Slovník enterálnej nervovej sústavy - výživa
Encyklopédia výživy: Enterický nervový systém
Črevný nervový systém
Michael Schemann, Hannover
Enterický nervový systém (ENS) je vnútorná nervová sieť umiestnená v črevnej stene, ktorá vedie pozdĺž celého gastrointestinálneho traktu - od pažeráka po konečník. Skladá sa v podstate z dvoch gangliových plexusov, myenterického plexu, ktorý sa nachádza medzi dvoma vonkajšími svalovými vrstvami, a submukózneho plexu, ktorý leží priamo na sliznici. U väčších cicavcov je submukózny plexus rozdelený do troch plexusov. ENS obsahuje asi 100 miliónov nervových buniek nachádzajúcich sa v gangliách. Bolo zistené veľmi skoro, že nervový systém v čreve nemožno považovať za difúzny parasympatický ganglio, ale je skôr samostatnou súčasťou autonómneho nervového systému. Langley preto v roku 1900 zaviedol pojem „enterický nervový systém“, aby objasnil, že vnútorné nervy čreva pracujú nezávisle od iných autonómnych nervov.
Autonómny nervový systém je teraz rozdelený na tri časti: enterický, sympatický a parasympatický nervový systém. ENS sa významne podieľa na regulácii životne dôležitých gastrointestinálnych funkcií, ako sú motilita, sekrécia, lokálny prietok krvi (mikrocirkulácia) a obranné mechanizmy (obr. 1).
Anatomické rozdelenie ENS na myenterický plexus a submukózny plexus má tiež funkčný korelát. Zatiaľ čo nervové bunky myenterického plexu riadia predovšetkým činnosť svalov, nervové bunky submukózneho plexu preberajú kontrolu nad rôznymi slizničnými funkciami, ako sú sekrécia a absorpcia. Spoločne oba plexusy ovplyvňujú prietok krvi do čreva. Myenterické a submukózne nervové bunky sa tiež podieľajú na interakcii s črevným imunitným systémom.
ENS môže samostatne riadiť efektory, ako sú svaly a sliznice, a stimulovať alebo inhibovať ich aktivitu. ENS je okrem toho schopná koordinovať rôzne činnosti. Spojenia medzi myenterickým plexom a submukóznym plexom poskytujú napr. B. zabezpečte, aby sa sekrécia, prietok krvi a svalové kontrakcie navzájom koordinovali počas pohybu črevného obsahu.
Aby bolo možné samostatne regulovať rôzne funkcie, sú v ENS funkčne odlišné typy buniek. Podobne ako centrálny nervový systém má ENS senzorické neuróny, interneuróny a motorické neuróny. Existencia všetkých týchto funkčne odlišných nervov je absolútne nevyhnutná na reguláciu zložitých procesov. ENS má množstvo permanentne nainštalovaných programov (reflexných obvodov), ktoré môže spustiť v závislosti od stimulu.
Za účelom udržania komunikácie v rámci ENS a umožnenia jemne vyladenej kontroly nad efektorovými systémami sa enterické nervové bunky syntetizujú prostredníctvom 25 rôznych prenášacích látok. Všetky neurotransmitery, ktoré existujú v centrálnom nervovom systéme, sa dajú zistiť aj v ENS. Ďalej môže každá jednotlivá nervová bunka ENS syntetizovať rôzne vysielače. Výsledkom by bolo viac ako 1 000 rôznych možností kombinácie. V skutočnosti však existuje oveľa menej kódovacích vzorov, čo naznačuje, že sa ustálili iba veľmi špecifické modely miestnej lokalizácie. Doteraz bolo identifikovaných asi 30 populácií, ktoré fungujú ako senzorické neuróny, interneuróny alebo motorické neuróny na základe ich špecifickej kolokalizácie neurotransmiterov. V závislosti od regiónu a druhu tento neurochemický kód koreluje s funkciou nervovej bunky, t.j. H. špecifické kombinácie vysielačov sú charakteristické pre senzorické neuróny, interneuróny alebo excitačné alebo inhibičné motorické neuróny. Z funkčného hľadiska pravdepodobne existujú primárne a sekundárne vysielače v rôznych kombináciách.
Všetky tieto synaptické mechanizmy prenosu udržiavajú komunikáciu v rámci ENS a sú základom pre spracovanie stimulov, integráciu a reguláciu rôznych efektorových systémov. Je nevyhnutné, aby ENS mala potrebnú plasticitu na prispôsobenie sa zmeneným fyziologickým podmienkam alebo na reakciu na patofyziologické zmeny.
