GI-Trakt Flashcards
Funktion Dünndarm - Dickdarm
Dünndarm: Nährstoffe aus der Nahrung passieren die Darmwand und gelangen so in den Blutkreislauf und das Lymphsystem.
Dickdarm: Reabsorption von Wasser, Absorption von Mineralien; Formen von Kot
Barrieren bei der Wirkstoffvergabe über den GI Trakt
Milieu im Inneren der Bauchorgane
Vorhandensein verschiedener Enzyme
Physikalische Barrieren (Epithelien)
Leberextraktion
Voraussetzungen für Absorption über GI Trakt
Wirkstoff muss in Lösung in den GI Trakt gelangen und fähig sein, die Intestinalmembran (Darmwand) zu durchdringen. Geschwindigkeitsbestimmender Schritt ist also oft das Lösen der Substanz im GI Raum, da der Wirkstoff in molekularer Form vorliegen muss (keine Kristalle etc.)
Probleme bei oraler Wirkstoffvergabe (drei)
Hauptproblem: Bioverfügbarkeit. Gründe dafür:
- Auflösen: schlechte Wasserlöslichkeit, langsame Lösegeschwindigkeit, variable Verweilzeit im GI Trakt
- Transport: geringe Permeabilität durch intestinale Membran
- Degradation: verschiedene Mechanismen (enzymatisch, mechanisch, chemisch, First-Pass-Effekt
First-Pass-Effekt
Oral verabreichte Arzneien gelangen erst in Magen, dann in Dünndarm; beide Organe können Substanzen resorbieren. Diese gelangt über die Pfortader zuerst in die Leber, bevor sie im weiteren Blutkreislauf verteilt werden -> Metabolisierung in der Leber. Ausgeprägter First-Pass-Effekt führt also zu vorzeitiger Metabolisierung und Ausscheidung des Wirkstoffes.
Lösung: rektale Vergabe, Erhöhung der Dosierung (enzymatische Vorgänge sind absättigbar)
Möglich ist aber auch, dass erst der Metabolit der gewünschte Wirkstoff ist. Dann wird also eine Prodrug verabreicht.
Saliva
Speichel;
Besteht zu 99% aus Wasser, Rest sind Elektrolyte, Mucus, antibakterielle Komponenten und Enzyme
Amylase
Befindet sich im Speichel (saliva), spaltet Stärke in kleinere Zucker
Mucus
Schleim;
Sekret, welches die Schleimhaut bedeckt und von ihr produziert wird. Enthält antiseptische Enzyme (Lysozym) und Immunoglobuline, welche die Epithelzellen beschützen
Ösophagus
Speiseröhre;
Besteht aus Muskeln, befördert Nahrung vom Hals in den Magen.
Wellenartige muskelbewegung zur Nahrungsförderung: peristalsis
Magen Aufbau
Besteht aus drei Bereichen: Fundus, Körper, Pylorus
Mucosa
Magenschleimhaut;
Oberfläche der Magenschleimhaut ist bedeckt von einer Schicht aus einfachen, säulenförmigen Epithelzellen (20-40 Mikrometer hoch)
In die Magenschleimhaut eingearbeitet sind zahlreiche Gefäße und drüsen; faltig -> dehnbar
Magendrüsen
Befinden sich unter dem Oberflächenepithel und öffnen sich zu kleinen Poren (pits).
Enthält fünf verschiedene Zelltypen:
- säulenförmige Epithelzellen an der Oberfläche (außerhalb der pits)
- Schleimzellen: sekretieren Schleim, in jeder Magendrüse vorhanden
- Chefzellen: sekretieren Pepsinogen (Precursor von Pepsin), in den Magendrüsen im Fundus und im Körper vorhanden
- Parietalzellen: sekretieren Salzsäure (Hydrogenionen bis 150mM) und Wasser, in den Magendrüsen im Fundus und im Körper vorhanden
- Endokrine Zellen: sekretieren das säurestimulierende Hormon Gastrin
Magensaft
Wirkt als Medium, in dem Nahrungspartikel gelöst werden können, startet aber auch die Verdauung, vor allem die von Proteinen.
Zusammensetzung: Wasser, Salzsäure, Elektrolyte und organische Substanzen (Mucus, Pepsin und andere Proteine)
Gastrin
Säurestimulierendes Hormon; stimuliert die Parietalzellen, Säure bzw. Hydrogenionen zu sekretieren
Gastrin selbst wird von den Endokrinen Zellen in den Magendrüsen sekretiert.
Pepsin
Hydrolysieren Peptidbindungen in Proteinen, die durch die Nahrung aufgenommen werden; -> Polypeptide
pH-Optimum: 1.8-3.5 (wird sichergestellt durch die Salzsäure); oberhalb von 5 wird Pepsin denaturiert
Magenschleim
Oberfläche der Magenschleimhaut ist ständig bedeckt von Magenschleim, welcher von den säulenförmigen Epithelzellen sekretiert wird. Er wird an der Oberfläche verdaut und gleichzeitig von unten ersetzt.
