RUOANSULATUSKANAVAN TOIMINTA Eritys

Transkriptio

1 RUOANSULATUSKANAVAN TOIMINTA Eritys RUORA 2014 Liisa Peltonen

2 RS-KANAVAN TEHTÄVÄT 2

3 RUOANSULATUSKANAVAN TEHTÄVÄT Ravinnon muokkaaminen muotoon, jossa ihminen pystyy käyttämään sitä hyväkseen soluaineenvaihdunnassa ingestio ravinnonotto ravinto suuonteloon syömällä ja juomalla, ruoan pureskelu (mastikaatio), kostuttaminen (sylkirauhaset) ja nieleminen (deglutitio) digestio ruoansulatus ruokamassan hajottaminen absorptio ravinnon imeytyminen ravintoaineet verenkiertoon ja kudoksille (rasvat verenkiertoon imusuonijärjestelmän kautta) 3

4 RUOANSULATUSKANAVAN TEHTÄVÄT Homeostaasin ylläpitäminen (elektrolyytti- ja nestetasapaino) esim. dehydraatio kloridin ja bikarbonaatin erityksen inhibitio rskanavassa veden ja natriumin säästö mahdollisesti yhteyksiä sydämen eteisten tilavuusreseptoreista ja hypotalamuksen osmoreseptoreista suoliston sekretomotoneuroneihin? Elimistön suojaaminen Rs-kanavan eritteiden antimikrobiaaliset ominaisuudet suuontelon sylki, mahan suolahappo Limakalvon immuunipuolustusjärjestelmä Suoliston mikrobiota Ikä, perimä, ruokavalio vaikuttavat Yhteydet terveyteen (aivojen kehitys) ja sairauteen (esim. diabetes, lihavuus) Ulosteensiirrot 4

5 MILLÄ TAVOIN RS-KANAVA SUORITTAA TEHTÄVÄNSÄ? Ruokamassan kuljetus, mekaaninen muokkaus ja varastoiminen MOTORIIKKA Rs-kanavan liike, joka perustuu seinämien sileälihassolujen supistumiseen ja relaksaatioon Liikemuodot: 1. peristalsis, vastaperistalsis 2. segmentaatio 3. liikkuva motorinen kompleksi (MMC) 4. massaperistalsis ( massaliike ) (paksusuoli) Ruokamassan kemiallinen hajottaminen ja imeyttäminen ERITYS Sylkirauhaset, maharauhaset, haiman eksokriininen osa, maksa ja RS-kanavan limakalvon rauhaset Eritteet: Sylki Mahaneste Haimaneste Sappineste Suolineste 5

6 TOIMINNAN YLEISPERIAATTEITA 6

7 JOITAKIN RS-KANAVAN TOIMINNAN YLEISPERIAATTEITA miten pätevät eritykseen? Toiminta on vaiheittaista ruokailuun liittyvä vaihe ja ruokailujen välinen vaihe (digestiivinen ja interdigestiivinen vaihe) ruokamassan etenemiseen liittyvät toimintavaiheet - kefaalinen ( ruoka päässä ), gastrinen ( ruoka mahassa ) ja intestinaalinen ( ruoka suolessa ) rs-kanavan eri osien toimintavaiheet (suuontelon mastikaatio, ruokatorven peristaltiikka, mahan möyhennys ) Ihminen ei voi syödä varastoon kun ruoka on nielty, se joutuu järjestelmään ja prosessointi alkaa heti ruoka on voimakkain rs-kanavan toiminnan aktivoija jo suuontelossa Rs-kanava voidaan tarvittaessa tyhjentää nopeasti voimapropulsio oraali- tai anaalisuuntaan (oksentaminen, ripuli) 7

8 JOITAKIN RS-KANAVAN TOIMINNAN YLEISPERIAATTEITA Ruokamassan kuljetus pitkin kanavaa aktivoi seuraavaa toimintavaihetta ja inhiboi edellistä esim. ruokamassan tulo mahaan aktivoi haiman toimintaa ruokamassan siirtyminen duodenumiin inhiboi mahan motoriikkaa ja eritystä Tietoinen toiminta rajoittuu rs-kanavan alkuun ja loppuun muualla toiminnat automaattisia, poissa tietoisuudesta tahdonalainen toiminta voidaan ohittaa Keskushermoston korkeammat säätelykeskukset (aivokuori) vaikuttavat autonomisen hermoston kautta Autonominen hermosto moduloi rs-kanavan toimintaa enteerisen hermoston (ENS) kautta ENS toimii täysin itsenäisenä integroivana järjestelmänä 8