Senzorické prepojenie v ENS
Interneuronálne prepojenie v ENS
Komunikáciu medzi bunkami enterického nervu zabezpečujú interneuróny, ktoré udržiavajú milióny synaptických spojení v ENS [S.J.H. Brookes, Neurogastroent. & Motil. 13 (2001) 1-18]. Spracovávajú signály pochádzajúce z iných buniek enterického nervu alebo z mozgu a rozhodujú, či aktivujú alebo inhibujú rôzne reflexné obvody. Rovnako ako v mozgu sú interneuronálne okruhy základom pre vyššie funkcie integratívneho nervového systému. Vysielače, ktoré používajú interneuróny, zahŕňajú acetylcholín, látku P, serotonín, oxid dusnatý a somatostatín (obr.).
Motorizované prepojenie v ENS
Motorické neuróny ENS inervujú efektorové systémy v gastrointestinálnom trakte. Rozlišuje sa medzi svalovými, sekrečnými a vazo motorickými neurónmi. Signály IPAN alebo interneurónov sa prenášajú do motorických neurónov cez EPSP. Okrem acetylcholínu sú prenášačmi, ktoré generujú tieto EPSP, aj množstvo neuropeptidov. Aktivácia motorických neurónov môže viesť k inhibícii alebo excitácii efektorov v závislosti od toho, či motorické neuróny uvoľňujú inhibičné alebo excitačné neurotransmitery.
Najdôležitejším neurotransmiterom motorických neurónov excitačného svalu je acetylcholín, ktorý aktivuje muskarínové receptory na bunkách hladkého svalstva steny gastrointestinálneho traktu a má stimulačný účinok na pohyblivosť. Ďalším prenášačom stimulujúcim pohyblivosť je látka P, ktorá je väčšinou kolokalizovaná acetylcholínom u určitej populácie motorických neurónov. Hlavnými inhibičnými neurotransmitermi svalových motorických neurónov sú oxid dusnatý (NO), vazoaktívny črevný peptid (VIP) a ATP. peptid aktivujúci hypofýzovú adenylátcyklázu (PACAP). Ich inhibičný účinok na svalovú činnosť vedie k relaxácii čreva. Tento typ inhibície sa nazýva inhibícia NANC (sprostredkovaná neadrenergicky, necholínergicky), pretože ani noradrenalín, ani acetylcholín nie sú primárne zapojené.
Väčšina sekrečno-motorických neurónov je excitačných a prostredníctvom svojich prenášačov acetylcholínu a VIP zvyšuje sekrečnú aktivitu epitelu. Niektoré inhibičné sekretomotorické neuróny uvoľňujú somatostatín alebo neuropeptid Y.
Enterické vazomotorické neuróny sa podieľajú na regulácii mikrocirkulácie. Doteraz boli dokázané cholinergné a VIP-ergické vazomotorické neuróny, ktoré rozširujú cievy a tým zvyšujú prietok krvi v čreve.
Vyššie opísaný štrukturálny dizajn enterického nervového systému je základom pre reflexné obvody, ktoré je možné podľa potreby zapnúť alebo vypnúť.
Enterický nervový systém riadi jednotlivé efektorové systémy prostredníctvom reflexných obvodov. Asi najdôležitejším a najlepšie charakterizovaným reflexom je peristaltický reflex. Je zodpovedný za propulzívnu peristaltiku a koordinovaný prechod črevného obsahu. Hovorí sa v ňom, že IPAN v ENS je stimulovaný mechanickými a chemickými stimulmi, ktoré následne vyvolávajú reflexný obvod, ktorý sprostredkuje orálne stiahnutie stimulu a uvoľnenie kruhových svalov v anále. Táto orálno-aborálna sekvencia je zabezpečená projekčnou polaritou motorických neurónov. Vzrušujúce nervy sa prejavujú orálne, zatiaľ čo inhibičné nervy sa prejavujú aborálne. Inhibičné alebo vzrušujúce motorické neuróny sú buď riadené priamo cez IPAN, alebo aktivované prostredníctvom vzájomne prepojených interneurónov. Prepojenia špecifické pre peristaltický reflex sa rozširujú iba na relatívne krátke vzdialenosti od niekoľkých milimetrov do niekoľkých centimetrov. Niekoľko takýchto okruhov sa aktivuje jeden po druhom, aby sa umožnil koordinovaný transport na väčšie vzdialenosti. Modulácia prenosu sa dosiahne tým, že sa môžu aktivovať alebo inhibovať synaptické kontakty medzi jednotlivými prvkami obvodu.
