Anatomie und Physiologie des Verdauungssystems
Die Verdauung ist ein lebenswichtiger Prozess im menschlichen Körper, der die Aufnahme von Nährstoffen (Resorption) aus der aufgenommenen Nahrung ermöglicht.
Sie erfüllt mehrere wichtige Funktionen:
- Verkleinerung und Abbau von Nahrungsmitteln
- Resorption von Nährstoffen
- Ausscheidung von Abfallstoffen
- Das Verdauungssystem ist Herberge des sogenannten intestinalen, d.h. „den Darm betreffenden“ Immunsystems
Weiterführende Inhalte
Das Verdauungssystem des Menschen
Der Verdauungsapparat ist ein komplexes System von Organen und Geweben. Der größte Teil des Verdauungssystems ist der Magen-Darm-Trakt, der auch als Gastrointestinaltrakt bezeichnet wird (siehe Abbildung 1). Zum Verdauungssystem gehören:
Mundhöhle (Cavum oris): Hier beginnt die Verdauung mit dem Kauen und Zerkleinern der Nahrung. Zahlreiche Speicheldrüsen münden in die Mundhöhle. Der Speichel enthält Enzyme, die den Abbau von Kohlenhydraten initiieren.
Rachen (Pharynx): Der Rachen ist ein muskulöser Schlauch, der sich hinter der Mundhöhle und der Nasenhöhle befindet. Sobald Nahrung und Flüssigkeiten den Mund verlassen, passieren sie den Rachen. Der Schluckvorgang wird vom zentralen Nervensystem (ZNS) gesteuert, beginnt willentlich (z.B. ausgiebiges Kauen, Einleitung des Schluckens, etc.) und geht reflektorisch, d.h. willentlich nicht beeinflussbar, weiter.
Speiseröhre (Ösophagus): Die Speiseröhre ist ein muskulärer Schlauch von etwa 25 cm Länge. Indem sich das Muskelgewebe zusammenzieht, wird die aufgenommene Nahrung in Richtung Magen transportiert.
Magen (Gaster): Der Magen ist ein muskulöses Hohlorgan, welches durch Kontraktionen den Nahrungsbrei weiter mischt. Durch die Produktion von Magensäure und Enzymen wird die Nahrung weiter zerkleinert. Den vorverdauten Nahrungsbrei gibt der Magen in kleinen Portionen an den Zwölffingerdarm weiter.
Dünndarm bestehend aus Zwölffingerdarm (Duodenum), Leerdarm (Jejunum) und Krummdarm (Ileum): Der Dünndarm ist der längste Teil des Verdauungstrakts und spielt eine entscheidende Rolle bei der Verdauung und Aufnahme von Nährstoffen. Hier werden Enzyme aus der Bauchspeicheldrüse und der Dünndarmschleimhaut freigesetzt, um Proteine, Kohlenhydrate und Fette aus dem Nahrungsbrei weiter abzubauen. Die Nährstoffe werden über die Dünndarmschleimhaut resorbiert und gelangen in den Blutkreislauf oder das Lymphsystem. Zur Vergrößerung der Resorptionsfläche besitzt die Dünndarmschleimhaut zahlreiche Falten. Auf diesen Falten sitzen Zotten (Villi), kleine fingerförmige Erhebungen der Schleimhaut (siehe Abbildung 2).
Dickdarm, bestehend aus Blinddarm (Zäkum) mit Wurmfortsatz (Appendix vermiformis), Grimmdarm (Colon) und Mastdarm (Rektum) mit Übergang in den Analkanal und Anus (After): Der Dickdarm entzieht dem Nahrungsbrei Wasser sowie Elektrolyte und dickt ihn ein. Hier sind auch eine Vielzahl von Bakterien angesiedelt, die bei der Verdauung von Ballaststoffen helfen. Der längste Teil des Dickdarms, das Colon, kann anhand seines Verlaufes in vier Abschnitte unterteilt werden. Man unterscheidet den aufsteigenden Teil (Colon aszendens), den horizontalen Teil (Colon transversum), den absteigenden Teil (Kolon deszendens) und den S-förmigen Teil (Colon sigmoideum/Sigma). Es schließt sich das Rektum an. Dieses ist der letzte Abschnitt des Dickdarms und geht in den Analkanal über. Rektum und Analkanal können als Enddarm zusammengefasst werden. Das Rektum speichert den Stuhl. Ist der Enddarm ausreichend gefüllt, werden Signale an das Gehirn gesendet, um den Stuhlgang einzuleiten. Der Enddarm ist für die Stuhlentleerung und die Stuhlkontinenz verantwortlich. Die unverdaulichen Reste werden über den Anus (After) ausgeschieden.
