Fisiologia Gastrointestinale - Fisiologia I

Facoltà di medicina e chirurgia

Appunti di fisiologia I

Fisiologia gastrointestinale

Prof. M. Ghirardi

A.a. 2013/2014

Indice

Introduzione 7

Controllo nervoso della funzione gastro-intestinale 8

La glia enterica ha le seguenti funzioni: 9

Classificazione dei neuroni enterici 9

Classificazione funzionale dei neuroni enterici: 10

Stimolazione delle fibre afferenti sensoriali 11

Riflessi chemosensoriali 15

Controllo ormonale del tratto GI 16

Malfunzionamento del SNE 17

Motilità del tratto GI 17

Attività elettrica nel muscolo liscio 20

Le onde lente 20

Funzioni motorie del tratto GI 26

Controllo del riflesso peristaltico 27

Retroperistalsi 27

Sfinteri 28

Masticazione e deglutizione 28

Assunzione di cibo 28

Masticazione 29

Deglutizione 29

Fase orale 29

Fase faringea 30

Fase esofagea 31

Motilità dello stomaco 33

Rilasciamento 34

Pompa antrale 35

Svuotamento gastrico 35

Motilità dell’intestino tenue 37

Complesso motorio migrante 37

Risposta al cibo: interruzione del CMM 39

Movimenti di segmentazione pendolare 40

Movimenti causati dalla muscularis mucosae 41

Regione ileocecale 41

Motilità dell’intestino crasso 42

Espulsione delle feci 44

Funzioni secretorie del tratto digerente 46

Secrezione salivare 46

Funzioni della saliva 47

Composizione della saliva 48

Modello della secrezione a due stadi 50

Secrezione degli enzimi salivari, mucine 51

Regolazione della secrezione salivare 52

Fasi della secrezione 55

Secrezione gastrica 56

Organizzazione morfofunzionale 56

Cellule parietali 57

Secrezione di acido 58

Barriera mucosale gastrica 61

Variazioni del contenuto ionico e modello a due componenti 63

Regolazione della secrezione acida 64

Fasi della secrezione gastrica 66

Secrezione delle cellule principali 70

Fattore intrinseco 70

Gastroferrina 71

Chimosina (rennina) 71

Muco 71

Secrezione pancreatica 71

Stimoli per le secrezioni duttali di bicarbonato 73

Canale CFTR 74

Fibrosi cistica 75

Enzimi pancreatici 76

Fasi della secrezione pancreatica 77

Risposta al pasto 80

Secrezione biliare 81

Composizione della bile epatica 82

Circolazione enteroepatica degli acidi biliari 84

Secrezione epatocitaria canalicolare e secrezione duttale dei colangiociti 85

Composizione della bile cistica 87

Bilirubina 90

Secrezione intestinale 91

Intestino crasso 91

Regolazione nervosa della secrezione intestinale 91

Digestione e assorbimento 94

Digestione e assorbimento dei carboidrati 98

Digestione intraluminale 98

Digestione sulla membrana microvillare 99

Trasporto transepiteliale 100

Ipolattasia 101

Digestione e assorbimento delle proteine 102

Digestione intraluminale 103

Digestione sulla membrana microvillare e nel citoplasma 104

Digestione e assorbimento dei lipidi 106

Assorbimento intestinale del colesterolo 111

(NPC1L1 - Niemann-Pick C1 Like 1) 111

Assorbimento delle vitamine 111

Assorbimento degli elettroliti e dei minerali 114

Trasporto del sodio 114

Trasporto del cloro 117

Secrezione di bicarbonato 118

Trasporto del potassio 119

Assorbimento del calcio 120

Assorbimento del ferro 121

Feci 122

Flora batterica 123

Circolo splancnico 124

Circolo capillare nei villi 126

Meccanismo di scambio controcorrente 126

Effetti dell’attività intestinale e dei fattori metabolici sul circolo mesenterico 127

Controllo nervoso 128

Circolo nel fegato 128

Lezione 1 - 28/04/2014

Introduzione

L’apparato digerente consiste di una serie di organi diversi che svolgono un’azione complessa che dev’essere coordinata per permettere la digestione degli alimenti.

Attraverso il tratto digerente l’organismo acquisisce acqua, elettroliti e nutrienti mediante processi coordinati di:

• Motilità: progressione degli alimenti lungo il tratto gastro-intestinale;
• Secrezione. C’è tutta una serie di secrezioni, a cominciare dalla saliva. Le secrezioni sono formate principalmente da acqua, c’è poi un elettrolita principale (nel succo pancreatico per esempio il bicarbonato). Un’altra componente importante è quella proteica (enzimi);
• Digestione, cioè la scissione degli alimenti in componenti più piccoli. La digestione ha una componente di tipo meccanico ed una di tipo enzimatico;
• Assorbimento: passaggio dei prodotti digeriti nel sangue/linfa;
• Circolazione del sangue attraverso i vari organi;
• Controllo nervoso ed ormonale;

La tempistica è altamente regolata.

