Grundlagen des Gastrointestinaltrakts
Kompakte Physiologie von Magen, Darm, Galle und Leber, soweit sie die Wirkung von Laxanzien, Antidiarrhoika, Prokinetika und Gallentherapeutika erklärt. Kern sind die Steuerung der Motilität durch das enterische Nervensystem und der Wasser- und Elektrolyttransport der Enterozyten.
Dein roter Faden
- Weg und Wand: Magen speichert und säuert, Dünndarm verdaut und resorbiert, Kolon dickt ein; Epithel, Muskulatur mit Plexus und Lamina propria sind die drei Angriffsorte.
- Nervale Steuerung: Das ENS steuert sich selbst (Plexus myentericus für Motilität, Plexus submucosus für Sekretion), Parasympathikus fördert über M₃, Sympathikus hemmt über präsynaptische α₂-Rezeptoren.
- Peristaltik und Takt: Serotonin aus enterochromaffinen Zellen löst den peristaltischen Reflex aus (oral Kontraktion durch ACh, aboral Relaxation durch NO und VIP); Cajal-Zellen geben den Takt, Motilin startet den MMC in der Nüchternphase.
- Wasser und Elektrolyte: Wasser folgt Na⁺ und Cl⁻; Resorption über SGLT1, NHE3 und ENaC, Sekretion über CFTR, gesteigert durch cAMP und cGMP; nicht resorbierbare Teilchen halten Wasser osmotisch im Lumen.
- Galle, Leber, Mikrobiom: Gallensäuren bilden Mizellen und kreisen enterohepatisch über terminales Ileum und Pfortader; die Leber entgiftet Ammoniak aus dem bakteriellen Proteinabbau, das Mikrobiom liefert Butyrat und stützt die Barriere.
- Brücke zu den Arzneistoffen: Prokinetika steigern die ACh-Freisetzung (D₂-Blockade, 5-HT₄-Agonismus), Opioide hemmen sie, GC-C-Agonisten steigern die Sekretion, Racecadotril bremst sie, Laxanzien wirken luminal, Biologika auf Zytokine und Integrine.
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Orientierung
Der Gastrointestinaltrakt ist Wirkort vieler Arzneistoffe (Laxanzien, Antidiarrhoika, Prokinetika, Spasmolytika, CED-Therapeutika) und zugleich Ort der Resorption. Seine Physiologie erklärt, warum ein Stoff obstipiert, abführt oder die Magenentleerung verändert.
- Mund und Ösophagus: Zerkleinerung, Transport.
- Magen: Speicher, Durchmischung, Säure und Pepsin (Magensäuresekretion).
- Dünndarm: Verdauung mit Pankreassekret und Galle, Hauptort der Resorption (Zotten, Mikrovilli). Im terminalen Ileum werden Gallensäuren und Vitamin B₁₂ aufgenommen.
- Kolon: Rückresorption von Na⁺ und Wasser, Eindickung des Stuhls, Sitz des Mikrobioms.
Die Darmwand besteht aus Mukosa, Submukosa, Muscularis (innere Ring-, äußere Längsmuskelschicht) und Serosa. Daraus ergeben sich drei Angriffsorte: das Epithel mit seinen Transportern und Rezeptoren, die Muskulatur mit ihren Nervengeflechten für die Motilität und die Lamina propria mit Immunzellen.
Steuerung von Motilität und Sekretion
Der Darm steuert sich weitgehend selbst. Das vegetative Nervensystem moduliert diese Eigensteuerung nur (Anatomie und Physiologie des VNS).
Eigenständiges Nervennetz der Darmwand, das Motilität und Sekretion auch ohne extrinsische Innervation reflektorisch steuert. Der Plexus myentericus (Auerbach) zwischen Ring- und Längsmuskel steuert die Motilität, der Plexus submucosus (Meissner) Sekretion und Durchblutung.
- Parasympathikus: Acetylcholin an M₃-Rezeptoren der glatten Muskulatur und der Drüsen → Motilität und Sekretion ↑.
- Sympathikus: Noradrenalin hemmt über präsynaptische α₂-Rezeptoren die ACh-Freisetzung im ENS → Motilität ↓, Sphinkteren kontrahiert.
- Interstitielle Cajal-Zellen: Schrittmacherzellen in der Muscularis. Sie erzeugen langsame Wellen (slow waves), die den Takt der Kontraktionen vorgeben.
- Migrierender motorischer Komplex (MMC): Kontraktionsfront, die in der Nüchternphase etwa alle eineinhalb bis zwei Stunden vom Magen bis zum Ileum läuft und Reste und Bakterien ausräumt. Er wird von Motilin ausgelöst (Erythromycin wirkt als Motilin-Agonist prokinetisch).
Der peristaltische Reflex treibt den Darminhalt nach aboral:
- Reiz: Dehnung oder Schleimhautreiz → enterochromaffine Zellen des Epithels setzen Serotonin frei (sie speichern den größten Teil des Körperserotonins).