9 SFINKTERIT PALVELEVAT TOIMINNAN VAIHEITTAISUUTTA ANAALISFINKTERIT SUU UES LES PYLORUS ILEOSEKAALINEN SFINKTERI 9

10 TOIMINNAN HERMOSTOLLINEN SÄÄTELY Etäheijasteet Paikalliset heijasteet Effektoreja: sileälihassolut, rauhaset, enterokromaffiini-solut, verisuonet, Cajalin solut (interstitial cells of Cajal), immuunipuolustuksen solut (?) Motoriset ohjelmat: toimivat selkäytimen ja ydinjatkeen motoristen ohjelmien tavoin (esim. 10 kävely, pureskelu)

11 MOTILITEETTIA KOORDINOI MYENTEERINEN HERMOPUNOS ERITYSTÄ JA VERENKIERTOA LIMAKALVONALAISPUNOS Rengaslihaskerros Myenteerinen hermopunos (Auerbach) Pitkittäislihaskerros Limakalvonalaispunos (Meissner) Limakalvo 11

12 ENTEERISEN HERMOSTON RAKENNE JA YHTEYDYET sisäeritystä ulkoeritystä B & B, kuva

13 ENTEERISEN HERMOSTON YLEISIMMÄT VÄLITTÄJÄAINEET VÄLITTÄJÄAINE Asetyylikoliini (Ach) Adenosiini trifosfaatti (ATP) Kalsitoniini-geeniin liittyvä peptidi (CGRP) Gastrin-releasing peptide (GRP) Typpioksidi (NO) Substanssi P (+ muut takykiniinit) TOIMINTA Eksitatorinen Inhibitorinen Vapautuu enteerisistä aistihermoista Vapautuu sekretomotoneuroneista Inhibitorinen Eksitatorinen Vasoaktiivinen suolistopeptidi (VIP) Inhibitorinen lihassoluille, eksitatorinen rauhassoluille, vasodilatorinen 13

14 RS-KANAVAN ERITYS (ml/vrk) Tilavuus (ml) ph Sylki 1 500! Mahaneste Haimaneste Sappineste Suolineste (ohutsuoli) Brunnerin rauhaserite Suolineste (paksusuoli) Yhteensä Huom! Kaasuja syntyy paksusuolessa 7-10 l/vrk; CO 2, CH 4, H 2, N 2 Suolistokaasujen alkuperä: nielty ilma, paksusuolen bakteeritoiminta, diffuusio verenkierrosta. 14

15 SYLJEN ERITYS SYLKIRAUHANEN Myoepiteelisoluja demilune Proteiinieritteinen rauhasrakkula Yhdystiehyt Limaeritteinen rauhasrakkula Sylkitiehyt Asinus = rauhasrakkula 15

16 N. TRACTUS SOLITARIUS SYLKIKESKUS 16

17 SYLJEN ERITYS MISTÄ? Korvasylkirauhanen (g. parotidea) suurimmat rauhaset; erite seröösistä ( watery ), ei limaa osuus peruserityksestä 20% osuus stimulaation aikana liki 50% erityksestä Leuanalussylkirauhanen (g. submandibularis) erite ihmisellä sekä seröösistä että viskoosista (limaa) osuus peruserityksestä 70% rauhasrakkulakohtainen työnjako Kielenalussylkirauhanen (g. sublingualis) erite viskoosista, limaa osuus ei juurikaan muutu stimulaation aikana; 5% Muut suuontelon rauhaset kielirauhaset (g. lingualis) pieniä; eritteessä linguaalilipaasia 17