Il tubo digerente è molto esposto alle sostanze provenienti dall’esterno. Tutti gli alimenti hanno una carica microbica e possono contenere sostanze tossiche come metalli pesanti, etc.

Il tratto gastrointestinale presenta una superficie molto estesa.

Contro le sostanze tossiche ci sono svariati meccanismi difensivi, per questo il sistema digerente può essere considerato come un organo sensoriale.

Ci sono segnali di tipo endocrino (cellule enteroendocrine), nervosi.

È molto importante anche la risposta immunitaria che può essere scatenata a livello di questo sistema, dando origine a varie allergie ed intolleranze.

Tutte queste attività sono riflesse dalla struttura dell’apparato digerente.

Troviamo il plesso mioenterico, che forma una rete di connessioni tra i vari strati muscolari della parete dello stomaco e dell’intestino. Nello strato sottomucoso si trova il plesso sottomucoso. Questi due plessi sono molto importanti perché regolano la maggior parte delle funzioni digestive.

Gli strati muscolari e la mucosa con vari tipi di cellule sono presenti in tutti i distretti dell’apparato digerente.

Nella sottomucosa ci sono i vasi, arteriosi e venosi. C’è una rete capillare estremamente estesa che permette i vari processi di assorbimento.

La distensione della parete dà origine a dei riflessi di vario tipo.

Controllo nervoso della funzione gastro-intestinale

Il Sistema nervoso enterico inizia ad essere presente dall’esofago e si trova in tutti i distretti dell’apparato digerente.

Ha delle caratteristiche molto particolari, in quanto è in grado, da solo, di far funzionare l’intero apparato. È fondamentale per il controllo della secrezione e della motilità (per questo, in passato, veniva chiamato “il cervello dell’intestino”).

Gran parte dei neuroni è localizzata nei plessi sottomucoso e mioenterico.

Quello mioenterico si trova tra i vari strati muscolari e controlla soprattutto i movimenti. Quello sottomucoso controlla soprattutto la secrezione ed il flusso locale.

Il plesso sottomucoso è formato da pacchetti di neuroni, mentre nel plesso mioenterico i corpi cellulari sono disposti in una lunga fila e sono interconnessi tra di loro.

Questi due plessi cooperano con il SNA, che determina una regolazione più fine.

I segnali che partono dalla mucosa gastro-intestinale sono rilevati sia da neuroni sensoriali del SNE sia da fibre sensoriali che provengono dall’esterno.

Sia nel plesso mioenterico che in quello sottomucoso che in quello mucosale si trovano cellule gliali.

La glia enterica ha delle caratteristiche molto simili alla glia del SNC.

• C’è la glia di tipo I, protoplasmica, in cui le cellule sono molto simili agli astrociti, con una forma stellata. Si trovano all’interno dei gangli e hanno prolungamenti corti e ramificati.
• Glia enterica di tipo II, fibrosa, caratterizzata da corpi cellulari allungati e prolungamenti lunghi che accompagnano gli assoni nei tratti tra un ganglio e l’altro (quindi mentre la glia di tipo I si trova all’interno di un ganglio, quella di tipo II si trova tra un ganglio e l’altro).
• Glia di tipo III, che è la glia mucosale.
• La glia di tipo IV, intramuscolare, tra le singole cellule degli strati muscolari.

Le cellule gliali enteriche sono in rapporto 4:1 con i neuroni enterici e sembrerebbe che ci siano dei veri e propri contatti sinaptici tra neuroni del SNE e glia enterica. Sicuramente ci sono delle tight junctions tra queste due tipologie cellulari.

La glia enterica ha le seguenti funzioni:

• Supporto;
• Produzione di fattori nutritivi;
• Produzione di sostanze neuroprotettive;
• Captazione di neuroligandi;
• Mantenimento dell’omeostasi dell’ambiente perineuronale;
• Barriera ematoenterica;
• Proprietà immunologiche;
• Mantenimento dell’integrità della barriera mucosale;
• Controllo della motilità intestinale.

Classificazione dei neuroni enterici

Il SNE è stato scoperto da Dogiel che, utilizzando l’impregnazione argentica, riuscì a studiare i neuroni enterici.

