FISIOLOGÍA DEL APARATO DIGESTIVO Ángel Luis García Villalón Despacho C30 angeluis.villalon@uam.es twitter.com/docenciafisio Las presentaciones y la grabación de las clases en: www.uam.es/angeluis.villalon Clave: fisio o a través de Moodle

BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA Sleisenger and Fordtran's Gastrointestinal and Liver Disease Mark Feldman, Lawrence S. Friedman, and Lawrence J. Brandt 10th Edition 2016 Saunders Guyton y Hall Tratado de Fisiología Médica John E. Hall 13 edición 2016 Elsevier Ganong Fisiología Médica Kim E. Barrett, Susan M. Barman, Scott Boitano 24 Edición 2013 McGraw-Hill Interamericana

INSTRUCCIONES PARA LA EVALUACIÓN CONTINUA DE ESTE APARTADO   1. Después de cada clase teórica se abrirá en Moodle un cuestionario correspondiente a esa clase, en la que deberá contestar a una pregunta sobre el contenido de la misma. Habrá un cuestionario por cada una de las clases. El de la primera clase servirá de ensayo y no contará en la nota. 2. El cuestionario de cada clase estará abierto desde el final de la clase, durante la tarde y durante todo el día siguiente hasta las 23:59 horas de la noche, y luego se cerrará. Deberá contestar durante ese periodo. 3. En cada cuestionario hay una pregunta de opción múltiple con cuatro opciones y solo una correcta. El tiempo para contestarla es de 1 minuto. Los errores cuentan 0.25 puntos negativos. Solo da una oportunidad en cada cuestionario. Tenga en cuenta que mientras Moodle pide confirmación de la respuesta sigue contando el tiempo, si se confirma después de que haya terminado el minuto lo contará como enviado fuera de tiempo. Al día siguiente las contestaciones se comentarán en: twitter.com/docenciafisio 4. La nota será la media de los cuestionarios a los que haya contestado. Puede dejar de hacer un cuestionario sin penalización. Los que deje de hacer por encima de uno contarán como cero en la media. Si entra en un cuestionario y no marca ninguna opción, la calificación en ese cuestionario es cero.

APARATO DIGESTIVO 48:45

El aparato digestivo incorpora los componentes de los nutrientes en el organismo

Los organismos unicelulares no necesitan aparato digestivo ni respiratorio CO2 NUTRIENTES

NUTRIENTES NUTRIENTES En los organismos pluricelulares el aparato digestivo toma los nutrientes y los pasa al sistema circulatorio para que los distribuya NUTRIENTES NUTRIENTES

Funciones del aparato digestivo Salivar Gástrica Pancreática e intestinal masticación secreción digestión absorción excreción

El aparato digestivo es esencialmente un tubo por el que circula el alimento

El tubo digestivo en humanos tiene unos 7 m de longitud (unas 6 veces la estatura del sujeto) estómago yeyuno 50 100 150 cm boca páncreas esófago ano colon duodeno ciego íleon

El tubo digestivo tiene varias capas en su pared nervios arteria Plexo nervioso submucoso (Meissner) Conducto de glándula mesenterio Tejido linfoide glándula mucosa Plexo nervioso mientérico (Auerbach) Muscularis mucosae submucosa Músculo liso longitudinal serosa Músculo liso circunferencial

longitudinal circunferencial Tiene una capa de músculo liso longitudinal y otra circunferencial longitudinal Disminuye la longitud Disminuye el diámetro circunferencial 12

En el músculo liso aparecen ondas rítmicas de depolarización de la membrana denominadas ondas lentas o ritmo eléctrico basal potencial eléctrico

La fase de depolarización se debe a la entrada de calcio y de sodio, y la repolarización a la salida de potasio IClCa IBK IKv INa ICaT R Lees-Green, P Du, G O’Grady, A Beyder , G Farrugia and AJ Pullan Biophysically based modeling of the interstitial cells of Cajal: current status and future perspectives Frontiers in Physiology 1: 1- 19, 2011

Las ondas lentas se propagan de unas células de músculo liso a otras mediante uniones tipo gap

En el intestino delgado la frecuencia de las ondas lentas disminuye en la dirección aboral 3 ondas/min 12 ondas/min 6-10 ondas/min 8 ondas/min