Zusätzlich zu den oben genannten Organen sind auch die Leber, die Gallenblase und die Bauchspeicheldrüse wichtige Bestandteile des Verdauungssystems. Die Leber (Hepar) ist das zentrale Stoffwechselorgan. Sie ist u.a. wichtig für die Entgiftung des Körpers, die Speicherung von Nährstoffen, Vitaminen und Mineralstoffen sowie für die Produktion von Galle. Galle wird in der Gallenblase (Vesica biliaris) gespeichert, um dann in den Dünndarm abgegeben zu werden. Sie hilft bei der Fettverdauung. Die Bauchspeicheldrüse (Pankreas) stellt Enzyme her, die für die Verdauung von Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten benötigt werden.
Wie ist die Wand der Speiseröhre und des Magen-Darm-Traktes aufgebaut?
Die Wand der Speiseröhre, des Magens und der Darmabschnitte besitzt einen sehr ähnlichen Aufbau.
Von innen nach außen finden sich folgende Wandschichten:
Schleimhaut (Mukosa): Die Schleimhaut kleidet den Verdauungstrakt aus. Je nach Organ unterscheidet sie sich in Aufbau und Funktion. Sie dient u.a. der Aufnahme von Nahrungsbestandteilen und der Abgabe von Substanzen, die die Nahrung verdauen. Die oberste Schicht der Schleimhaut, das Epithel, kommt direkt mit dem Nahrungsbrei in Kontakt. Die Schleimhaut enthält auch eine glatte Muskelschicht (Muskularis mucosae), die an der Peristaltik beteiligt ist.
Submukosa: Die Submukosa ist eine bindegewebige Verschiebeschicht. Sie enthält größere Blut- und Lymphgefäße zur Versorgung der Mukosa. Zusätzlich befinden sich in der Submukosa Nervenfasern zur Weiterleitung von Nervenimpulsen, welche die Verdauung regulieren.
Muskularis: Die Muskularis besteht aus einer inneren Ringmuskelschicht (zirkuläre Muskulatur) und der äußeren Längsmuskelschicht. Diese Muskelschichten ermöglichen die Peristaltik, eine wellenartige Kontraktion, die die Verdauungsbewegung vorantreibt. Die Kontraktion der Muskularis ist wichtig für die mechanische Verkleinerung, Durchmischung und den Transport des Verdauungsbreis.
Serosa (Peritoneum viszerale) oder Adventitia: Die äußerste Schicht der Wand variiert je nach Lage des jeweiligen Organs. In den Abschnitten, die von der Bauchhöhle umgeben sind, wie der Magen und der Großteil des Darms, wird diese Schicht als Serosa bezeichnet. Sie besteht aus einer dünnen Schicht Bindegewebe, die von einer einschichtigen Plattenepithelzellschicht (Mesothel) bedeckt ist. Die Serosa dient als Schutzschicht und erleichtert die Bewegung der Verdauungsorgane in der Bauchhöhle (siehe auch „Was ist das Peritoneum und welche Funktion hat es?“). In Abschnitten des Verdauungstraktes, die nicht von der Bauchhöhle umgeben sind, wie die Speiseröhre, wird die äußerste Schicht als Adventitia bezeichnet. Sie besteht aus lockerem Bindegewebe, das die Organe in der Umgebung verankert.
Was ist das Peritoneum und welche Funktion hat es?
Das Peritoneum, auch Bauchfell genannt, ist eine seröse Membran, die die Bauchhöhle auskleidet und die inneren Organe im Bauchraum umgibt.
Es besteht aus zwei Blättern, dem viszeralen und dem parietalen Peritoneum.
Das viszerale Peritoneum bedeckt die Oberfläche der inneren Organe im Bauchraum, wie zum Beispiel den Magen, den Großteil des Darms und die Leber. Es bildet auch Falten und Bänder, die die Organe an Ort und Stelle halten und ihnen Mobilität ermöglichen.
Das parietale Peritoneum hingegen liegt an der Innenseite der Bauchhöhle und bedeckt die Bauchwand. Es ist mit dem viszeralen Peritoneum verbunden.
