La fisiología gastrointestinal es la rama de la fisiología humana que aborda la función física del tracto gastrointestinal (GI) . La función del tracto gastrointestinal es procesar los alimentos ingeridos por medios mecánicos y químicos, extraer nutrientes y excretar productos de desecho. El tracto gastrointestinal está compuesto por el canal alimentario, que va desde la boca hasta el ano, así como por las glándulas, sustancias químicas, hormonas y enzimas asociadas que ayudan en la digestión. Los principales procesos que ocurren en el tracto gastrointestinal son: motilidad, secreción, regulación, digestión y circulación. El funcionamiento y la coordinación adecuados de estos procesos son vitales para mantener una buena salud al proporcionar una digestión y absorción efectiva de nutrientes. [1] [2]
El tracto gastrointestinal genera motilidad utilizando subunidades de músculo liso unidas por uniones comunicantes . Estas subunidades se activan espontáneamente de forma tónica o fásica. Las contracciones tónicas son aquellas contracciones que se mantienen desde varios minutos hasta horas seguidas. Estos ocurren en los esfínteres del tracto, así como en la parte anterior del estómago. El otro tipo de contracciones, llamadas contracciones fásicas, consisten en breves períodos tanto de relajación como de contracción, que ocurren en la parte posterior del estómago y el intestino delgado, y son llevadas a cabo por la muscular externa .
La motilidad puede ser hiperactiva (hipermotilidad), lo que provoca diarrea o vómitos, o hipomotilidad, lo que provoca estreñimiento o vómitos; cualquiera de los dos puede causar dolor abdominal. [3]
La estimulación de estas contracciones probablemente se origina en células del músculo liso modificadas llamadas células intersticiales de Cajal . Estas células provocan ciclos espontáneos de potenciales de onda lenta que pueden provocar potenciales de acción en las células del músculo liso. Están asociados con el músculo liso contráctil a través de uniones en hendidura. Estos potenciales de onda lenta deben alcanzar un nivel umbral para que se produzca el potencial de acción, tras lo cual se abren los canales de Ca 2+ en el músculo liso y se produce un potencial de acción. Como la contracción se clasifica según la cantidad de Ca 2+ que ingresa a la célula, cuanto mayor es la duración de la onda lenta, más potenciales de acción se producen. Esto, a su vez, da como resultado una mayor fuerza de contracción del músculo liso. Tanto la amplitud como la duración de las ondas lentas pueden modificarse en función de la presencia de neurotransmisores , hormonas u otras señales paracrinas . La cantidad de potenciales de onda lenta por minuto varía según la ubicación en el tracto digestivo. Este número oscila entre 3 ondas/min en el estómago y 12 ondas/min en los intestinos. [4]
El peristaltismo y la segmentación , que se detallan a continuación, y el movimiento pendular son ejemplos famosos de distintos patrones de contracción gastrointestinal. [5] El complejo motor migratorio , que ocurre entre comidas, es una serie de ciclos de ondas peristálticas en distintas fases que comienzan con la relajación, seguidas de un nivel creciente de actividad hasta un nivel máximo de actividad peristáltica que dura entre 5 y 15 minutos. [6] Este ciclo se repite cada 1,5 a 2 horas, pero se interrumpe con la ingestión de alimentos. Es probable que la función de este proceso sea limpiar el exceso de bacterias y alimentos del sistema digestivo. [7]
La peristalsis es uno de los patrones que ocurren durante y poco después de una comida. Las contracciones ocurren en patrones de ondas que viajan a lo largo de tramos cortos del tracto gastrointestinal de una sección a la siguiente. Las contracciones ocurren directamente detrás del bolo de alimento que se encuentra en el sistema, obligándolo hacia el ano hacia la siguiente sección relajada de músculo liso. Esta sección relajada luego se contrae, generando un movimiento suave hacia adelante del bolo entre 2 y 25 cm por segundo. Este patrón de contracción depende de las hormonas, las señales paracrinas y el sistema nervioso autónomo para una regulación adecuada. [4]
Las contracciones de segmentación también ocurren durante y poco después de una comida en períodos cortos en patrones segmentados o aleatorios a lo largo del intestino. Este proceso se lleva a cabo relajando los músculos longitudinales mientras que los músculos circulares se contraen en secciones alternas, mezclando así la comida. Esta mezcla permite que los alimentos y las enzimas digestivas mantengan una composición uniforme, así como asegurar el contacto con el epitelio para una adecuada absorción. [4]
Cada día, el sistema digestivo secreta siete litros de líquido. Este líquido está compuesto de cuatro componentes principales: iones, enzimas digestivas, moco y bilis. Aproximadamente la mitad de estos líquidos son secretados por las glándulas salivales, el páncreas y el hígado, que componen los órganos y glándulas accesorios del sistema digestivo. El resto del líquido lo secretan las células epiteliales del tubo digestivo.
