Fisiologia dell'apparato digerente

Fisiologia dell'apparato digerente

Nell'apparato digerente possiamo distinguere vari stadi. Abbiamo una mucosa, una sottomucosa, una muscolare e una sierosa. La mucosa è costituita da epitelio, lamina propria e muscolaris mucosae, che è un sottile strato muscolare che non serve per motilità, cioè per mescolamento, ma per definire la superficie di assorbimento della mucosa. Sotto troviamo la sottomucosa che è sede di molte ghiandole. Strutture di tipo linfatico sono tutte localizzate al livello della mucosa. Il sistema immunitario nel sistema digerente è molto importante e sviluppato.

La tonaca muscolare è costituita da un primo strato di fasci circolari e da un secondo strato muscolare orientato longitudinalmente. Infine c'è la tonaca sierosa. Questa struttura, che è una struttura estremamente ampia da un punto di vista anatomico e complessa, è dotata di meccanismi complessi per quanto riguarda la motilità e le secrezioni. Vedremo poi le diverse parti del digerente.

Controllo di secrezione e motilità

Quando parliamo di controllo di secrezione e motilità parliamo di un controllo di tipo nervoso e un controllo di tipo ormonale. Oggi parliamo del controllo nervoso. Esiste un sistema nervoso enterico. Al livello del sistema vegetativo esiste la branca simpatica e parasimpatica. In realtà esiste anche la componente enterica che è costituita da cellule nervose contenute nella parete dell'apparato digerente. Il sistema nervoso enterico comprende 100 milioni di neuroni, che si articolano secondo una complessità molto confrontabile con quella del cervello. Gut brain è una modalità colloquiale per definire il sistema nervoso enterico. Nel sistema nervoso periferico i neuroni non sono messi a caso: i corpi sono nei gangli e gli assoni vanno a costituire i nervi.

Esistono i plessi nervosi gangliari che sono il plesso mienterico e sottomucoso. Si chiamano plessi gangliari perché il plesso mienterico, tra la circolare e la longitudinale degli strati muscolari, e sottomucoso, tra la circolare e la sottomucosa, contengono gangli. Viceversa, il plesso mucoso contiene solo fibre; è un plesso agangliare. La struttura dell'apparato digerente è invasa da fibre nervose. Da un punto di vista funzionale queste fibre nervose controllano la motilità e le secrezioni ed è logico pensare che cellule che hanno un corpo posto tra la circolare e la longitudinale sono adibite alla motilità. Queste cellule hanno forme diverse: abbiamo reti di neuroni posizionati secondo l'asse maggiore dell'organo e altri circolarmente.

Neuroni sensoriali del sistema digerente

Come facciamo a capire che un neurone è sensoriale? È dotato di recettori. I neuroni del sistema digerente sono tutti amielinici. I neuroni sensoriali del sistema digerente riescono a captare segnali chimici e meccanici e a trasformarli in d.d.p.. I neuroni riescono a rilevare sia pressione sia idrogenioni. Questi neuroni sensoriali devono avere un neurite che arriva molto vicino allo stimolo, cioè devono arrivare molto vicino alla mucosa. In questo modo è in grado di trasdurre energia chimica e meccanica in una d.d.p..

Una differenza importante tra il sistema nervoso enterico e il resto del sistema nervoso è che il sistema nervoso enterico non ha solo motoneuroni di tipo eccitatorio. Non abbiamo motoneuroni inibitori nel sistema motorio che rilascia attivamente i muscoli. Qui invece è diverso perché oltre ad avere motoneuroni eccitatori, ho anche dei motoneuroni inibitori. Sono motoneuroni perché stimolano fibre muscolari, però possono anche rilasciare ulteriormente la muscolatura.

Quasi tutte le sostanze che nel cervello trovo come neurotrasmettitori, le ritrovo anche nel sistema nervoso enterico; poi abbiamo neurotrasmettitori eccitatori: acetilcolina, serotonina e le tachichinine; i motoneuroni inibitori usano il NO e il VIP. Sono neurotrasmettitori diversi da quelli che troviamo nella giunzione neuromuscolare.