Wirkt als Abwehrmechanismus gegen die eigene Zersetzung durch proteolytische Enzyme.
Barriere ist etwa 140 Mikrometer dick und wird verbessert durch die Sekretion von Biocarbonat: Hydrogenionen diffundieren durch die Magenschleimhaut aus dem Mageninnenraum, treffen auf Biocarbonat (H+ + HCO3- -> CO2 + H2O). pH-Gradient entsteht: pH 2 vs. pH 7
Absorption im Magen
Der Magen kann einige Substanzen absorbieren, z.B. Glucose, Aminosäuren, einige Alkohole und einige fettlösliche Substanzen.
Der pH-wert des Mageninhalts bestimmt die Absorption einiger Substanzen (z.B. Aspirin, pKs 3.5): wird absorbiert in nicht ionisierter Form wenn der Mageninhalt sauer ist; langsamere Absorption wenn der Mageninhalt neutral ist.
Absorption von Wasser und Alkohol kann verlangsamt werden, wenn der Magen Nahrung beinhaltet, vor allem Fett.
Wasser absorbiert frei durch die Magenscleimhaut in das Blut.
Dünndarm - Funktionen und Aufbau
Hauptteil der chemischen und mechanischen Verdauung wird hier verrichtet.
Funktionen: Verdauung von Proteinen in Peptide und Aminosäuren (Magen und Dünndarm arbeiten hier zusammen); Lipide werden degradiert zu Fettsäuren und Glycerol; Kohlenhydrate werden degradiert zu Einfachzuckern.
Drei Bereiche: Duodenum, Jejunum, Ileum
Duodenum
Verbindet Magen und Jejunum, kürzester Teil des Dünndarms.
Gallenflüssigkeit und Bauchspeicheldrüsensäfte dringen hier in den Dünndarm ein.
Gallenflüssigkeit
Gelbe, grüne oder blaue, bittere Flüssigkeit. Wird in der Gallenblase gelagert. Sobald Nahrung in das Duodenum gelangt wird Gallenflüssigkeit sekretiert. Ermöglicht die Verdauung von Fetten durch Emulsification
Bestandteile: Wasser, cholesterol, Gallenpigmente, Gallensäuren, Phospholipide (Lecithin), Bicarbonate und andere Ionen
Bauchspeicheldrüsensaft
Flüssigkeit, die von der Bauchspeicheldrüse sekretiert wird.
Zusammensetzung: verschiedene Enzyme (Trypsinogen, Chymotrypsinogen, Elastase, Carboxypeptidase, Lipase, Amylase).
Basisch; neutralisiert damit die Gallenflüssigkeit um enzymatische Aktivität zu ermöglichen
Jejunum und Ileum
Jejunum und Ileum sind durch Mesenterium an der Bauchdecke fixiert.
Jejunum: Innere Oberfläche des Jejunum ist ausgekleidet mit Villi: Oberflächenvergrösserung 1:600; Absorption von Nährstoffen aus dem Darminhalt
Ileum: innere Oberfläche ist ausgekleidet mit Villi. Epithelzellen auf der Oberfläche besitzen nochmals Mikrovilli. Die Epithelzellen beinhalten außerdem Enzyme, welche die finale Verdauung von Proteinen und Kohlenhydraten ermöglicht. absorbiert Vitamin B12 und Gallensalze (Gallensalze müssen vorhanden sein für die Absorption von fettlöslichen Vitaminen)
Villi
Fingerartige Falten im Jejunum und Ileum, enthalten viele Kapillaren, welche Aminosäuren und Glucose zur Lebervene und Leber transportieren.
Dickdarm
Bereich zwischen Ileum und Anus, etwa 1.5m lang, also etwa 1/5 des gesamten Intestinalen Kanals. Durchmesser ist hier am größten. Unterscheidet sich vom Dünndarm im Durchmesser, stärker fixierte Position, eingeengter.
Bereiche: Cecum, Colon, Rectum, Analkanal
Degradationsmechanismen bei der Verdauung
Chemisch: pH-Wechsel, reduktives Milieu (negatives Redox-Potential) durch anaerobe Bakterien
Bakteriell: bakteriengehalt variiert mit der Region, 10^2 im Mund, 10^12 im Colon
Enzymatisch: Degradation von Prodrug zu aktivem Wirkstoff kann im Inneren der Verdauungsorgane oder beim Transport durch die Intestinalmembran stattfinden
Verdauung von Kohlenhydraten - Enzyme, Ort und pH
Speichelamylase (produziert in den Speicheldrüsen), Mund, Neutral
Pankreasamylase (produziert im Pancreas), Dünndarm, basisch
Maltase (produziert im Dünndarm), Dünndarm, basisch
Verdauung von Proteinen - Enzyme, Ort und pH
Pepsin (produziert in den Magendrüsen), Magen, sauer
Trypsin (produziert im Pancreas), Dünndarm, basisch
Peptidasen (produziert im Dünndarm), Dünndarm, basisch
Verdauung von Nukleinsäuren - Enzyme, Ort und pH
Nuclease (produziert im Pancreas), Dünndarm, basisch
Nucleosidase (produziert im Pancreas), Dünndarm, basisch
Verdauung von Fetten - Enzym, Ort und pH
Lipase (produziert im Pancreas), Dünndarm, basisch
pH im GI Trakt
Einer der wichtigsten Einflüsse auf die maximale Löslichkeit von ionisierbaren Wirkstoffen, er variiert stark, je nach Abschnitt im GI Trakt und entleertem/gefülltem Zustand.