18 SYLJEN TEHTÄVÄT Suojatehtävä jäähdytys laimennus (mahan HCl, suolen sappineste) huuhtelu 18

19 SYLJEN TEHTÄVÄT Puolustus lysotsyymi (T) ja tiosyanaatti-ioni (T) -lysotsyymi tuhoaa bakteerin seinämärakenteita; tiosyanaatti muuttuu bakterisidiseksi päästessään seinämän läpi immunoglobuliini A, sekretorinen immuniteetti laktoferriini (A) -bakteriostaattinen, hampaiden värjäymät proliini-rikkaat proteiinit (A) -antimikrobiaalisia ominaisuuksia -suojelevat hammaskiillettä; sitovat myrkyllisiä yhdisteitä (limakalvojen suojaaminen) A = erittyy asinuksista; T= erittyy tubulussoluista 19

20 Digestio α-amylaasi (ph-optimi 7, toimii välillä 4-11) sokerit oligosakkarideiksi ja disakkarideiksi toimii pääasiassa mahassa suuontelosta ei ravintoaineiden imeytymistä joidenkin lääkeaineiden imeytyminen (mm. nitrot, fentanyyli ja buprenorfiini) Ruoan liukastaminen SYLJEN TEHTÄVÄT musiinit (glykoproteiineja) Puheen helpottaminen 20

21 SYLJEN ERITYS 1-2 litraa/päivä Peruseritysnopeus 0.5 ml/min Maksimi 5.0 ml/min (esim. pala sitruunaa suuhun!) Peruseritys tärkeä suuontelon ja nielun kostuttamisessa interdigestiivisessä vaiheessa (ruokailujen välinen aika) 21

22 ihmisellä rauhasrakkulat erikoistuneita proteiinien (amylaasi ym.) tai glykoproteiinien (lima) tuottajia eritysrakkuloiden eksosytoosi alkusyljessä elektrolyyttipitoisuus plasmankaltainen NaCl:n ja veden eritys Cl - -kanavat ja akvaporiinit stimulaatio rakkulasolujen solukalvon konduktanssimuutokset Asinus Eritystiehyet Primaarierite Alkusylki Na + K + Cl - HCO

23 Eritettävä lopputuote määräytyy eritystiehyeissä Asinus Primaarierite Alkusylki Na + ja Cl takaisinimeytyminen K + ja HCO - 3 eritys ei volyymimuutoksia endosytoosi (ferritiini) Eritystiehyet Na + K + Cl - HCO

24 SYLJEN IONIKOOSTUMUS JA ERITYSNOPEUS Peruseritysnopeus 0.5 ml/min 24

25 SYLJEN ERITYKSEN SÄÄTELY Aivokuori Ydinjatkeen sylkikeskus Muut ärsykkeet (mikä saa veden herahtamaan kielelle?) Ehdollistettu refleksi Paine- ja kemoreseptorit suuontelossa RUOKA Yksinkertainen refleksi Autonomiset hermot Sylkirauhaset Kuva muunneltu kirjasta: Human Physiology, From Cells to Systems, Sherwood L, Thomson Brooks/Cole, 2007 Syljen eritys 25

26 SYLJEN ERITYKSEN SÄÄTELY miltei yksinomaan neuraalisen säätelyn alainen (autonomiset refleksit) parasympaattiset ja sympaattiset vaikutukset eivät ole antagonistisia; molemmat stimuloivat syljen eritystä ja myoepiteelisoluja vaikutukset poikkeavat syljen määrän ja laadun suhteen 26

27 SYLJEN ERITYKSEN SÄÄTELY parasympaattisella vaikutuksella päärooli rauhaskudoksen ylläpito (asinussolujen cgmp:n kautta) antikolinergiset lääkeaineet aiheuttavat kserostomiaa l. suun kuivumista parasympaattinen stimulaatio Ach, substanssi P; asinussolujen Ca 2+ :n kautta lisää volyymiä ja entsyymien määrää sympaattinen stimulaatio Noradrenaliini; camp:n kautta lisää volyymiä vähemmän kuin entsyymien määrää, sylki on paksua liman erityksen lisääntymisen takia Hormonaalinen säätelykomponentti: aldosteroni vaikuttaa kuten munuaisissa, lisää natriumin takaisinottoa, lisää kaliumin eritystä 27