Riflessi del sistema nervoso enterico

Da un punto di vista del movimento esistono molti movimenti: volontario, automatico (masticazione o deambulazione), riflessi. I movimenti riflessi sono risposte involontarie e stereotipate ad uno stimolo. Perché avvenga un riflesso devo avere una struttura anatomica che mi permetta di avere quel riflesso. Le strutture nervose sono fatte ad arco e per questo si parla di arco riflesso. Questo arco riflesso è costituito da 5 stazioni:

• Recettore: inteso come molecola; quelle molecole che trasducono una forma di energia in una d.d.p.
• Via afferente
• Centro di elaborazione
• Vie efferente
• Effettore

Ci arriva una martellata al tendine patellare. Questa stira il tendine e di conseguenza stimola anche il muscolo. Questo attiva i fusi neuromuscolari. Il fuso neuromuscolare è la stazione 1, in grado di trasformare energia meccanica in d.d.p.. Stazione 2 è la fibra nervosa sensoriale. La 3 è al livello del midollo spinale lombare. La 4 è costituita... La 5 è l'effettore, ovvero il muscolo quadricipite. Gli effettori dei riflessi sono muscoli o ghiandole esocrine.

Vediamo ora come funziona il meccanismo a livello dell'apparato gastro-intestinale. L'arco riflesso è contenuto nella parete dell'apparato digerente. Questo ci spiega perché se estraggo l'apparato digerente dal corpo, questo continua a funzionare. Immaginiamo di stare nell'esofago. Il bolo alimentare sta scendendo. Al di sotto dell'epitelio c'è un meccanocettore. La distensione delle cellule attiva il canale che fa passare cationi. Il recettore si trova su un neurone sensoriale che ha un neurite che va verso il lume e poi raggiunge con i neuriti opposti quello che è il plesso mienterico. Questa è la via afferente. Al livello del plesso mienterico abbiamo gli interneuroni che sono neuroni che mettono in connessione questa porzione dell'arco riflesso alla via afferente. Questa parte corrisponde alla parte di rielaborazione dell'informazione.

Accanto ad avere la via eccitatoria che fa contrarre la muscolatura che sta a monte del bolo, si attiva un'altra via afferente che, liberando NO, fa rilasciare la muscolatura che si trova a valle. Quando deglutisco, non è che il bolo procede per gravità, ma la deglutizione è governata da un arco riflesso che si trova nella parete dell'organo. Se denervo completamente l'esofago la deglutizione avviene lo stesso. Il nostro stato mentale, però, ha una sua influenza sul sistema digerente.

Ok, l'apparato digerente è autonomo, ma il SNC ha una sua influenza sul sistema nervoso enterico. È la stessa cosa che avviene nel cuore. Ci sono poi neuroni sensoriali estrinseci: si tratta di cellule che non sono interamente contenute nella parete dell'apparato digerente, ma che proiettano il loro assone dall'apparato digerente al SNC. Può essere anche una cellula al di fuori dell'apparato digerente, ma ha un assone che innerva l'apparato digerente.

Al livello locale la funzione motrice è governata dal sistema nervoso enterico. Questo però in un organismo vivente è sotto il controllo del sistema vegetativo. Questo perché tutte le funzioni vegetative devono essere armonizzate con le continue richieste del fisico. Abbiamo alcune situazioni in cui è ragionevole che le funzioni dell'apparato digerente vengano rallentate. Il sistema simpatico produce un freno all'attività di motilità e di secrezione. Vediamo che il sistema nervoso simpatico ha un effetto inibitorio. Viceversa, il sistema nervoso parasimpatico ha un effetto eccitatorio. Al livello intestinale abbiamo stimolazione della contrazione degli sfinteri e dei vasi sanguigni.

Quando parliamo di sistema vegetativo abbiamo due catene di neuroni che distinguiamo in pregangliare e postgangliare. Il sistema parasimpatico aumenta la motilità e le secrezioni. Ha due catene di neuroni, una postgangliare e una pregangliare. Il corpo del neurone pregangliare si trova nei nuclei di alcuni nervi cranici. Non c'è continuità con il sistema parasimpatico e simpatico. Da un punto di vista di neurotrasmettitori i neuroni rilasciano acetilcolina che va ai recettori nicotinici postgangliari. A questo punto il parasimpatico rilascia acetilcolina che va ai recettori muscarinici. Gli unici posti in cui troviamo i recettori nicotinici sono la placca motrice e alcune giunzioni craniche.

Livelli di controllo

Esiste poi un livello superiore che è la corteccia cerebrale e alcune strutture cervicali. Il controllo della motilità delle secrezioni e della motilità è un controllo gerarchico. Questo comprende 4 livelli:

• Centri superiori: corteccia, tutti i centri posti al livello dell'encefalo: corteccia e lobo limbico.
• Sistema nervoso vegetativo nelle sue componenti parasimpatico e simpatico.
• Sistema nervoso enterico: governa motilità e secrezioni al livello locale.
• Non sono i neuroni del sistema nervoso enterico che generano le depolarizzazioni, ma le cellule interstiziali. Queste generano le depolarizzazioni.

