W3 Darmmotorik An- und Abtestatfragen

Was sind die Aufgaben der Darmmotilität?

• Speicherfunktion: ermöglicht fermentative Verdauung und Eindickung des Kotes
• Transportfunktion: Transport des Chymus nach aboral mit sequenziellem Nährstoffentzug → Ausscheidung unverdaulicher Nahrungsbestandteile und Fermentationsgase
• Durchmischung des Darminhaltes: Chymus mit Sekreten aus Pankreas und Galle, vermischen für optimale Verdauung
• Verdaute Nährstoffe in Kontakt mit resorbierenden Epithelien bringen: membranale Phase der enzymatischen Verdauung (Dünndarm) und Resorption kleinmolekularerer Nahrungsbestandteile (Dünn- und Dickdarm)

Welche Motilitätsmuster gibt es und welche Funktionen haben sie jeweils?

• Dünndarmmotilität:
• Kontraktionsformen = Misch- oder Transportbewegungen
• Mischbewegungen: Durchmischen der Nahrung
  • Segmentationen (= stationäre Kontraktionen)
    • Kontraktion der Ringmuskelschicht der Tunica muscularis in benachbarten, schmalen Regionen, die das Lumen vollständig verschließen, dazwischen befinden sich nicht kontrahierte Zwischenräume → perlschnurartige Einschnürungen des Darmrohres
    • Stationär, d.h. sie wandern nicht
    • Funktion: Durchkneten des Darminhaltes, Verzögern der Darmpassage (Mehr Zeit für Verdauung und Resorption)
  • Peristaltische Wellen (=Kontraktionsgruppen)
    • Über sehr kurze Distanzen fortgeletet
    • Darminhalt wird kurz angehoben und gleitet in erschlaffendes Darmsegment zurück → KEINE Fortbewegung, Vorgang fundet wiederholt am selben Darmsegment statt (→ Kontraktionsgruppen)
    • Stationäre Kontraktionsgruppen im prox. Dünndram
    • Wandernde Kontraktionsgruppen langsam Richtung aboral  → deutlich nach Aufnahme fettreicher Nahrung
• Transportbewegungen
  • Peristaltik/Antiperistaltik
    • Peristaltischer Reflex (unten)
    • Antiperistaltik = oralwärts wandernde Schnürwellen → selten, Pathologisch
  • Riesenkontraktionen
    • Aboral wandernd
    • Intrinsisch durch ENS verschaltete Kontraktionsabfolgen, die durch extrinsische Signale getriggert werden
    • Unterschiede zu peristaltischen Wellen: laufen ohne slow waves der Cajal-Zellen ab, kräftischer, schreiten langsamer fort
    • Treten physiolgisch nur am Ileum des Schweines auf, Typisch für Diarrhoe
    • Funktion: durch Verschluss des Darmlumens wird der Darminhalt über große Strecken fortgeschoben
  • Phase III der interdigestiven Motorik / des MMC (migrirender motorischer Komplex)
    • Hochfrequente peristaltische Wellen von oral nach aboral
    • Funktion: Vorwärtsbewegungen des Drminhalts und Putzfuktion → letzte Reste im Darm nach Distal

• Dickdarmmotilität
• Mischbewegungen
  • Peristaltik / Antiperistaltik
    • Antiperistaltische Wellen (hier physiologisch) im proximalen Colon
    • Peristaltische Wellen im distalen Colon
    • Funktion: wechselnde peristaltische und antiperistaltische Wellen mit geringer Frequenz und Einschnürungstiefe → Durchmischung & lange Verweildauer des Chymus
  • Haustrenbewegung (Haustren = Poschen) – Sonderform Segmentation
    • Für lange Verweildauer und intensive Durchmischung des Darminhaltes
    • = Aussackungen der Darmwand, die an Taenien (Verdickung der längsmuskulatur) aufgereiht sind
    • Keine fixen Strukturen (Kontraktion / Erschlaffung einer Verdickten Ringmuskelstelle
  • Segmentationsbewegungen
    • Ersetzen Haustrenbewegungen in distalen Dickdarmabschnitten oder solchen ohne Haustrierung
    • Nach anal wandernd, länger anhaltend als im Dünndarm
    • Funktion: Durchmischung und Weitertransport des Darminhalts
  • Riesenkontraktionen:
    • Physiologisch am Colon
    • Kräftige Kontraktionswellen Richtung Rektum
    • Darminhalt kann auf einmal 1/3 der Colonlänge zurücklegen
    • Auslöser: Magendehnung bei Nahrungsaufnahme, prandiale/postprandiale Nährstoffrezeption bzw Hormonausschüttung im Magen (Gastrin) und Duodenum (CCK) → gastrocolischer Reflex (rasche Colonfüllung)

• Pathologische Formen:
  • Aborale Riesenkontraktionen im prox. Darm nach starken Reizen oder distaler Gastrektomie
  • Orale Riesenkontraktionen im prox. Darm als Vorläufer des Erbrechend
  • Antiperistalitische Wellen: im prox. Teil nach Magenresektion

Erklären sie die Unterschiede zwischen glatter Muskelzelle und Skelettmuskel

Wie erfolgt die elektromechanische Kopplung im quergestreiften Muskel und glatten Muskel?