28 MAHAN ERITYSTOIMINTA Tehtävä: Puolustus ja proteiinien digestion aloittaminen, rs-kanavan toiminnan tehostaminen lima, bikarbonaatti, suolahappo, sisäinen tekijä, pepsinogeeni, somatostatiini, gastriini, serotoniini, histamiini, greliini, ANP Erityksessä on neljä vaihetta: 1. Interdigestiivinen vaihe ja yönaikainen eritys BAO, basal acid output 2. Kefaalinen vaihe ( ruoka on päässä ) 3. Gastrinen vaihe ( ruoka on mahassa ) MAO, maximal acid output 4. Intestinaalinen vaihe ( ruoka on suolessa ) 28

29 < 5% rauhasista 75% rauhasista 20-25% rauhasista 29

30 Peruseritys: kuvaavaa maharauhasen solujen väliselle vuorovaikutukselle on tooninen haponerityksen hillitseminen säätely pääasiassa vagaalista D-solujen tuottama somatostatiini, kohteena parietaalisolut, G- ja ECL-solut Syöminen purkaa eston (vagaalinen stimulaatio ja Ach, kohteena D-solut) 30

31 Maharauhasen erityksen komponentit!! (kuva: Schubert and Peura, 2008) PACAP = pituitary adenylate cyclase activating peptide 31

32 KEFAALINEN VAIHE Ajatus, toive, tunne (nälkä) Aistitieto aivot n. vagus 30 % happoerityksen säätelystä gastriini tärkein suolahapon erityksen ja mahan limakalvon kasvun hormonaalinen säätelytekijä pikku-gastriini pääasiassa antrumista biologisesti aktiivisempi muoto iso-gastriini duodenumista stimuloi HCl erittymistä suoraan ja välillisesti (reseptori CCK B ) 32

33 50-60% happoerityksen säätelystä Alkaa ruoan tullessa mahalaukkuun Ärsyke venytys ja proteiinidigestion tuotteet Pepsinogeenien (2 ryhmää; 7 erilaista) ja sisäisen tekijän erityksessä stimulovat tekijät pääosin samoja kuin hapon erityksessä poikkeuksena ohutsuolen sekretiini, joka stimuloi pepsinogeenien eritystä, mutta inhiboi hapon eritystä GASTRINEN VAIHE Digestio? Imeytyminen? Alkoholi (viini, olut) Kahvi (kofeiini) 33

34 RUOAN PUSKURIVAIKUTUS Proteiinipitoinen ruoka hyvä puskuri Mahan tyhjentyessä happo pääsee paremmin vaikuttamaan D-soluihin somatostatiinin eritys lisääntyy happo hidastaa mahan tyhjenemistä H + -ionin säätelyvaikutus hapon eritykseen, (negatiivinen feedback) mekanismi: suora vaikutus kate- ja G-soluun tai epäsuorasti gastriinin/somatostatiinin erityksen kautta 34

35 Mahan erityksen inhibitio 35

36 SUOLAHAPON MUODOSTUMINEN KATESOLUSSA Ach tärkein säätelytekijä peruserityksessä Gastriinin vaikutukset ruokailun jälkeen pääasiassa histamiinin kautta K + /H + -ATPaasi HCO 3- /Cl - -vaihtaja alkaline tide 36

37 MAHANESTEEN IONIKOOSTUMUS JA ERITYSNOPEUS Eritys interdigestiivisessä vaiheessa: vain muutama ml tunnissa eritteessä entsyymejä, limaa ja vain vähän happoa emotionaalinen stressi voi nostaa erityksen yli 50 ml tunnissa (n. 0.8 ml /min) kortisoli 37

38 5-10% säätelystä alkaa ruokamassan siirtyessä mahasta ohutsuoleen peptidit ja aminohapot (myös veressä) ruokasulan ph jos >3, stimuloi happoeritystä; jos < 3, inhiboi paikalliset ja vagovagaaliset refleksit INTESTINAALINEN VAIHE 38

39 LIMAKALVOESTE ON TOIMINNALLINEN KOKONAISUUS GASTRIC MUCOSAL (DIFFUSION) BARRIER ph 1.5 HCl Cl - /HCO 3 - vaihtaja Limakerros, paksuus 0.2 mm ph 7.0 Na + /HCO 3 - -symportti ph epiteelisolut eivät läpäise H + -ioneja 2 tiiviit soluliitokset 3 viskoosinen limakerros suojaa mekaaniselta kulumiselta ja pepsiiniltä; HCO 3 - -eritys puskuroi----nouseva ph-gradientti epiteeliin päin 39