Dogiel ha diviso i neuroni in varie categorie, raggruppabili in 3 principali:

• Dogiel I, con un corpo cellulare grande, un unico assone molto lungo e dendriti brevi, tozzi e ramificati. Queste caratteristiche sono presenti in motoneuroni e interneuroni. Hanno una soglia di attivazione relativamente bassa.
• Dogiel II, che dal punto di vista funzionale sono molto meno eccitabili. Hanno un corpo cellulare ovalare con molti dendriti lunghi e fini. Si tratta di neuroni sensoriali intrinseci perché hanno il corpo cellulare all’interno della parete.
• Dogiel III, neuroni con forme molto variabili. I dendriti sono più o meno lunghi, ma sono tutti accomunati dalla loro parte finale affusolata. Si tratta di neuroni motori che regolano la secrezione di ghiandole o funzioni vasomotorie (regolano il diametro dei vasi).

Classificazione funzionale dei neuroni enterici:

• Neuroni sensoriali. Quelli del SNE sono detti intrinseci perché hanno il corpo cellulare all’interno della parete. Sono attivati in primo luogo da stimoli meccanici, chimici e contrazione muscolare. Mediano riflessi motori, secretomotori e vasomotori.
• Interneuroni, ascendenti e discendenti. Alcuni sono locali, con prolungamenti molto brevi. Altri sono interneuroni di proiezione, con prolungamenti molto lunghi.
• Neuroni motori, che innervano i muscoli, le ghiandole e i vasi. I neuroni motori muscolari sono di due tipi: eccitatori e inibitori. Quelli eccitatori scatenano la contrazione mentre quelli inibitori la inibiscono ed il muscolo si rilascia. Quelli eccitatori rilasciano Ach e la Sostanza P, mentre quelli inibitori rilasciano NO, VIP e ATP.

I neuroni motori secretori innervano le ghiandole.

Ci sono infine i neuroni motori vascolari, che innervano gli sfinteri pre e postcapillari.

Nella parete intestinale si trovano tutti i neuroni di Dogiel nei vari plessi.

L’effetto dell’attivazione del plesso mioenterico ha un effetto sulla contrazione della parete intestinale e tendenzialmente aumenta tutte le caratteristiche motorie di quel tratto intestinale (lo stato di contrazione tonica).

Il plesso sottomucoso aumenta le attività di secrezione di acqua e elettroliti da parte delle cellule della mucosa. Modula inoltre tutti i processi di assorbimento intestinale e il flusso ematico (aumenta il flusso quindi aumenta l’assorbimento).

Tutti questi neuroni contengono più trasmettitori (trasmissione plurichimica).

In genere ogni neurone ha un neurotrasmettitore principale più altri accessori, che lo accompagnano.

Nel SNE si trovano tutti i piccoli neurotrasmettitori (Ach, Dopamina, adrenalina, etc.), NO.

I motoneuroni eccitatori liberano Ach, Sostanza P, TK, ENK, NPY, quelli inibitori liberano NO, VIP, ATP, GABA, PACAP.

Il SNA collabora col SNE. L’innervazione parasimpatica potenzia tutte le attività dell’apparato digerente. Ha un effetto facilitatorio per la deglutizione.

Lezione 2 - 29/04/2014

Stimolazione delle fibre afferenti sensoriali

Ci sono moltissimi neuroni sensoriali che sono alla base di una serie di riflessi che modulano il funzionamento del sistema gastrointestinale. Questi riflessi dipendono da recettori che sono costituiti da neuroni sensoriali o di tipo intrinseco (corpo cellulare all’interno della parete) o neuroni di tipo estrinseco.

Questi neuroni sensoriali rilevano moltissimi stimoli che sono percepiti da diversi tipi di neuroni sensoriali enterici. Tra quelli più frequenti e più importanti ci sono gli stimoli meccanici, cioè la distensione della parete, rilevata da meccanocettori.

La distensione della parete inizia già a livello dell’esofago e i meccanocettori, attraverso dei riflessi, fanno variare la tensione della parete. Lo stimolo della distensione è alla base della peristalsi, tant’è che fin dal secolo scorso era stata descritta la legge dell’intestino, cioè ogni volta che si ha la distensione di un’ansa intestinale inizia la peristalsi da quel punto.

Altri recettori molto importanti che si trovano nella parete sono i chemocettori, cioè cellule che rilevano la presenza di particolari composti. Negli ultimi anni la presenza di questi recettori è stata confermata e rilevano la presenza di determinate sostanze.

Ci sono poi i nocicettori, che trasmettono sensazioni dolorifiche. Rilevano fenomeni infiammatori (per esempio nell’appendicite).