Blutversorgung des Verdauungssystems
Das Verdauungssystem wird durch eine Reihe von Blutgefäßen mit Blut versorgt. Durch die Arterien gelangt sauerstoffreiches Blut zu den Organen. Durch die Venen wird sauerstoffarmes, aber durch die Verdauung mit Nährstoffen angereichertes Blut abtransportiert.
Der Truncus coeliacus (Bauchhöhlenschaft) entspringt von der Hauptschlagader (Aorta) und teilt sich nach kurzem Verlauf in drei Hauptäste auf. Diese versorgen den oberen Teil des Verdauungssystems, einschließlich Magen, Leber, Milz, Bauchspeicheldrüse und Dünndarm.
Die Arteria mesenterica superior (obere Eingeweideschlagader) entspringt ebenfalls von der Aorta. Ihre Äste versorgen den Dünndarm sowie die Bauchspeicheldrüse, den Blinddarm, das Colon aszendens und das Colon tranversum.
Die Arteria mesenterica inferior (untere Eingeweideschlagader) entspringt von der Aorta. Ihre Äste versorgen das Colon deszendens, das Sigma sowie den oberen Teil des Rektums.
Diese großen Blutgefäße verzweigen sich in immer kleinere Arterien und Arteriolen, die sich im Verdauungstrakt weit verzweigen. Sie versorgen die verschiedenen Schichten der Verdauungsorgane, einschließlich der Schleimhaut, der Muskulatur und der Bindegewebe.
Nach der Versorgung der Gewebe gelangt das Blut in die Venen des Verdauungssystems. Hierzu gehören u. a. die Vena mesenterica superior und die Vena mesenterica inferior. Eine wichtige Vene ist die Pfortader (Vena portae). Sie sammelt das mit Nährstoffen aus der Verdauung beladene venöse Blut der meisten Verdauungsorgane und führt es zuerst zur Leber. Hier wird das Blut zunächst gereinigt und erst dann an die untere Hohlvene (Vena cava inferior) weitergeleitet, die es zum Herzen führt, damit es erneut Sauerstoff aufnehmen kann.
Das Peritoneum sezerniert (absondern) und resorbiert (aufnehmen) Peritonealflüssigkeit. Dies ermöglicht die Beweglichkeit und Verschieblichkeit der Organe gegeneinander, wie es für die Bewegungen im Gastrointestinaltrakt notwendig ist.
Wie wird die Verdauung gesteuert?
Die Verdauung wird von einem komplexen Zusammenspiel zwischen dem zentralen Nervensystem (ZNS), dem enterischen Nervensystem (ENS) und Hormonen gesteuert.
Folgende Faktoren arbeiten zusammen, um die Abgabe (Sekretion) von Verdauungsenzymen, die Bewegungsfähigkeit (Motilität) des Verdauungstraktes und die Aufnahme von Nährstoffen zu steuern:
Parasympathisches Nervensystem: Der parasympathische Teil des vegetativen Nervensystems (Parasympathikus) ist für die Förderung der Verdauung verantwortlich. Es stimuliert die Aktivität der Verdauungsorgane, indem es die Freisetzung von Verdauungssäften und Enzymen erhöht und die Darmmotilität anregt.
Sympathisches Nervensystem: Der sympathische Teil des vegetativen Nervensystems (Sympathikus) wirkt dagegen hemmend auf die Verdauung. Es verlangsamt die Darmmotilität und verringert die Sekretion von Verdauungsenzymen.
Enterisches Nervensystem (ENS):
Das ENS ist ein komplexes Netzwerk von Nervenzellen, das die Speiseröhre und den Magen-Darm-Trakt durchzieht. Es wird von zwei Nervengeflechten gebildet, dem Plexus submucosus (Meissner-Plexus) und dem Plexus myentericus (Auerbach-Plexus). Das ENS arbeitet weitestgehend autonom, d.h. ohne direkte Beteiligung des zentralen Nervensystems, wobei es aber den Einflüssen des Sympathikus und Parasympathikus unterliegt. Das ENS steuert die Peristaltik, die Sekretion von Verdauungsenzymen und die Aufnahme von Nährstoffen.
Hormone:
Verdauungshormone sind kleine Proteine (Peptide), die an der Regulierung der Verdauung und Nahrungsaufnahme beteiligt sind. Es gibt eine Vielzahl von Verdauungshormonen, hierzu gehören unter anderem:
Gastrin: Das Hormon Gastrin wird im Magen freigesetzt und stimuliert die Produktion von Magensäure und dem Verdauungsenzym Pepsin.