Il potenziale di membrana a riposo non è sempre così elettronegativo nei tipici diagrammi registrati da un neurone. Il potenziale può variare da -40 a -80. La conduttanza è migliore per il sodio. La pompa sodio potassio. Ci possono essere alcune categorizzazioni di neuroni di tipo S e H che sono diversi dal punto di vista del loro comportamento elettrico. Infine ci sono elenchi dei neuroni presenti al livello enterico. Esistono anche riflessi più lunghi che sono mediati dal sistema vegetativo.

Bioelettricità dell'apparato digerente

La depolarizzazione del potenziale di membrana coincide con la contrazione. Un potenziale di azione di un neurone dura 2 ms; quella di una cellula cardiaca è di 300 ms. Si vedono dei cicli di depolarizzazione/ripolarizzazione che hanno una tempistica molto lenta, cioè di circa 10 secondi. Queste si chiamano onde lente. Se guardiamo questi tre grafici notiamo che ci sono anche delle differenze. Nella muscolatura circolare non ci sono spike. Nella muscolatura longitudinale, invece, quando si supera un certo potenziale si verifica uno spike.

Nella muscolatura circolare parliamo di onde lente. Queste due attività elettriche sono sovrapposte e indipendenti. Le onde lente sono necessarie per la contrazione. Contrariamente alla muscolatura striata, non ho bisogno di potenziali d'azione per avere contrazione. Le caratteristiche sono:

• Presenza di due tipi di attività: onde lente e potenziali d'azione.
• Le contrazioni più forti sono provocate dalla sovrapposizione di onde lente a potenziali d'azione.

Dobbiamo immaginare che al contrario a quello che avviene nel neurone, dove c'è una soglia che apre i canali del sodio. Qui, invece, abbiamo due soglie. Immaginiamo di avere delle onde lente molto basse, che non generano nessuna contrazione. Quando l'onda lenta supera una prima soglia, che è una soglia meccanica perché oltre la quale l'onda è capace di produrre una contrazione muscolare. Quando l'onda lenta supera anche la soglia elettrica si innescano i potenziali d'azione. Quando parlo di motoneuroni eccitatori sono neuroni che sono in grado di trasformare le onde lente al di sopra della soglia elettrica. La farmacologia si gioca proprio nell'ambito delle onde lente.

Abbiamo visto che l'attività elettrica delle cellule della muscolatura liscia dell'apparato digerente è particolare per la presenza di queste onde lente. Come funziona la bioelettricità di queste cellule? Le onde lente sono delle onde in cui riconosciamo tre fasi:

• Depolarizzazione
• Inversione del potenziale
• Ripolarizzazione

Queste tre fasi sono governate da fasi diverse. L'accoppiamento avviene al livello corticale. Se ho un fenomeno ciclico: onde di depolarizzazione e ripolarizzazione. Durante la fase di depolarizzazione c'è l'entrata di cationi; nella ripolarizzazione si possono verificare cose diverse, ma ci possiamo aspettare uscita di cationi.

Tutto quello che devo vedere è: quali sono le cariche positive che entrano? Quali sono le cariche positive che escono? Quali sono i canali coinvolti? Di cellula in cellula questi meccanismi possono essere diversi.

Fase 1: aumenta la conduttanza per i canali voltaggio dipendenti per il sodio e il calcio. Il fatto che ci sia il calcio ci fa capire che già con le onde lente ci può essere contrazione muscolare. Effettivamente l'onda lenta può innescare la contrazione.

Fase 2: aumento della conduttanza per i canali del potassio attivati dal calcio. L'entrata di calcio fa aprire dei canali per il potassio. Il potassio fuoriesce.

Fase 3: ripolarizzazione. I canali del potassio si aprono tutti e ci sono altri canali per il potassio ritardati che si aprono.

Una cosa curiosa è che quando abbiamo fenomeni ciclici e un fenomeno di tipo pacemaker, ci dobbiamo chiedere: come mai questa cellula ha un potenziale a riposo che le permette di depolarizzarsi spontaneamente? Ogni canale ha una soglia e ci sono canali che si aprono per voltaggi più elettronegativi. Sono tutte cellule che hanno dei canali che si aprono quando il potenziale è più elettronegativo e quindi innescano una depolarizzazione spontanea. Quando ho l'inversione posso avere un qualcosa che entra e che più entra, più mi fa uscire cariche positive. Il calcio funge da II messaggero. Una delle modificazioni è provocare l'apertura dei canali per il potassio.