Fisiologia dell'Apparato digerente

Apparato Digerente: Fisiologia Generale

• L'apparato digerente comprende bocca, faringe, esofago, stomaco, duodeno, digiuno, ileo, cieco, colon, retto e ano.
• Ghiandole annesse all'apparato digerente includono le ghiandole salivari, il fegato, la colecisti e il pancreas esocrino.

Funzioni dell'Apparato Gastrointestinale

• Le sostanze introdotte nell'organismo sono elaborate meccanicamente, digerite, assorbite, immagazzinate ed eliminate tramite il canale gastrointestinale.
• Queste operazioni sono coordinate da nervi estrinseci del sistema nervoso autonomo, dal sistema nervoso enterico (intrinseco) e dagli ormoni dell'apparato gastrointestinale.
• Le fasi principali del processo digestivo sono: motilità, secrezione, digestione e assorbimento.

Motilità del Tratto Gastrointestinale

• La motilità è l'insieme dei movimenti della parete degli organi cavi del tratto gastrointestinale.
• La motilità è data dalla contrazione muscolare applicata al materiale luminale a livello orale, faringeo, esofageo, gastrico, delle vie biliari e dell'intestino tenue e crasso.

Muscolatura Gastrointestinale

• La muscolatura è striata nella bocca, faringe, esofago superiore e sfintere anale esterno.
• A tutti gli altri livelli, la muscolatura è liscia di tipo viscerale con cellule specializzate pacemaker, chiamate cellule interstiziali di Cajal.
• La muscolatura liscia presenta attività elettrica spontanea con attività contrattile miogena.
• La muscolatura liscia del tratto gastrointestinale è costituita da piccole cellule fusiformi accoppiate meccanicamente ed elettricamente tramite gap junctions.
• La velocità di trasmissione è rapida tra le cellule in senso longitudinale, ma più lenta tra i fasci.
• I fasci si fondono formando un sincizio funzionale in cui un potenziale d'azione si propaga rapidamente.

Contrazione del Muscolo Liscio

• Il meccanismo di contrazione del muscolo liscio è diverso da quello del muscolo striato.
• Manca il controllo della troponina, ma la contrazione è controllata dal calcio, che legandosi alla calmodulina, attiva la chinasi delle catene leggere della miosina (MLCK) e rimuove il caldesmosoma.
• L'ingresso di calcio è mediato da azioni farmacologiche o da spikes che aprono canali cationici misti.
• Nella muscolatura del tratto gastrointestinale l'attività contrattile genera forze propulsive per il movimento del materiale luminale dalla bocca all'ano, la triturazione, il mescolamento e il contatto fra i prodotti della digestione e la mucosa intestinale.
• II rilasciamento garantisce l'azione recettiva dello stomaco e intestino crasso.

Onde Lente e Spikes

• Le cellule di Cajal nello stomaco distale e intestino generano ritmicamente onde lente, alla base dell'attività contrattile spontanea della muscolatura liscia viscerale.
• Il potenziale fluttuante si propaga alle cellule vicine tramite giunzioni comunicanti.
• Le onde lente conferiscono tono alla muscolatura.
• Quando il potenziale supera il valore di soglia, si genera uno spike che innesca la piena contrazione.
• Onde lente: attività intrinseca del muscolo liscio intestinale non dipendente da controlli nervosi.
• Spikes: veri potenziali d'azione che si manifestano quando il potenziale di membrana della fibra muscolare diviene più positivo di -40mV.

Controllo dell'Attività Motoria

• Il controllo dell'attività motoria è operato da due componenti: estrinseca (sistema nervoso autonomo parasimpatico e simpatico) e intrinseca (sistema nervoso enterico).
• Il sistema nervoso enterico (SNE) organizza l'attività motoria per ottimizzare il comportamento nelle diverse situazioni fisiologiche (periodo prandiale e digiuno).

Sistema Nervoso Autonomo

• L'innervazione parasimpatica afferente ed efferente rileva le informazioni dei recettori sensitivi e aumenta la motilità gastrointestinale e l'attività enzimatica-digestiva.
• L'innervazione simpatica ha fibre sensitive afferenti e fibre efferenti che riducono la motilità gastrointestinale e l'attività enzimatica-digestiva.