40 BIKARBONAATIN JA LIMAN ERITYKSEN SÄÄTELY Lima vagaalinen stimulaatio, ruoan aiheuttama ärsytys Bikarbonaatti vagaalinen stimulaatio, suolahappo, prostaglandiini E 2 prostaglandiinisynteesin estäjät, kuten tulehduskipulääkkeet inhiboivat Suojakerrosta vaurioittavat tekijät H +, pepsiini, H. pylori, tulehduskipulääkkeet (NSAID), stressi, tupakointi, alkoholi 40

41 OHUTSUOLEN ERITYSTOIMINTA noin 5 m pitkä; absorptiopinta-alaa 250 m 2 rauhaset haima ja maksa Brunnerin rauhaset ja suolirauhaset (Lieberkühnin rauhanen) ja limaa erittävät pikarisolut (goblet cell) suolineste succus entericus 41

42 HAIMANESTEEN NORMAALI KOOSTUMUS Kationit: Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ Anionit: HCO neutralointi, digestion varmistaminen Cl -, SO 4 2-, HPO 4 2- Ruoansulatusentsyymit - digestio Muut, kuten glykoproteiinit 42

43 HAIMANESTEEN ERITYS - vaiheittaisuus Interdigestiivinen ja digestiivinen vaihe 43

44 HAIMANESTEEN IONIKOOSTUMUS JA ERITYSNOPEUS HCO - 3 vaihdetaan tiehyissä Cl - ioniin alhaisilla eritysnopeuksilla ehkäistään bikarbonaatin kerääntymistä suoleen interdigestiivisessä vaiheessa eritysnopeuden noustessa bikarbonaatin eritys lisääntyy 44

45 HAIMAN ERI OSIEN TYÖNJAKO rauhasrakkulasolut erittävät entsyymejä ja plasmankaltaista, NaCl-rikasta nestettä (vrt. sylkirauhanen) α-amylaasi eritetään aktiivisessa muodossaan (ei vaaraa kudokselle) lipaasit eritetään aktiivisessa muodossaan (ei vaaraa kudokselle) proteaasit (trypsiini, kymotrypsiinit jne.) eritetään inaktiivisena zymogeeninä (trypsinogeeni, kymotrypsinogeenit) trypsiini/ trypsinogeeni: aktivaatio enterokinaasi ja trypsiini (autokatalyysi) kymotrypsinogeenit/kymotrypsiinit: aktivaatio trypsiini 45

46 mm. trypsiini-inhibiittori eritetään zymogeenien kanssa yhtäaikaa samoista soluista tarkoituksena estää autodigestio tiehytsolut erittävät bikarbonaattia ja mahdollisesti glykoproteiineja (suurimolekyylisiä proteoglykaaneja; pienet eritysrakkulat) 46

47 BIKARBONAATIN ERITYS EKSTRALOBULAARISISTA TIEHYTSOLUISTA acidic tide Kystinen fibroosi: peittyvästi periytyvä aineenvaihduntasairaus; paksun liman kertyminen haimaan aiheuttaa entsyymien saostumista ja haiman vajaatoimintaa = Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator 47

48 BIKARBONAATIN ERITYS 1. Eritys: tiehyeeseen HCO 3- /Cl - vaihtajan kautta passiivisesti, kloridin kierrätys Cl - kanavien kautta; tärkein CFTR= cystic fibrosis transmembrane regulator 2. HCO - 3: karbonianhydraasin katalysoimana ja plasmasta Na/HCO - 3 symportin kautta 3. H + : ulos solusta, Na + /H + -antiportti, H + -pumppu) plasman happamoituminen ( acidic tide ) 48

49 SEKRETIINI LISÄÄ BIKARBONAATIN ERITYSTÄ ruokasulan happamuus laukaisee sekretiinin erityksen suolen limakalvon S-soluista sekretiini (ns. ensimmäinen hormoni ) vaikuttaa suoraan ekstralobulaarisiin tiehytsoluihin kohteena CFTR ja Na/HCO 3 symportti toisiolähettinä camp 49

