně velkých kusů
• frekvence pomalých vln je stejná jako po jídle, jen jejich amplituda většinou nedosahuje prahu pro vyvolání kontrakce/AP (vliv hormónů uvolňovaných při trávení na amplitudu pomalých vln)

Gastro-duodenální spojení, pylorus

• pomalé vlny rychlejší v duodenu (10-12/min) než v antru (~3/min)
  • napomáhá proti refluxu
  • jistá míra koordinace (duodenum obvykle relaxované, když se antrum stahuje)
• sympatikus zvyšuje tenzi pyloru,
  vagová vlákna stimulační (ACh) i inhibiční (asi VIP nebo NO)
• cholecystokinin (CCK), gastrin gastrický inhibiční peptid (GIP) kontrahují pylorus (tj. brzdí vyprazdňování žaludku)

Regulace vyprazdňování žaludku

• Fundus a tělo "diktují" antru, že sebou má hodit, když je roztahuje nové jídlo
• Duodenum "diktuje" antru jak rychle se má vyprazdňovat, aby střevo stíhalo (tzv. enterogastrický reflex)
  • Receptory na pH, osmolaritu, tuky, peptidy a aminokyseliny ve sliznici duodena a jejuna zprostředkují zpomalení vyprazdňování žaludku, když je v duodenu:
    • nízké pH (pod 3.5)
      • Stimuluje uvolňování sekretinu, ten inhibuje kontrakce antra, zvyšuje tenzi pyloru, zvyšuje motilitu duodena
      • Kyselina jde do střeva jen tak rychle, jak se tam stačí neutralizovat

• vysoký osmotický tlak (obsah žaludku bývá hypertonický a obsah duodena ještě víc rozštěpením polymerů na malé molekuly)
  • zprostředkují to nervy a neznámý hormon
• hodně mastných kyselin anebo monoglyceridů (z tuků)
  • Zprostředkováno cholecystokininem (CCK) a GIP
  • Tuky jdou do střeva jen tak rychle, jak je stíhá žluč emulgovat
• hodně aminokyselin/peptidů
  • Zprostředkováno gastrinem z G buněk antra a duodena, který sice stimuluje pylorus i antrum, ale výsledný efekt je většinou snížené vyprazdňování žaludku
  • Uplatňují se i nervy, GIP a CCK

Zvracení (emesis)

• Obvykle předchází nausea, někdy anorexie, autonomní reakce (salivace, pocení, studená kůže, závrať,...)
• Řízeno zvracecím centrem v prodloužené míše (blízko kadriovaskulárního a respiračního centra)
• Mechanické podněty (distenze žaludku/duodena, vchod do laryngu, zranění, bolest), vnitřní ucho
• Emetika (chemoreceptory v žaludku/duodenu nebo na dně 4. komory)
• Reversní peristaltika od prostředku tenkého střeva po larynx
• Usilovný nádech proti zavřené glottis - snížení nitrohrudního tlaku, zvýšení nitrobřišního (bránice)
• Silná kontrakce břišních svalů a bránice
• Relaxace a pak zavření pyloru, relaxace LES a nakonec UES (zavření glottis, inhibice dýchání)
• Ochranný reflex proti toxicitě, ale dlouhodobější zvracení může vést k metabolické alkalóze a dehydrataci

Motilita tenkého střeva

• Duodenum je prvních 5% délky, jejunum dalších 40, zbytek ileum
• Většina trávení v duodenu a jejunu, bez ilea se lze obejít
• Segmentace
  • Střídající se lokalizované kontrakce cirkulární svaloviny
  • Promíchává chymus se střevní šťávou, kontakt se střevní stěnou
  • Frekvence shodná s frekvencí pomalých vln (klesá z cca 11-13/min v duodenu na 8-9 na konci ilea)
  • Pomalá vlna probíhá po délce celého tenkého střeva, ale AP dělá jen lokalizovaně - tam se udělají segmentační kontrakce
• Peristaltika většinou jen v kratších částech střeva najednou (~10 cm) (kromě MMC)
• Elektrický rytmus střeva je nezávislý na inervaci, ale kontraktilita je potencovaná parasympatikem a tlumená sympatikem (přes enterické nervy)

Intestinální reflexy:

• Lokální
  • Např. peristaltický reflex - kontrakce za bolusem a relaxace před ním - lokální reflex zprostředkovaný jen enterickými nervy
• Zprostředkované enterickou i zevní inervací:
  • Intestinointestinální reflex - přílišná distenze jedné části střeva relaxuje zbytek střeva - spolupodílí se enterická a zevní inervace
  • Gastroileální reflex - zvýšená motorická a sekretorická aktivita žaludku zvyšuje pohyb chymu ileocékálním svěračem
  • Ileogastrický reflex - snížení motility žaludku vyvolané distenzí ilea

MMC v hladovém stavu

• Stejně jako v žaludku, odkud se postupně šíří až na konec tenkého střeva
• Segmentace ustávají
• Peristaltické vlny zahrnující dlouhé úseky střeva (cca 70 cm,opakuje se po 70-90 min, celé střevo projede série takovýchto kontrakcí za 1-2 hod)
• "Vymetá" nevstřebané zbytky a brání migraci baktérií z tlustého do tenkého střeva (je jich tam kolem 500 druhů)

Kontrakce muscularis mucosae:

• mění tvar rýh a záhybů mukózy, kontrahuje villi ("dojení" produktů trávení do lymfatických cest), "mávání" klků
• lepší kontakt chymu se sliznicí, promíchávání
• napomáhá toku lymfy

Vyprazdňování ilea:

• Ileocékální svěrač (chlopeň) je normálně zavřený (např. kvůli baktériím)
• Otvírá ho (lokální reflex) distenze konce ilea
• Zavírá ho (lokální reflex) distenze začátku tlustého střeva

Motilita tlustého střeva

• Hl. funkce - absorbce vody (400-1000 ml/den) a iontů (do trávení se dost vody investovalo),
  skladování nepotřebných zbytků (typicky 16-20 hod, ale až 30% může zůstat v colon třeba týden)
• Se zahušťováním je promíchávání obtížnější, připomíná hnětení
• Haustrace - obdoba segmentace, ale výraznější a v anatomicky předdefinovaných místech cirkulární svaloviny
  • Řízeno pomalými vlnami z intersticiálních buněk (něco mezi SMC a fibroblastem) blízko vnitřního okraje cirkulární vrstvy (~6/min)
  • většinou ne AP
  • Zesilování kontrakcí (např. ACh) prodlužováním amplitudy pomalé vlny

• Kývavé pohyby - longitudinální svalovina, promíchávání
  • Řízeno tzv. myenterickými potenciálovými oscilacemi (nižší amplituda a vyšší frekvence než pomalé vlny)
  • Na jejich vrcholu AP, ty vyvolávají kontrakci
  • Zesilování kontrakcí (např. ACh) zvyšováním frekvence AP
• 1-3x/den (obvykle po jídle) vlna kontrakce, tzv hromadný pohyb posunuje obsah na delší vzdálenost, střevo zůstává chvíli kontrahované
  
  
• Celkový pohyb je pomalý (max 5-10 cm/hod)
• Kontrolováno enterickým systémem, sympatikus brzdí pohyb, parasympatikus stimuluje haustrace proximální části a expulzivní pohyby distální části
• Reflexy:
  • kolono-kolický - distenze jednoho místa relaxuje zbytek (částečně sympatikus)
  • gastro-kolický - naplnění žaludku zvyšuje frekvenci masových pohybů (sympatikus a parasympatikus, CCK, gastrin), podobně duodeno-kolický

Rektum a anální kanál:

• Rektum obvykle (skoro) prázdné (retrográdní kontrakce vrací obsah do sigmoidea, dokud ho na to není příliš)
• Těsně před defekací hromadný pohyb sigmoidea naplní rektum
• To zvýší tlak, který reflexně relaxuje vnitřní svěrač (SMC) a kontrahuje vnější (kosterní sval ovládaný volně pudendálními nervy)
• Receptory natažení rektální stěny se umí adaptovat - nucení na stolici může při potlačení dočasně ustoupit

Defekace

• Reflex řízený ze sakrální míchy, modulovaný z vyšších úrovní (vědomí)
• Efferentní část - ACh parasympatická vlákna v pelvických nervech
• Vysoce propulsivní kontrakce colon descendens a sigmoideum
• Relaxace obou svěračů (zevní volní)
• Nádech posunuje bránici dolů
• Kontrakce expiračních svalů při plných plicích a kontrakce břišních svalů zvyšují nitrobřišní tlak (až na 200 mmHg)