• Quergestreifter Muskel
  • Ausbreitung des elektrischen Signals entlang des Sarkolemms der Muskelfaser
  • ⇒ Umsetzung elektrisches in chemisches Signal im Kontaktbereich von L- und T-System (DHPR u. Rhianodinrezeptoren) → Calcium Freistzung aus SR ins Cytosol → Kontraktion: Filamentgleiten, Querbrückenzyklus
  • Kein Calcium aus dem EZR
• Glatter Muskel:
  • Depolaisation der Muskelzellmembran à öffnen von spannungsabhängigen Ca2+ Kanälen + Bildung des second messengers IP3
  • IP3 an entsprechende Rezeptoren des SR → aktivierte intrazelluläre ca2+-Freisetzung
  • Calcium bindet an Calmodulin (Regulatorprotein)
  • Ca2+-Calmodulin-Komplex → beeinflusst Aktin und Myosin
  • ⇒ Aktin-Myosin-Bindung → Querbrückenzyklus und Filamentgleiten ähnlich des Skelettmuskels

Bei glatter Muskulatur wird zwischen dem „Single unit“- und „Multi unit“-Typ differenziert. Erläutern sie den Unterschied

• Glatte Muskelzellen vom Single-Unit-Typ sind über gap-junctions miteinander verbunden
  ⇒ Erregung wird von Zelle zu Zelle weiter gegeben
  ⇒ Erregung durch myogene Schrittmacherzellen, können vom VNS beeinflusst werden (IP3 vermittelte Ca2+-Freisetzung)
  ⇒ Vorkommen im Urogenitaltrakt und Magen-Darm-Trakt
• Multi-unit-Typ:

​​⇒ nur wenige gap-junctions, fast jede Muskelzelle wird von Nerven über Varikositäten versorgt

⇒Atemwege und Blutgefäße

Wovon hängt die Größe einer funktionellen motorischen Einheit im glatten Muskel bzw im Skelettmuskel ab?

• Skelettmuskel:
  ⇒ Versorgungsgebeit einer Nervenfaser bestimmt Größe der motorischen Einheit
  • Eine Nervenfaser versorgt viele Muskelfasern
• Glatte Muskelzelle:

⇒ Depolarisation großer Gruppen glatter Muskelzellen

Welche Funktion haben IC-Zellen im Magen-Darm-Trakt? Was sind die sogenannten „Slow waves“?

Funktion der ICC-Zellen:

• Interstitiellen Zellen nach Cajal sitzen in der Darmwand zwischen längs und Zirkulärmuskelschicht
• Erzeugen elektrische Schrittmacherpotentiale, die die sog. „slow waves“ der glatten Muskulatur synchronisieren
• Instabiles Membranpotential → Schrittmacher-Zellen

slow-waves:

• Spontane rhytmische Membranpotentialschwankungen (-70 bis -10 mV) die durch Ca2+-einstrom über Kationenkanäle und intrazelluläre Inositol-1,4,5,-triphosphat (IP3)- abhängige Calcium-Freisetzung erzeugt werden
• Voraussetzungen der myogenen Erregung ABER lösen noch kein AP aus → erst wenn auf Höhepunkt der slow waves Ach ausgeschüttet wird werden Calcium-Kanäle geöffnet → …AP
• Spontane Depolarisation in plateau Phase der slow waves

Wie wird die Motilität innerhalb des Darmes abgestimmt und reguliert? Erklären Sie den peristaltischen Reflex

• Enterisches NS und slow waves der Schrittmacher-Zellen steuern die Darmmotilität
• ENS:
  • Nervenzellen des Plexus myentericus
    → hemmen nervale Kontrolle der Darmmuskulatur → verhindern, dass glatte Muskulatur des Darms bei Dehnung dauerhaft kontrahiert und das Darmrohr so passierbar macht
  • ENS kontrolliert über sensorische Neurone, Interneurone und Motoneurone die Aktivität der verschiedenen Effektoren
  • Vegetative Afferenzen ziehenmit Symp. oder Parasymp. Zum ZNS
  • Efferente Rückmeldungen über N. splanchnikus (symp.) und N.vagus (parasymp)
  • DMNV = dorsaler Motornucleus des N. vagus / NTS = Nucleus tractus soltarius
  • ENS kann über NO oder VIP slow waves unterschwellig halten → Kontraktionen hemmen
  • Gastrocolischer und peristaltischer Reflex → Füllung Darm/Magen stimuliert über Dehnungsreiz die Motorik