Úloha pozdĺžnych svalov pri vývoji a udržiavaní peristaltiky ešte nie je úplne objasnená. Predpokladá sa, že prinajmenšom v tenkom čreve sa počas peristaltického reflexu pretiahnu pozdĺžne svaly počas kontrakcie kruhových svalov a stlačia sa počas relaxácie kruhových svalov. To by znamenalo, že pozdĺžne svaly sa viac-menej pasívne prispôsobujú činnosti kruhových svalov. Novšie objavy však ukazujú, že pozdĺžne svaly nie vždy vzájomne súvisia s kruhovými svalmi [R.J. Stevens a kol., Príroda 399 (1999) 62-66]. Vyšetrovanie inervácie svalov v žalúdku ukázalo, že pozdĺžne svaly nie sú primárne cholinergné, ako v iných oblastiach gastrointestinálneho traktu, ale sú inervované priamo inhibičnými a excitačnými motorickými neurónmi [K. Michel a kol., Pflügerov oblúk. 440 (2000) 393-408]
Za fyziologických podmienok je črevo vystavené inhibičnému vplyvu, ktorý je udržiavaný kontinuálnym uvoľňovaním inhibičných prenášačov, najmä NO. To je rozhodujúca výhoda pre regulačné procesy. Tlmiaci tón, ktorý je vždy prítomný, slúži ako „brzda“ a znižuje riziko kŕčov. Navyše, zvýšenie aktivity čreva sa dá dosiahnuť veľmi ľahko uvoľnením „brzdy“ bez nutnosti zapínania ďalších budiacich systémov. Patologická hyperaktivita inhibujúcich nervových buniek môže črevo natoľko uvoľniť, že sa stáva takmer atonickým. V extrémnych prípadoch dôjde k úplnej paralýze čreva; stav, v ktorom už nie je možné spustiť peristaltický reflex, pretože mechanoreceptory neregistrujú žiadne napätie steny, ani keď je črevo napnuté. Patologická hyperaktivita excitačného systému vedie k zrýchlenému transportu a môže spôsobiť hnačky.
Mnoho chorôb, ktorých príznaky sú sprevádzané funkčnou obštrukciou, je založené na neuronálnych degeneráciách rôzneho stupňa. Pri generalizovanej degenerácii sú ovplyvnené populácie inhibičných a excitačných buniek. Porucha brzdiacich nervov je vážnejšia, pretože, ako je opísané vyššie, zachovávajú fyziologický „brzdný účinok“. Výsledné poruchy sa preto dajú obvykle vysvetliť nedostatkom inhibičného tónu. Choroby ako achalázia, stenóza zvierača alebo Hirschsprungova choroba môžu byť spôsobené lokálnou aganglionózou. Hypoganglionóza vedie k intestinálnej pseudoobštrukcii alebo ileu a je príčinou dysfunkcie pri Chagasovej chorobe alebo cytomegalovírusových infekciách. Diabetes mellitus je tiež spojený s dysfunkciou enterických obvodov, čo sa prejaví najmä v gastroparéze (spomalenie vyprázdňovania žalúdka).
Analogicky k peristaltickému reflexu sa reflexy predpokladajú aj pri regulácii funkcií sliznice, ale ich vzájomné prepojenia ešte nie sú úplne objasnené. Je známe, že acetylcholín a VIP majú pro-sekrečný účinok a sú primárnymi prenášačmi vzrušujúcich sekretomotorických neurónov. Neuropeptid Y a somatostatín sa uvoľňujú prostredníctvom inhibičných sekretomotorických neurónov a inhibujú sekréciu. K aktivácii sekretomotorických neurónov dochádza rôznymi mechanizmami založenými na obojsmerných interakciách medzi enterickým nervovým systémom a epitelovými bunkami, bunkami lamina propria alebo hormónmi. Bunky Lamina propria hrajú úlohu najmä v zápalových procesoch aktiváciou sekrečno-motorických neurónov uvoľňovaním histamínu a prostaglandínov. V epiteliálnych bunkách majú obzvlášť dôležitú úlohu enterochromafínové bunky, ktoré po aktivácii uvoľňujú serotonín a guanylín.
Neuroimunitné interakcie v čreve
Patofyziológia enterálneho nervového systému
Mnoho porúch v gastrointestinálnom trakte súvisí s poruchami fungovania ENS alebo s nimi súvisí dokonca príčinne. To platí pre zápalové, štrukturálne a funkčné choroby [R.K. Goyal a I. Hirano, N. Engl. J. Med. 334 (1996) 1106-1115]. Zmeny v ENS pri rôznych chorobách siahajú od degeneratívnych zmien po zmeny v expresii prenášača určitých populácií buniek v ENS. Je zaujímavé, že typické zmeny v mozgu, ktoré sa vyskytujú pri mnohých poruchách CNS, sa dajú zistiť aj v ENS. Poruchu dopaminergných nervových buniek u pacientov s Parkinsonovou chorobou možno preukázať aj v ENS.
Interakcie medzi centrálnym nervovým systémom (CNS) a ENS
Enterický nervový systém: Obr. 1. ENS ovplyvňuje rôzne gastrointestinálne funkcie. Enterický nervový systém
Enterický nervový systém: Obr. 2. Prepojenia a prenosové zariadenie senzorických nervových buniek, interneurónov a motorických neurónov v enterickom nervovom systéme. Ach = acetylcholín; SP = látka P; 5-HT = serotonín; SOM = somatostatín; ATP = adenozíntrifosfát; NO = oxid dusičitý; VIP = vazoaktívny intestinálny peptid; PACAP = aktivujúca hypofýzovú adenylátcyklázu; NPY = neuropeptid Y. Enterický nervový systém