Controllo Autonomo del Tratto Gastrointestinale

• L'innervazione parasimpatica comprende una divisione craniale e una sacrale.
• Le fibre parasimpatiche craniali decorrono quasi interamente nel nervo vago (eccetto quelle per la bocca e la regione faringea) e innervano esofago, stomaco, pancreas, intestino tenue e la prima metà dell'intestino crasso.
• Le fibre parasimpatiche sacrali originano nel II, III e IV segmento sacrale del midollo e decorrono nei nervi pelvici, innervando la seconda metà dell'intestino crasso.
• La stimolazione dei neuroni postgangliari aumenta l'attività del sistema nervoso enterico e la maggior parte delle funzioni digerenti.
• Le fibre simpatiche originano nella colonna vertebrale tra T5 e L2, entrano nella catena paravertebrale, passano nei gangli celiaco e mesenterico, raggiungono il tubo digerente innervando i neuroni dei plessi inibendo la funzione digestiva rilasciando noradrenalina.

Sistema Nervoso Enterico (SNE)

• Viene considerato la terza componente del sistema nervoso autonomo, ma funziona in maniera autonoma anche se è connesso alle altre due branche.
• Costituito da una rete neuronale con circa 100 milioni di neuroni.
• Il SNE è formato da plessi che si estendono per tutta la lunghezza del tubo digerente.
• I plessi sono pacchetti di neuroni e fibre nervose localizzate nella mucosa o nella sottomucosa.
• I plessi fondamentali sono due: il plesso mienterico (o di Auerbach) e il plesso sottomucoso (o di Meissner).
• Il plesso mienterico controlla i movimenti gastrointestinali ed è situato tra gli strati di muscolatura circolare e longitudinale della muscularis externa.
• II plesso sottomucoso controlla la secrezione e il flusso locale e si trova a livello della sottomucosa.
• Il plesso mienterico aumenta la contrazione tonica e ritmica, l’intensità e la velocità delle contrazioni ritmiche.
• Il plesso sottomucosale aumenta l'attività secretoria e modula l'assorbimento intestinale.
• Può controllare tutte le funzioni del tratto gastrointestinale persino in assenza dell'innervazione simpatica-parasimpatica.
• Questa componente rilascia peptidi neurocrini con numerosi effetti gastrointestinali.

Sostanze rilasciate dal Sistema Nervoso Enterico (SNE)

Fibre Afferenti Sensoriali

• Dalla parete del sistema gastrointestinale originano fibre afferenti sensoriali con corpi cellulari nel SNE, stimolate da irritazione della mucosa, distensione eccessiva della parete e sostanze chimiche specifiche.
• Esistono fibre afferenti con corpi cellulari nel SNE che inviano assoni ai gangli celiaco e mesenterico.

Riflessi Gastro-intestinali

• I rapporti tra SNE e sistema autonomo determinano riflessi fondamentali per il controllo gastro-intestinale.
• Riflessi che avvengono interamente nel SNE controllano secrezione, peristalsi e contrazioni mescolatorie.
• Riflessi al midollo (o al tronco encefalico) e indietro al tratto gastrointestinale regolano la funzione gastrica.
• Riflessi ai gangli simpatici paravertebrali e indietro al tratto gastrointestinale includono il riflesso gastro-colico, entero-gastrico e colon-ileale.

Controllo Ormonale del Tratto Gastrointestinale

• La funzione digestiva è influenzata da ormoni secreti nel tratto gastrointestinale che rappresenta il più grande organo endocrino.
• I principali ormoni prodotti sono: gastrina, colecistochinina (CCK), secretina e peptide gastro-inibitore (GIP).
• Gastrina: secreta dalle cellule G dell'antro gastrico e fondamentale per la secrezione acida delle cellule parietali delle ghiandole gastriche.
• Colecistochinina (CCK): secreta a livello duodenale dalle cellule I in risposta agli acidi grassi e ai monogliceridi, rallenta lo svuotamento gastrico, stimola lo svuotamento della colecisti e sembra influenzare l'ansia e il tono dell'umore.
• Secretina: secreta a livello duodenale dalle cellule S in risposta all'acidità, stimola il rilascio della componente acquosa del succo pancreatico quando il pH duodenale scende sotto a 3.
• Peptide gastro-inibitore (GIP): secreto dalla mucosa dell'intestino tenue, inibisce secrezione e motilità gastrica.

Funzioni della Motilità del Tratto Gastrointestinale

• Funzione di serbatoio: permette l'accumulo di materiale per lungo tempo senza eccessiva distensione della parete endoluminale.
• Funzione di rimescolamento: mescola i nutrienti con i succhi digestivi.
• Funzione di frantumazione: sminuzza le particelle solide in frammenti più piccoli, facilitando la digestione.
• Funzione propulsiva: consente la progressione del contenuto luminale attraverso il movimento peristaltico.