Las ondas solo se propagan cierta distancia Si estuvieran separadas, las células más distales oscilarían a una frecuencia más lenta Pero la frecuencia más rápida se propaga a la célula distal ABORAL O ANAL ORAL Si la frecuencia propagada es demasiado diferente de la propia, se extingue Esta se convierte en marcapasos de la siguiente

La frecuencia va disminuyendo en escalones Frecuencia real Frecuencia máxima a la que pueden funcionar Frecuencia intrínseca de las células Frecuencia de las ondas lentas ORAL ABORAL O ANAL Distancia a lo largo del tubo digestivo

Las ondas lentas se originan en las células intersticiales de Cajal Dibujo por Ramón y Cajal Textura del sistema nervioso del hombre y los vertebrados. 1889 - 1904

Las ondas lentas en las células intersticiales de Cajal son parecidas aunque no iguales que en el músculo liso Célula intersticial de Cajal Célula de músculo liso R Lees-Green, P Du, G O’Grady, A Beyder, G Farrugia, AJ Pullan. Biophysically based modeling of intersticial cells of Cajal: current status and future perspectives. Frontiers in Physiology 2: 1-19, 2011

La formación de las ondas lentas depende de la producción de inositol trifosfato y de apertura de canales depolarizantes Cl- canales ClCa (TMEM16A) canales T Ca2+ Depolarización Ca2+ IP3 Repolarización

La formación de las ondas lentas depende de la producción de inositol trifosfato y de apertura de canales depolarizantes Iones + TRPM7 (transient receptor potential cation channel) Ca2+ canales T depolarización Ca2+ IP3 Ca2+

umbral Las ondas lentas por si mismas no producen contracción potencial eléctrico contracción IP3 Ca2+ depolarización

umbral IP3 Ca2+ Ca2+ depolarización Si las ondas lentas sobrepasan el umbral se producen potenciales de acción que se acompañan de contracción del músculo umbral potencial eléctrico contracción acetilcolina canales L Ca2+ IP3 Ca2+ depolarización

En la pared del tubo digestivo hay plexos de neuronas que constituyen el sistema nervioso entérico Plexo mientérico (Auerbach) Plexo submucoso (Meissner) Furness JB, Bornstein JC, Smith TK The normal structure of gastrointestinal innervation. J Gastroenterol Hepatol. 1990;5 Suppl 1:1-9

Plexo submucoso del intestino delgado humano El sistema nervioso entérico está formado por una red de ganglios unidos entre sí por haces de fibras Plexo submucoso del intestino delgado humano 250 µm Dibujo por Theodor Billroth 1858

En el sistema nervioso entérico morfológicamente se distinguen dos tipos de neuronas Dogiel I Una prolongación larga y muchas cortas Dogiel II muchas prolongaciones largas Alexandre Stanislavovitch Dogiel (1852-1922) The McGraw-Hill 2011. Sistema nervioso entérico: características estructurales y funcionales.

Pero funcionalmente hay tres tipos de neuronas AFERENTES PRIMARIAS INTERNEURONAS MOTORAS

NEURONAS AFERENTES PRIMARIAS (Dogiel II) Mecanoreceptores Sensibles a la distensión Mecanorreceptores de la mucosa Quimiorreceptores pH ácido ácidos grasos de cadena corta serotonina

INTERNEURONAS (Dogiel I) Ascendentes (acetilcolina) Descendentes Más abundantes (acetilcolina y serotonina)

NEURONAS MOTORAS (Dogiel I) Musculares Excitadoras (acetilcolina y sustancia P) Inhibidoras (óxido nítrico, VIP, ATP) Actúan preferentemente a través de las células intersticiales de Cajal Secretomotoras Plexo subumucoso (acetilcolina y VIP) Vasomotoras.

NEURONAS AFERENTES PRIMARIAS Los estímulos producen señales que ascienden y descienden r. nicotínicos r. nicotínicos ach ach ach ach ach ach CGRP CGRP NEURONAS MOTORAS EXCITADORAS NEURONAS MOTORAS INHIBIDORAS INTERNEURONAS ASCENDENTES INTERNEURONAS DESCENDENTES NO VIP ATP Ach SP C. INTERSTICIAL DE CAJAL MÚSCULO LISO CIRCUNFERENCIAL NEURONAS AFERENTES PRIMARIAS MÚSCULO LISO CIRCUNFERENCIAL CONTRACCIÓN RELAJACIÓN O ANAL ABORAL ORAL ESTÍMULO