• Peristaltischer Relflex:
  • Gesteuert vom Plexus myentericus des ENS
  • Häufigste Kontraktionsform zur Fortbewegung des Darminhalts
  • Durch ENS gesteuert, für propulsive Peristaltik verantwortlich
  • Auslöser: Dehnung der Darmwand (von mechanosensiblen myenterischen Nervenzellen erfasst) → Dehnungsrezeptoren aktivieren erregende Muskel-Motoneurone auf oraler Seite und hemmen Muskel-Motneurone auf aboraler Seite des Darminhalts → Kontraktion der Zirkulärmuskulatur hinter dem Bolus, erschlaffen vor dem Bolus → Transport nach aboral

Welche übergeordneten Einflüsse wirken auf die Darmotilität? Wie wirken sie? Welches sind die (postsynaptischen) Überträgerstoffe im sympathischen bzw. parasympathischen Nervensystem und wo sitzen ihre Rezeptoren?

• VNS beeinflusst mit Sympathikus und Parasympathikus die Darmmotorik

⇒nutzt Neurone des ENS als Zwischenverstärker

• Ach (parasymp. Transmitter) bindet an nikotinerge Rezeptoren des ENS → Aktivierung der Neurone
  → an Muskulatur erregende oder hemmende Wirkung, je nach innervierendem Motoneuron (mehr Kontraktionen und Erschlaffung)

• Noradrenalin (Symp. Transmitter) → hemmt Motorik des Darms → Kontraktion der Sphincteren
  ⇒ bindet präsynaptisch an alpha2-Rezeptoren und hemmt Ach-Ausschüttung an interneuronaler Synapse und neuromuskulärer Endigung

Wie muss ein physiologisches Puffersystem für In-vitro Messungen mit intakten Geweben mindestens zusammengesetzt sein? Welche Hauptbedngungen sind dabei zu erfüllen?

• Puffersystem muss den in-vivo-Bedingungen entsprechen
• Wichtig:
  • pH-Wert (7,1-7,4): beeinflusst Enzymaktivität, Löslichkeit von Elektrolyten, regulierende Funktionen, Löslichkeit von Elektrolyten, regulierende Funktionen
  • Na+-K+-Verhältnis: zur Erhaltung der Pumpströme
  • Ca2+: zur Kontraktion als Energiequelle für die Zellen
  • Glucose als Energieträger für die Zellen

Wie erklärt sich die Kontraktionsfördernde Wirkung von Ach? Könnte Ach die Kontraktion auch hemmen?

• Ach als Transmitter des Parasympathikus: reguliert Motilität, Sekretion und Durchblutung

⇒ nutzt enterische Nervenzellen als Zwischenverstärker

• Ach bindet an nicotinerge Rezeptoren der enterischen Neurone → diese können hemmend oder aktivierend wirken
  • Hemmende Neurone → Freisetzung von NO und VIP → slow waves unterschwellig halten → relaxierend
  • Erregende Neurone → Freisetzung Ach → muskarinerge Rezeptoren → Kontraktion der Muskelzellen
• Ach bindet auf der Darmmuskulatur an muskarinerge Rezeptoren (M3)

Welche Rolle spielt NO für die Aktivität der glatten Muskulatur? Wo entsteht NO?

• NO = Transmitter hemmender (descendierender) Motoneurone im ENS; reguliert die Motilität
  • Hält slow waves der glatten Muskulatur unterschwellig
  • Wirkt v.a. auf die Ringmuskulatur
• Bildung: an Nervenendigungen aus Arginin
  • Calcium-Eintrom aktiviert NO-Synthase (in den hemmenden Motoneuronen) → d.h., NO wird bei Bedarf gebildet und nicht gespeichert
• NO: lipophil, Diffusion zur Zielzelle

Wie und wo wirken Atropin und Curare?

• Atropin:
  • Parasympatholytikum der Tollkirsche (Atropa belladonna), pflanzl. Alkaloid
  • Kompetetiver Hemmer der Ach Wirkung
  • Besetzt muskarinerge Ach-Rezeptoren → verhindert Ach-Bindung → Relaxation der Muskulatur
  • Synthetische und halbsynthetische Parasympatholytika (z.B. Buscopan) werden als Spasmolytica eingesetzt
• Curare:
  • Pfeilgift
  • Blockiert Ach-Bindung an nicotinergen Ach-Rezeptoren der motorischen Endplatte → keine Erregung der Skelettmuskelzelle (Muskellähmung)
  • D-Turbocurarin (aus Curare isoliert) = starkes Muskelrelaxans

Auf welchem Weg hemmt Noradrenalin die Kontraktion?