Movimento Propulsivo

• Conosciuto come peristalsi, è stimolato dalla distensione del tubo intestinale e avviene nel tratto gastrointestinale, nel dotto biliare e nell'uretere.
• Inizia con un anello contrattile e si propaga in avanti, connesso al plesso mienterico.
• Procede solo in direzione oro-anale e serve a spingere avanti il cibo.
• La legge dell'intestino dice che ogni distensione radiale endoluminale evoca un riflesso propulsivo con una contrazione a monte e un rilasciamento a valle.
• Il riflesso propulsivo ha due effetti: un effetto attivando motoneuroni eccitatori con rilascio di ACh e sostanza P e un'altro effetto stimolando motoneuroni inibitori con rilascio di VIP e ATP.

Sfinteri

• Sono strutture costituite da muscolatura liscia con persistente stato di contrazione.
• Gli sfinteri presenti sono: SEI (giunzione gastro-esofagea), sfintere pilorico, sfintere di Oddi, sfintere ileo-cecale e sfintere anale interno.
• Solo transitoriamente i neuroni inibitori permettono il rilasciamento degli sfinteri.

Irrorazione del Tratto Gastrointestinale

• I vasi sanguigni del tratto gastrointestinale fanno parte della circolazione splancnica.
• essa include il flusso di sangue attraverso il tratto gastrointestinale, il pancreas, la milza e il fegato.
• Il sangue refluo dal tratto gastrointestinale, dalla milza e dal pancreas arriva al fegato attraverso la vena porta, circola attraverso i sinusoidi epatici e passa nelle vene epatiche e nella vena cava inferiore.
• L'intestino ha un flusso sanguigno abbondante (30% dell'output cardiaco).
• Il circolo splancnico costituisce un reservoir di sangue (30% del volume circolante).
• il circolo splancnico perfonde un notevole numero di organi differenti.
• Il flusso attraverso il fegato permette alle cellule reticolo-endoteliali di rimuovere batteri e particelle dal flusso sanguigno.
• La maggior parte delle sostanze non-grasse digerite è trasportata a livello epatico.
• Le cellule epatiche assorbono e immagazzinano i nutrienti.

Irrorazione durante il processo digestivo

• Durante il processo digestivo vengono rilasciate sostanze vasodilatatrici dalla mucosa.
• CCK, VIP, gastrina e secretina hanno questa funzione, insieme alla callidina e bradichinina.
• La forte attività digestiva causa una diminuzione di O2 e quindi un aumento del flusso.
• Il ritorno venoso, gittata cardiaca, volume ematico, pressione arteriosa e fattori locali come O2, CO2, prostaglandine eccetera regolano il flusso mesenterico.
• La circolazione del villo è fondamentale per l'assorbimento. Le arteriole hanno una tonaca muscolare per controllare il flusso sanguigno.

Assunzione di Cibo

• La quantità di cibo ingerita è determinata dal senso di fame, mentre l'appetito si riferisce alla preferenza per determinati cibi.
• Il cibo entra attraverso la bocca, dove inizia la masticazione e la salivazione.
• Il cibo viene impastato con la saliva, che contiene acqua, ioni e componenti organiche.
• Il processo della masticazione è causato dal riflesso della masticazione indotto da un bolo in bocca che inibisce la masticazione permettendo alla mandibola di aprirsi.

Deglutizione

• Il processo della deglutizione, sotto controllo bulbare, è complicato perche la faringe è coinvolta sia nella deglutizione, che nella respirazione.
• La deglutizione si divide in tre fasi: fase volontaria orale (masticazione), fase faringea involontaria e fase esofagea.
• La fase faringea della deglutizione ha una durata complessiva di circa 0.5 secondi.
• Durante la fase esofagea il cibo passa nell'esofago attraverso lo sfintere esofageo superiore (SES) attraverso peristalsi primaria (4-5 sec) e secondaria (vago-vagali). Intanto lo stomaco e anche il duodeno si rilassano mano a mano.
• La muscolatura dell'esofago forma lo sfintere esofageo inferiore (SEI) con pressione intraluminale di 40mmHg. Quando la peristalsi induce il rilasciamento, lo sfintere si rilascia e permette il passaggio del cibo nello stomaco.
• Il SEI (esofageo inferiore) impedisce al succo acido dello stomaco di intaccare la mucosa.
• Se lo sfintere non si rilascia compare una patologia nota on il nome di acalasia.

Acalasia

• L'acalasia è la più comune patologia motoria primitiva dell'esofago.
• Caratterizzata dalla perdita della peristalsi esofagea e dalla incapacità di rilasciamento del SEI.
• Il rilasciamento è incompleto e si verifica ristagno con dilatazione del lume esofageo(megaesofago).
• Tre sono i possibili meccanismi: patologia infettiva neurotropa , degenerazione dei plessi intramurali e disordine infiammatorio.