Serotonin: Es wird im Magen sowie im Dünn- und Dickdarm freigesetzt und steigert die Darmmotilität (Bewegung des Darms).
Sekretin: Es wird im Dünndarm freigesetzt und stimuliert die Freisetzung von Bikarbonat aus der Bauchspeicheldrüse, um die Magensäure zu neutralisieren. Außerdem senkt Sekretin die Ausschüttung von Magensäure.
Cholezystokinin (CCK): Das Hormon wird im Dünndarm produziert und wirkt auf die Gallenblase, um die Freisetzung von Gallenflüssigkeit zu stimulieren. Es fördert auch die Freisetzung von Magensäure und von Verdauungsenzymen aus der Bauchspeicheldrüse.
Ghrelin: Ghrelin ist ein Akronym für „Growth Hormone Release Inducing“, was auf Deutsch so viel bedeutet wie „Einleitung der Wachstumshormonfreisetzung“. Ghrelin ist ein Hormon, das im Magen und Pankreas produziert wird und das Hungergefühl stimuliert.
Mechanische und chemische Reize:
Die Verdauungsorgane reagieren auf mechanische Reize wie das Kauen von Nahrung und die Dehnung der Magenwand. Chemische Reize wie der Kontakt von Nahrungsmitteln mit den Geschmacksknospen der Zunge und die Anwesenheit von Säuren oder Enzymen stimulieren ebenfalls die Verdauung.
Woraus besteht Magensaft?
Magensaft dient der Denaturierung, d.h. der strukturellen Veränderung, von Proteinen, der Aktivierung von Verdauungsenzymen, Abtötung von Bakterien und Unterstützung der Nahrungszersetzung.
Die Hauptkomponenten des Magensaftes sind:
Salzsäure (HCl): Salzsäure ist die wichtigste Komponente des Magensaftes und verleiht ihm seine stark saure Eigenschaft (Magensäure). Sie wird von speziellen Zellen in den Magendrüsen, den sogenannten Belegzellen (auch Parietalzellen genannt), produziert. Die Salzsäure senkt den pH-Wert im Magen auf einen sauren Wert zwischen 1 und 3, was für die Verdauung und die Abtötung von Bakterien wichtig ist.
Pepsinogen: Pepsinogen ist eine inaktive Form des Enzyms Pepsin. Es wird von den Hauptzellen in den Magendrüsen produziert. Wenn es mit der Salzsäure im Magen in Kontakt kommt, wird es in seine aktive Form Pepsin umgewandelt. Pepsin ist ein proteolytisches Enzym, das Proteine (Eiweiße) abbaut und den ersten Schritt der Proteinverdauung im Magen darstellt.
Schleim (Mucus): Der Schleim wird von Nebenzellen und Oberflächenzellen gebildet und legt sich wie ein Teppich auf die Schleimhaut. Diese Schleimschicht schützt die Magenwand vor der schädlichen Wirkung der Magensäure und sorgt dafür, dass sie nicht durch die aggressive Säure selbst verdaut wird.
Intrinsic Factor: Der Intrinsic Factor ist ein Glykoprotein, das von den Belegzellen (auch Parietalzellen genannt) im Magen gebildet wird. Der Intrinsic Factor spielt eine entscheidende Rolle für den Transport und die Aufnahme von Vitamin B12 im Dünndarm.
Bicarbonat: Bicarbonate werden vom Oberflächenepithel gebildet und schützen die Magenschleimhaut, indem sie die Salzsäure abpuffern.
Der Nahrungsbrei wird im Verdauungstrakt durch eine spezielle Form der Muskelkontraktion, der sogenannten Peristaltik, transportiert.
Die Peristaltik ist eine wellenartige Bewegung der glatten Muskulatur entlang des Verdauungstraktes, die Nahrung und Flüssigkeit vorwärtsbewegt. Sie wird durch das Zusammenspiel von Kontraktionen und Entspannungen der Muskelwand des Verdauungstraktes ermöglicht. Dieser Mechanismus wird durch das enterische Nervensystem des Gastrointestinaltraktes gesteuert und koordiniert.
Welche sind die wichtigsten Verdauungsenzyme im menschlichen Körper?
Verdauungsenzyme sind Proteine, die im Körper produziert werden und dabei helfen, komplexe Nährstoffe in kleinere Moleküle aufzuspalten, damit diese vom Körper aufgenommen werden können.