Ci sono termocettori, che rilevano variazioni nella temperatura. Basti pensare al cibo introdotto nella bocca, la cui temperatura viene percepita chiaramente.

I vari segnali rilevati fanno sì che si attivino degli archi riflessi.

I recettori sono il primo elemento, e trasmettono con fibre afferenti o localmente, ai plessi, o a destinazioni più lontane, come nuclei del vago e strutture dell’ortosimpatico. Questi segnali vengono integrati da centri integrativi da cui escono le fibre efferenti, che inviano direttamente agli effettori o con l’interposizione dei plessi mioenterico e sottomucoso.

Per esempio l’arrivo di materiale lipidico è percepito da recettori che, attraverso un riflesso vagale, stimolano la secrezione di bile.

L’arrivo di materiale acido, attraverso il rilascio di secretina, può indurre il pancreas a produrre un succo pancreatico acquoso ricco di bicarbonato per tamponare l’acidità.

Nelle fasi successive ai pasti, il flusso sanguigno aumenta moltissimo, mentre in situazioni di emergenza diminuisce moltissimo.

Gli archi riflessi controllano indipendentemente dalla volontà.

Uno dei riflessi più importanti è il cosiddetto riflesso peristaltico, che è quello alla base delle contrazioni peristaltiche, che sono essenziali per la progressione degli alimenti lungo il tubo digerente. Ogni volta che la parete viene distesa si genera una contrazione peristaltica (legge dell’intestino). È abbastanza complessa, perché coinvolge vari neuroni, motoneuroni eccitatori ed inibitori e coinvolge in modo diverso la muscolatura dello strato circolare e quella dello strato longitudinale.

La distensione è rilevata da meccanocettori sensoriali intrinseci del SNE. Questi meccanocettori sono in contatto con motoneuroni eccitatori della muscolatura circolare a monte della distensione. Allo stesso tempo i meccanocettori sono in contatto con motoneuroni inibitori dello strato longitudinale. Quindi a monte dello stimolo della distensione ci sarà una contrazione della muscolatura circolare ed il rilasciamento di quella longitudinale. Questo provoca una diminuzione del diametro del lume e la pressione al suo interno aumenta e il contenuto luminale viene spinto in avanti. Si forma così il segmento propulsivo della peristalsi.

A valle dello stimolo, invece, si ha la situazione opposta: il neurone sensoriale attiva motoneuroni inibitori dello strato circolare e motoneuroni eccitatori dello strato longitudinale. Quindi si rilascia la muscolatura circolare e si contrae quella longitudinale: al suo interno la pressione diminuisce e così il materiale a monte viene risucchiato. Questo è il cosiddetto segmento recettivo, proprio perché si creano le condizioni adatte a ricevere materiale dal segmento propulsivo, a monte.

La peristalsi dipende dall’insorgenza di questi due segmenti. Ovviamente il neurone sensoriale attiva questi diversi motoneuroni, quelli eccitatori rilasciano Ach e Sostanza P, mentre quelli inibitori rilasciano NO, etc.

In realtà ci sono moltissimi interneuroni che regolano la trasmissione del segnale.

Il riflesso peristaltico poi si ripete nei vari segmenti dell’intestino e in condizioni normali la peristalsi va in direzione oro-anale. In casi patologici si può avere una retroperistalsi (per esempio nel vomito).

La peristalsi è un riflesso intrinseco, che avviene interamente nel SNE.

Ci sono poi moltissimi riflessi estrinseci, brevi o lunghi, riflessi cioè in cui almeno uno degli elementi è fuori dalla parete gastrointestinale.

• Il riflesso gastro-colico: è una risposta riflessa che coinvolge lo stomaco e la parte terminale dell’intestino. Si manifesta in seguito all’arrivo di materiale alimentare nello stomaco, che si riempie o se vengono introdotti lipidi. Questo inizia a entrare nel duodeno ed immediatamente si ha un aumento della motilità nella parte terminale del colon che tende a portare all’evacuazione delle feci. Quindi la risposta riflessa, di tipo vago-vagale, è che dopo il pasto si ha la tendenza all’evacuazione delle feci. Questo riflesso è presente per tutta la vita, però nell’adulto c’è un forte controllo volontario sullo sfintere anale esterno che regola la continenza delle feci, attraverso il quale è possibile regolare l’evacuazione. Questo riflesso si vede invece molto bene nei neonati.
• Il riflesso entero-gastrico: il passaggio del materiale dallo stomaco all’intestino è un processo estremamente ben regolato in modo da far sì che nell’intestino arr