- Afferenz: Serotonin erregt intrinsische afferente Neurone, u. a. über 5-HT₃- und 5-HT₄-Rezeptoren (Serotonin).
- Oral des Bolus: Kontraktion der Ringmuskulatur durch ACh und Substanz P.
- Aboral des Bolus: Relaxation durch NO und VIP → der Bolus wird weitergeschoben.
Dazu kommen gastrointestinale Hormone aus endokrinen Zellen der Mukosa:
| Hormon (Zelle) | Reiz | Hauptwirkung |
|---|---|---|
| Gastrin (G-Zellen, Antrum) | Peptide, Vagus | Säuresekretion ↑ |
| CCK (I-Zellen, Duodenum) | Fett, Aminosäuren | Gallenblasenkontraktion, Pankreasenzyme ↑, Magenentleerung ↓ |
| Sekretin (S-Zellen, Duodenum) | Säure im Duodenum | HCO₃⁻ aus dem Pankreas ↑ |
| Motilin (M-Zellen, Duodenum) | Nüchternphase | löst MMC aus |
| GLP-1 (L-Zellen, Ileum, Kolon) | Nährstoffe | Magenentleerung ↓, Sättigung (Inkretinwirkung) |
Wasser- und Elektrolyttransport
Wasser folgt im Darm passiv dem osmotischen Gradienten, den Na⁺ und Cl⁻ aufbauen (Membrantransport). Ob Stuhl hart oder flüssig wird, entscheidet die Bilanz aus Resorption in den Zotten und Sekretion in den Krypten.
- Motor: basolaterale Na⁺/K⁺-ATPase hält das intrazelluläre Na⁺ niedrig.
- Resorption Dünndarm: Na⁺-Glucose-Cotransport (SGLT1) und Na⁺/H⁺-Austauscher (NHE3). SGLT1 bleibt auch bei sekretorischer Diarrhö funktionsfähig.
- Resorption Kolon: epithelialer Na⁺-Kanal (ENaC, aldosteronabhängig), Aufnahme kurzkettiger Fettsäuren.
- Chloridsekretion: NKCC1 lädt die Zelle basolateral mit Cl⁻ auf, apikal tritt Cl⁻ über CFTR aus. Na⁺ und Wasser folgen parazellulär.
- Second Messenger: cAMP (VIP, PGE₂, Choleratoxin) und cGMP (Guanylin, Uroguanylin, hitzestabiles E.-coli-Enterotoxin über Guanylatcyclase C) aktivieren Proteinkinasen → CFTR phosphoryliert → Cl⁻-Sekretion ↑, NHE3 gehemmt. Enkephaline senken über δ-Rezeptoren cAMP und wirken antisekretorisch.
- Osmotik: nicht resorbierbare gelöste Teilchen halten Wasser im Lumen fest. Das ist das Prinzip der osmotischen Laxanzien und der osmotischen Diarrhö.
Verdauung, Galle und Leber
Fette werden erst nach Emulgierung durch Galle von Pankreasenzymen gespalten. Galle, Pfortader und Leber bilden dabei einen geschlossenen Kreislauf.
- Pankreassekret: Lipase spaltet Triglyceride zu Monoacylglycerinen und Fettsäuren, dazu Amylase und Proteasen als Zymogene (Trypsinogen wird durch Enteropeptidase aktiviert). HCO₃⁻ neutralisiert den sauren Chymus. Lipase wird durch Säure inaktiviert, daher magensaftresistentes Pankreatin bei exokriner Pankreasinsuffizienz.
- Gallensäuren: in der Leber aus Cholesterol gebildet, mit Glycin oder Taurin konjugiert, amphiphil. Sie bilden Mizellen mit Fettspaltprodukten und fettlöslichen Vitaminen.
Gallensäuren werden im terminalen Ileum aktiv rückresorbiert, gelangen über die Pfortader zur Leber und werden erneut sezerniert, mehrmals täglich bei geringem Verlust mit dem Stuhl. Auch glucuronidierte Arzneistoffe können ihn durchlaufen, wenn bakterielle β-Glucuronidasen sie spalten (z. B. Ethinylestradiol, Mycophenolsäure).
- Pfortaderkreislauf: Venöses Blut aus Magen, Darm, Milz und Pankreas fließt über die V. portae zuerst durch die Leber und erst dann in den großen Kreislauf. Das ist die Grundlage des First-Pass-Effekts.
- Leberfunktionen: Synthese (Albumin, Gerinnungsfaktoren, Gallensäuren), Biotransformation, Ammoniakentgiftung über Harnstoffzyklus und Glutaminsynthese. NH₃ entsteht zum großen Teil durch bakteriellen Proteinabbau im Kolon, bei Leberzirrhose droht die hepatische Enzephalopathie.