pH im Magen kann bis auf 5 steigen, wenn man gegessen hat. Es wird Magensäure sekretiert und nach 3-4h ist der Ausgangs-pH wieder hergestellt
pH im Dünndarm sinkt leicht, wenn man gegessen hat, weil der saure Speisebrei in den Dünndarm gelangt. Der pH-Wert wird wieder hergestellt, indem das Pankreas Bicarbonat sekretiert.
Colon: höchster pH (8)
Der pH ist ebenfalls abhängig vom Geschlecht, Alter und Lebensstil (z.b. Rauchen)
Gastrointestinale Bewegung - Phasen
Migrating Motor Complex (MMC) ist die motorische Aktivität des Magen-Darm-Traktes, etwa alle 80-120 Minuten.
Phasen:
0 - lag Phase - Bewegung ist abhängig von Volumen und Eigenschaften der Nahrung
1 - basaler Status - 45-60 min - stille Periode ohne Kontraktionen
2 - Pre-Burst Status - 30-45 min - Kontraktionen nehmen in Intensität und Frequenz zu
3 - Burst Status - 5-15 min - intensive peristaltische Kontraktionen, um die unverdauten Materialien aus dem Bauch zu befördern
4 - Transitional Phase - 0-5 min
Gastrointestinale Bewegung - fasted state
Zyklus, welcher etwa alle 2h durchlaufen wird, wenn nicht gegessen wurde.
Phase 1 - keine Bewegung von Magen und Dünndarm, 40-60 min
Phase 2 - Bewegung beginnt im Antrum und Duodenum, verstärkt sich über 60-90 min hinweg
Phase 3 - Serie von intensiven, zyklischen Wellen, welche alle großen Feststoffpartikel in Magen und Dünndarm entleeren.
Phase 4 - Kontraktionen nehmen wieder ab
Wird zu irgendeinem Zeitpunkt Nahrung aufgenommen, wird in den fed state (Verdauungsphase) gewechselt. Anschließend geht es wieder mit Phase 1 los.
Gastrointestinale Bewegung - fed state
Kapazität des Magens bei einem Erwachsenen: 1500 mL
Größte Sekretierungsaktivität ist während der ersten Stunde nach der Nahrungsaufnahme.
Mischen und zerkleinern findet statt mit Hilfe von peristaltischen Wellen, welche vom Magen-Körper ausgehen und sich mit der Zeit immer weiter Richtung Duodenum verlagern.
Feststoffe werden nur aus dem Antrum entleert, wenn die Partikel kleiner als 1mm sind.
Entleerung von Darreichungsformen im Magen
Ist stark abhängig von dem Vorhandensein und Menge an Nahrung im Magen.
Große Tabletten können entweder im Magen zusammen mit verdaulichem Material zerkleinert werden, oder werden behandelt als unverdauliches Material
Große, nicht zerkleinerbare Kapseln werden in Phase 3 der MMC entleert. Da die Einnahme aber nicht mit dem Zyklus synchronisiert ist, kann das Entleeren zwischen einigen Minuten und 3 Stunden dauern.
Synchronisierung mit Nahrungsaufnahme
Wenn eine Dosiereinheit nach einer leichten Mahlzeit eingenommen wird, kann das entleeren auf 2-3 Stunden eingegrenzt werden. Die Einnahme von Nahrung setzt den Zyklus zurück. Der nächste MMC bewegt die Tablette dann etwa 2h, nachdem der Magen von verdaulichen Komponenten befreit wurde, weiter.
Problem: Absorption des Wirkstoffes kann durch die Nahrung beeinflusst werden. Lösung: Verabreichung mit Apfelsaft. Enthält genügend Kalorien, um MMC zurückzusetzen.
Problem: Verabreichung mit einer großen Mahlzeit und danach regelmäßige Einnahme kleinerer Mahlzeiten: Tabletten kann länger als 8h im Magen verbleiben, da der MMC immer wieder verschoben wird.
Kaloriengehalt der Mahlzeit bestimmt die Verweilzeit, nicht die Größe der Tablette!
Dünndarmbewegung - fasted state
Zufällige motorische Aktivität (1-3 Kontraktionen), jeweils getrennt durch 5-40s Inaktivität
Dünndarmbewegung - fed state
Kombination aus peristaltischer und segmentaler Bewegung
-> gute durchmischung
Segmentale Kontraktionen finden häufiger statt und „zerdrücken“ den Speisebrei an einer Stelle
Peristaltische Bewegung findet seltener statt und fördert den Speisebrei weiter