50 KEFAALINEN JA GASTRINEN VAIHE CCK-monitoripeptidi 50

51 INTESTINAALINEN VAIHE = TÄRKEIN Proteiinien ja rasvojen hajoamistuotteet ärsyttävät limakalvon reseptoreja CCKmonitoripeptidi H + stimuloi S-soluja vapauttamaan sekretiiniä Proteiinien ja rasvojen hajoamistuotteet stimuloivat I-soluja vapauttamaan kolekystokiniiniä. Mukana myös parakriininen CCK releasing factor 51

52 RUOAN LAATU VAIKUTTAA HAIMANESTEEN KOOSTUMUKSEEN HAIMANESTEEN ERITYSNOPEUS HAPANTA RASVAISTA PROTEIINIPITOISTA 52

53 SAPEN ERITYS pieni maksavaltimo sinusoidi hepatosyytti sappitiehyt keskuslaskimo pieni porttilaskimo 53

54 SAPPINESTEEN KOOSTUMUS tarvitaan rasvojen digestioon ja absorptioon veteen liukenemattomien molekyylien eritykseen bilirubiini kolesteroli 54

55 SAPPINESTEEN ERITYS maksa tuottaa canaliculuksissa ja sappitiehyeissä canaliculusten eritys voi olla sappihapoista riippuvaa (bile acid -dependent) tai niistä riippumatonta (bile acid-independent) interdigestiivisessä vaiheessa tiehyt pohjukaissuoleen on suljettu (Oddin sfinkteri) ja neste kerääntyy sappirakkoon tiehyt aukeaa ruokasulan joutuessa suoleen CCK välittää tarvittavat sappirakon supistukset 55

56 SAPPIHAPPOJEN ERITYKSEN VAIKUTUS SAPPINESTEEN ERITYKSEN 56

57 57

58 SAPPISUOLAT ovat sappihappojen Na + ja K + suoloja sappihapot tuotetaan kolesterolista sappisuolat kierrätetään tehokkaasti enterohepaattinen kierto Sappihappoja: 58

59 ENTEROHEPAATTINEN KIERTO Pumppumekanismin muodostaa sappirakko 95% sappisuoloista imeytyy takaisin ileumista kulkeutuvat porttilaskimoa pitkin takaisin maksaan koko sappisuolavarasto voidaan kierrättää monesti yhden aterian aikana! Peräisin suoliston bakteeritoiminnasta 59

60 SAPPINESTEEN ERITYKSEN SÄÄTELY Sappihappojen pitoisuus portaveressä [SH] --- SH-synteesi hepatosyyteissä kiihtyy, mutta sappihapoista riippuvainen eritys alenee [SH] --- SH-synteesi laskee, mutta eritys kiihtyy Hormonaalinen säätely CCK, sekretiini (bikarbonaatin eritys tiehyeissä), gastriini (suorat ja epäsuorat vaikutukset), steroidit (inhiboivat) Neuraalinen säätely Vagus stimuloi, sympaattinen inhiboi 60

61 SAPPIRAKON TEHTÄVÄT Sappinesteen konsentrointi ja happamoittaminen 61

62 KONSENTROINTI Standing osmotic gradient mechanism 62

63 SUOLINESTEEN ERITYS Koostumus: vesi, elektrolyytit, lima (ei entsyymejä EIKÖ?) Tehtävä: Limakalvon suoja ja liukastaja ( protection and lubrication ) Hydrolyyttiset entsyymit tarvitsevat vettä Mekanismit: Elektrolyytit transsellulaarisesti (Cl -, HCO 3- ) aktiivinen komponentti mukana, neste seuraa solvent drag Parasellulaarisesti passiivista vesi 63

64 SUOLINESTEEN ERITYS Erityksen säätely: Tärkeä yksittäinen stimulus on ruoan läsnäolo suolessa Enteerinen hermosto Eritystä stimuloivat tekijät Bakteerien enterotoksiinit (esim. koleratoksiini) Hormonit (gastriini, VIP) ja hermoston välittäjäaineet Immuunipuolustuksen solujen tuotteet Laksatiivit Sappihapot kertyessään suoleen (saostuvat happamassa ja muuttuvat eritystä stimuloiviksi yhdisteiksi) 64

65 ENTSYYMIEN ERITYS Proteiinikinaasi A aktivaatio Entsyymit Proteiinikinaasien (A, C) aktivaatio, fosfataasit 65