- Mikrobiom und Barriere: Bakterien fermentieren Ballaststoffe zu kurzkettigen Fettsäuren (Butyrat ernährt die Kolonozyten). Mucus, Tight Junctions und sekretorisches IgA dichten ab. Antibiotika stören dieses Gleichgewicht (Diarrhö, Clostridioides difficile).
Antwort anzeigen
Ohne terminales Ileum fehlt die aktive Rückresorption der Gallensäuren. Sie gelangen ins Kolon und stimulieren dort Cl⁻- und Wassersekretion, es entsteht eine chologene Diarrhö, die man mit Gallensäurebindern behandelt. Ist der Verlust so groß, dass die Leber nicht nachsynthetisieren kann, schrumpft der Pool, Mizellen fehlen und es kommt zusätzlich zur Steatorrhö.
Pharmakologische Angriffspunkte
Fast jede Arzneistoffgruppe des Kapitels greift an einem der oben beschriebenen Mechanismen an. Die Säuresekretion hat eine eigene Grundlagenseite (Magensäuresekretion), Antiemetika und Brechreflex stehen bei Übelkeit und Erbrechen.
| Angriffspunkt | Prinzip → Effekt | Arzneistoffklasse |
|---|---|---|
| M₃-Rezeptor (glatte Muskulatur) | Antagonismus → Spasmolyse | Spasmolytika |
| D₂-Rezeptor (ENS, präsynaptisch) | Antagonismus → ACh-Freisetzung ↑, Prokinetik | Dopaminantagonisten |
| 5-HT₃-Rezeptor (vagale Afferenzen) | Antagonismus → antiemetisch | 5-HT₃-Antagonisten |
| 5-HT₄-Rezeptor (ENS) | Agonismus → ACh-Freisetzung ↑, Prokinetik | 5-HT₄-Agonisten |
| μ-Opioidrezeptor (Plexus myentericus) | Agonismus → ACh ↓, Propulsion und Sekretion ↓ / periphere Blockade gegen Opioid-Obstipation | Loperamid, PAMORA |
| Guanylatcyclase C | Agonismus → cGMP ↑ → Cl⁻-Sekretion | GC-C-Agonisten |
| Enkephalinase | Hemmung → Enkephaline ↑ → cAMP ↓, antisekretorisch | Racecadotril |
| Lumen | Osmotik, Quellung, Sekretion und Motilität ↑, Neutralisation | osmotische und stimulierende Laxanzien, Quellstoffe, Antazida |
| Zytokine (TNF-α, IL-12/23), α₄β₇-Integrin | Entzündung ↓, Leukozyten-Homing ↓ | Biologika bei CED |
| Gallensäuren, Ammoniak | Gallensäurepool verändern, NH₃-Bildung und -Aufnahme ↓ | Gallentherapeutika, Lactulose |
Teste dich
Aussage 1
Ammoniak entsteht zu einem großen Teil durch bakteriellen Proteinabbau im Kolon und wird in der Leber über Harnstoffzyklus und Glutaminsynthese entgiftet.
Deshalb steigt bei Leberzirrhose der Ammoniakspiegel, und die Therapie setzt auch an der Bildung im Darm an.
Aussage 2
Die Aktivierung der Guanylatcyclase C erhöht cGMP, was über Phosphorylierung von CFTR die Chloridsekretion ins Lumen steigert.
cGMP aktiviert eine Proteinkinase, die CFTR phosphoryliert; Cl⁻ tritt aus, Na⁺ und Wasser folgen. Darauf beruhen die GC-C-Agonisten.
Aussage 3
Der Plexus submucosus liegt zwischen Ring- und Längsmuskelschicht und steuert vor allem die Motilität.
Das beschreibt den Plexus myentericus (Auerbach). Der Plexus submucosus (Meissner) liegt in der Submukosa und steuert Sekretion und Durchblutung.
Aussage 4
Der Sympathikus steigert die Darmmotilität, indem Noradrenalin an M₃-Rezeptoren der glatten Muskulatur bindet.
Der Sympathikus hemmt die Motilität: Noradrenalin vermindert über präsynaptische α₂-Rezeptoren die ACh-Freisetzung im ENS. M₃-Rezeptoren vermitteln die fördernde Wirkung des Parasympathikus.
Zuordnen
Reihenfolge
Lückentext
Warum?
Aussage 9
Der migrierende motorische Komplex tritt in der Nüchternphase auf und wird durch Motilin ausgelöst.
Der MMC räumt zwischen den Mahlzeiten Reste und Bakterien aus dem Dünndarm; Motilin ist sein hormoneller Auslöser.
Aussage 10
Gallensäuren werden überwiegend im Duodenum aktiv rückresorbiert und gelangen über die Lymphe zur Leber.
Die aktive Rückresorption erfolgt im terminalen Ileum, der Rücktransport zur Leber über die Pfortader.
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