• Sympathische Nervenendigungen setzen Noradrenalin frei à bindet an alpha1-Rezeptoren → Hemmung von Muskel und Mucosa-Aktivität
  • Alpha2-Rezeptoren sitzen prä- oder postsynaptisch
    • Präsynaptische Hemmung im Plexus myentericus
      • Alpha2-Rezeptoren auf cholinergen Synapsen; Aktivierung → Hemmung der Ach-Ausschüttung an interneuronaler Synapse und neuromuskulärer Endigung → Blockade der aktivierenden Wirkung der erregenden Muskelmotoneurone
    • Prä- und postsynaptische Hemmung im Plexus submucosus und Hemmung der Sekretion

Wie ist das enterische Nervensystem aufgebaut?

• In der Wand der GIT
• Plexus myentericus (zw. Längs- und Ringmusk.) → steuert Aktivität der Muskulatur und die Durchblutung des MDT
• Plexus submucosus (zw. Mucosa und Ringmuskel) → Steuerung der Sekretion und der Durchblutung
• 3 Typen von Neuronen:
  • Sensorische (intrinsische) Neurone
    • Nehmen Reize aus MDT auf und bilden den afferenten Schenkel → entscheidend für Autonomie des MDT
    • Hauptsächlich Mechano und Chemorezeptoren
  • Interneurone
    • Für Verschaltung der verschiedenen Neurone untereinander → ermöglichen Kommunikation und Reflexe
    • Entschieden über Hemmung oder Aktivierung der Schaltkreise
  • Versch. Motoneurone:
    • Muskelmotoneurone
      • Über Substanz P oder Ach errengend auf Muskulatur
      • NO, VIP, PACAP oder ATP Darmmotorik hemmen
      • NANC-Hemmung (nicht adrenerg, nicht cholinerg)
    • Sekretomotoneurone:
      • fördern die Sekretion über Ach und VIP oder hemmen sie über Somatostatin und Neuropeptid Y
    • Vasomotoneurone:
      • Induzieren mit Ach und VIP eine Vasodilatation

Was passiert mit dem Membranpotential bei Zugabe einer kaliumreichen (kardioplegen) Lösung? Welche Auswirkungen hat es auf die Motilität?

• Zugegebenes Kalium → Erhöhung der Kaliumkonzentration im EZR → membranpotential wird angehoben → Zellen sind leicher erregbar
• Bei zu hoher Kaliumkonzentration → elektrochemischer Gradient an Zellmembran klein → K+-Ausstrom der repolarisation wird gehemmt → keine neue Erregung

Wovon hängt es ab ob die glatte Muskulatur eines Blutgefäßes bei Sympathikotonus kontrahiert oder dilatiert wird?

• Rezeptor
• Vasokonstriktion
  • Adrenalin oder Noradrenalin an alpha1-Rezeptoren
• Vasodilatation
  • Adrenalin über beta2-Rezeptoren

Vergleichen Sie die Darmlänge verschiedener Tierarten. Welche Einflüsse bestimmen die Verweilzeit im Gastrointestinaltrakt?

• Carnivore i.d.R. kürzerer Darm → aufgenommenes Futter lässt sich leichter aufspalten bzw. abbauen (proteinreich) → kurze Verweildauer
• Herbivore: langer Darmkanal und längere Verweilzeit → schwer verdauliche Cellulose optimal nutzen

Bei Verlauf von Allergien tritt häufig eine Konstriktion der Bronchialmuskulatur auf. Wie lässt sich dem entgegenwirken?

• Allergien Typ 1: Freisetzung von Histamin aus Mastzellen → Bronchokonstriktion an glatter Muskulatur der Bronchien
• Verhindern der Histaminfreisetzung durch Gabe von Adrenalin (→ bindet auch an beta2-rezeptoren → Bronchodilatatoren), beta2-Mimetika, Glucocorticoide, Cromoglycinsäure, Ketotofe, H1-Antihistaminika

Bei welcher Darmsymptomatik wären Parasympatholytika indiziert? Mit welchen Nebenwirkungen sind bei ihrer Anwendung bzw. bei ihrer Überdosierung zu rechnen?

• Hemmende Wirkung auf Darmmuskulatur, Einsatz um Parasympathikus zu hemmen
  • Blockade postganglionärer muscarinerger Ach-Rezeptoren
• Verwendung bei Spasmen, Krämpfen des GIT, Hyperazidität, Ulcus ventriculi
• Überdosierung → Verstopfung, Tachykardien, Hyperpnoe, Unruhe, Ataxien, zentrale Erregungen mit Atemstillstand