Zu den wichtigsten Verdauungsenzymen gehören:
Amylase: Amylase ist ein Enzym, das Kohlenhydrate abbaut. Es wird u.a. im Speichel und in der Bauchspeicheldrüse produziert.
Proteasen: Proteasen sind Enzyme, die Proteine (Eiweiße) abbauen, indem sie diese in kürzere Peptide und Aminosäuren spalten. Ein Peptid ist ein Molekül, das meist aus bis zu 100 Aminosäuren, den „Grundbausteinen“ der Proteine, besteht. Beispiele für Proteasen sind Pepsin, das im Magen produziert wird, sowie Trypsin und Chymotrypsin, die von der Bauchspeicheldrüse freigesetzt werden.
Lipasen: Lipasen sind Enzyme, die Fette bzw. Lipide abbauen. Die Hauptlipase ist die Pankreaslipase, die von der Bauchspeicheldrüse produziert wird.
Laktase: Laktase ist ein Enzym, das den Milchzucker (Laktose) in der Milch verdaut. Sie wird in den Dünndarmzotten produziert.
Maltase, Saccharase und Lactase: Diese Enzyme sind am Abbau von Disacchariden (Zweifachzuckern) wie Maltose, Saccharose und Laktose beteiligt. Sie werden im Dünndarm produziert und spalten die Disaccharide in einzelne Zuckermoleküle wie Glukose, Fruktose und Galaktose auf.
Welche Rolle spielt das Verdauungssystem bei der Immunabwehr?
Der Darm beherbergt einen Großteil der Zellen des Immunsystems.
Der Magen-Darm-Trakt spielt eine wichtige Rolle bei der Immunabwehr des Körpers. Der Darm ist Sitz eines komplexen Netzwerkes von Immunzellen, das auch als intestinales Immunsystem bezeichnet wird. Der Verdauungstrakt übernimmt folgende wichtige Funktionen bei der Immunabwehr:
Schutzbarriere: Die Schleimhaut des Verdauungstraktes bildet eine physikalische Barriere, die das Eindringen von Krankheitserregern in den Körper verhindert. Zusätzlich bilden Zellen der Schleimhaut eine schützende Schleimschicht, die auch antimikrobielle Substanzen wie Enzyme und Antikörper enthält, die helfen, Krankheitserreger abzuwehren.
Immunzellen: Der Magen-Darm-Trakt beherbergt eine Vielzahl von Immunzellen, darunter Lymphozyten, Makrophagen, dendritische Zellen und Plasmazellen. Diese Zellen spielen eine entscheidende Rolle bei der Erkennung und Bekämpfung von Krankheitserregern. Sie überwachen den Darm und können schnell auf eindringende Erreger reagieren.
Immunreaktionen: Bei Kontakt mit potenziellen Krankheitserregern lösen Immunzellen im Verdauungstrakt eine entzündliche Immunreaktion aus. Proentzündliche Zytokine werden freigesetzt, um andere Immunzellen anzulocken und die Immunantwort zu verstärken. Dies hilft, die Vermehrung von Krankheitserregern einzudämmen und deren Ausbreitung im Körper zu verhindern.
Antikörperproduktion: Im Magen-Darm-Trakt werden spezifische Antikörper, wie das Immunglobulin A (IgA), produziert und freigesetzt. Diese Antikörper spielen eine wichtige Rolle bei der Neutralisierung von Krankheitserregern und Toxinen, indem sie sich an sie binden und ihre Ausbreitung verhindern.
Toleranzbildung: Das Immunsystem erfüllt im Darm eine sehr komplexe Aufgabe. Bei der Verdauung wird es nicht nur mit potenziell schädlichen Keimen konfrontiert, die abgewehrt werden müssen, sondern auch mit den verschiedensten Nahrungsbestandteilen und der normalen Bakterienflora des Darms (Darmmikrobiom), die keine Immunantwort in Form einer Entzündungsreaktion auslösen dürfen. In einem gesunden Darm wird das Gleichgewicht zwischen Toleranz und Verteidigung aufrecht gehalten.
Literatur
Nach der Ausbildung zur Medizinischen Fachangestellten in einer dermatologischen Praxis für 5 Jahre im Praxisalltag als MFA, seit 2014 bei Dr. Ausbüttel (DRACO®). Wundexpertin (ICW) und bloggende MFA mit Leidenschaft.