El contenido del tubo digestivo activa neuronas sensoriales O ANAL ABORAL ORAL

Se produce contracción aboral y relajación oral O ANAL ABORAL ORAL CONTRACCIÓN RELAJACIÓN

Las ondas peristálticas propulsan el contenido del tubo digestivo

El sistema nervioso entérico puede producir distintos patrones de movimiento PROPULSIÓN MEZCLA

El bloqueo de los canales de potasio en el sistema nervioso entérico puede producir la transición entre un patrón y otro Neurona aferente primaria (mecanorreceptora) Presión intraluminal Estímulo mecánico Estímulo mecánico Desplazamiento del contenido TRAM34 (bloqueante de canales BKCa) Posthiperpolarización mediada por canales BKCa) D.¡ FERENS, J BAELL, G LESSENE, J E SMITH JB FURNESS Effects of modulators of Ca(2+)-activated, intermediate-conductance potassium channels on motility of the rat small intestine, in vivo. Neurogastroenterol Motil (2007) 19, 383–389 EM Kluger, K Michel, F Zeller, IE Demir, GO Ceyhan, M Schemann, G Mazzuoli-Weber. Mechanical stress activates neurites and somata of myenteric neurons. Front. Cell. Neurosci. 2015, 9: 1-17

INERVACIÓN EXTRÍNSECA EFERENTE SISTEMA NERVIOSO CENTRAL ÓRGANO EFECTOR Acetilcolina PARASIMPÁTICO Acetilcolina Acetilcolina Noradrenalina SIMPÁTICO Ganglio simpático EFECTO

g. mesentérico superior g. mesentérico inferior La inervación extrínseca corresponde al simpático y al parasimpático SIMPÁTICO PARASIMPÁTICO n. facial (VII) g. cervical superior n. glosofaríngeo (IX) g. celíaco g. mesentérico superior n. esplácnicos n. vago (X) g. mesentérico inferior n. esplácnico pélvico plexos hipogástricos

INERVACIÓN EXTRÍNSECA EFERENTE PARASIMPÁTICO (vagal y pélvico) Actúa en las neuronas del sistema entérico a través de receptores colinérgicos nicotínicos SIMPÁTICO Inhibe las neuronas entéricas

INERVACIÓN EXTRÍNSECA AFERENTE VAGAL (más abundante que la motora) Quimiorreceptores y mecanorreceptores de bajo umbral Al núcleo del tracto solitario Media reflejos y proyecta a niveles superiores Sensaciones no dolorosas ESPINAL (nervios esplácnicos) Ganglios de la raíz posterior de la médula Mecanorreceptores de alto umbral Sensaciones dolorosas

CÉLULAS ENTEROENDOCRINAS Están en la mucosa Serotonina (células enterocromafines) Estímulos mecánicos y químicos Activa terminales de neuronas aferentes intrínsecas primarias y los aferentes extrínsecos vagales y espinales

NEURONAS AFERENTES PRIMARIAS CÉLULAS ENTEROENDOCRINAS r. nicotínicos r. nicotínicos ach ach ach ach ach ach CGRP CGRP NEURONAS MOTORAS EXCITADORAS NEURONAS MOTORAS INHIBIDORA INTERNEURONAS ASCENDENTES INTERNEURONAS ASCENDENTES NO VIP ATP Ach SP C. INTERSTICIAL DE CAJAL MÚSCULO LISO CIRCUNFERENCIAL NEURONAS AFERENTES PRIMARIAS MÚSCULO LISO CIRCUNFERENCIAL CONTRACCIÓN RELAJACIÓN serotonina ORAL O ANAL ABORAL ESTÍMULO

CÉLULAS ENTEROENDOCRINAS Serotonina (células enterocromafines) Histamina (células enterocromafín-like) Hormonas peptídicas Colecistoquinina Somatostatina Secretina Gastrina y otras

Los reflejos nerviosos cortos y largos, y las respuestas endocrinas, regulan el funcionamiento del sistema nervioso Visión, olor, sabor de la comida emociones Sistema nervioso central Quimiorreceptores Mecanorreceptores Osmorreceptores Reflejo largo Estímulo Reflejo corto Células efectoras (músculo liso o glándula exocrina) Efecto (motilidad o secreción) Sistema nervioso autónomo Sistema nervioso entérico Células enteroendocrinas hormona Torrente sanguíneo

Debido a este control intrínseco y extrínseco el aparato digestivo funciona en gran parte de forma inconsciente, pero es muy sensible al estado psicológico