El mayor componente de los líquidos secretados son los iones y el agua, que primero se secretan y luego se reabsorben a lo largo del tracto. Los iones secretados consisten principalmente en H + , K + , Cl − , HCO 3 − y Na + . El agua sigue el movimiento de estos iones. El tracto gastrointestinal logra este bombeo de iones utilizando un sistema de proteínas que son capaces de transporte activo , difusión facilitada y movimiento de iones de canal abierto. La disposición de estas proteínas en los lados apical y basolateral del epitelio determina el movimiento neto de iones y agua en el tracto.
Las células parietales secretan H + y Cl- en la luz del estómago, creando condiciones ácidas con un pH bajo de 1. El H + se bombea al estómago intercambiándolo con K + . Este proceso también requiere ATP como fuente de energía; sin embargo, el Cl − sigue la carga positiva en el H + a través de una proteína del canal apical abierto.
La secreción de HCO 3 - se produce para neutralizar las secreciones ácidas que llegan al duodeno del intestino delgado. La mayor parte del HCO 3 − proviene de las células acinares pancreáticas en forma de NaHCO 3 en una solución acuosa. [6] Este es el resultado de la alta concentración de HCO 3 − y Na + presentes en el conducto que crea un gradiente osmótico al que sigue el agua. [4]
La segunda secreción vital del tracto gastrointestinal es la de las enzimas digestivas que se secretan en la boca, el estómago y los intestinos. Algunas de estas enzimas son secretadas por órganos digestivos accesorios, mientras que otras son secretadas por las células epiteliales del estómago y el intestino. Si bien algunas de estas enzimas permanecen incrustadas en la pared del tracto gastrointestinal, otras se secretan en forma de proenzima inactiva . [4] Cuando estas proenzimas alcanzan la luz del tracto, un factor específico de una proenzima en particular la activará. Un buen ejemplo de esto es la pepsina , que es secretada en el estómago por las células principales . La pepsina en su forma secretada es inactiva ( pepsinógeno ). Sin embargo, una vez que alcanza la luz gástrica, la alta concentración de H+ lo activa y convierte en pepsina , convirtiéndose en una enzima vital para la digestión. La liberación de enzimas está regulada por señales neurales, hormonales o paracrinas. Sin embargo, en general, la estimulación parasimpática aumenta la secreción de todas las enzimas digestivas.
El moco se libera en el estómago y el intestino y sirve para lubricar y proteger la mucosa interna del tracto. Está compuesto por una familia específica de glicoproteínas denominadas mucinas y generalmente es muy viscoso. El moco es producido por dos tipos de células especializadas denominadas células mucosas en el estómago y células caliciformes en los intestinos. Las señales para una mayor liberación de moco incluyen inervaciones parasimpáticas, respuesta del sistema inmunológico y mensajeros del sistema nervioso entérico. [4]
La bilis se secreta en el duodeno del intestino delgado a través del conducto biliar común . Se produce en las células del hígado y se almacena en la vesícula biliar hasta su liberación durante la comida. La bilis está formada por tres elementos: sales biliares , bilirrubina y colesterol. La bilirrubina es un producto de desecho de la descomposición de la hemoglobina. El colesterol presente se secreta con las heces. El componente de sales biliares es una sustancia activa no enzimática que facilita la absorción de grasas ayudándola a formar una emulsión con agua debido a su naturaleza anfótera . Estas sales se forman en los hepatocitos a partir de ácidos biliares combinados con un aminoácido . Otros compuestos, como los productos de desecho de la degradación de los fármacos, también están presentes en la bilis. [6]
El sistema digestivo tiene un complejo sistema de regulación de la motilidad y las secreciones que es vital para su correcto funcionamiento. Esta tarea se logra mediante un sistema de reflejos largos del sistema nervioso central (SNC), reflejos cortos del sistema nervioso entérico (SNE) y reflejos de péptidos gastrointestinales que trabajan en armonía entre sí. [4]
Los reflejos largos al sistema digestivo implican que una neurona sensorial envíe información al cerebro, que integra la señal y luego envía mensajes al sistema digestivo. Mientras que en algunas situaciones, la información sensorial proviene del propio tracto gastrointestinal; en otros, la información se recibe de fuentes distintas al tracto gastrointestinal. Cuando ocurre esta última situación, estos reflejos se denominan reflejos de avance. Este tipo de reflejo incluye reacciones a los alimentos o efectos desencadenantes de peligro en el tracto gastrointestinal. Las respuestas emocionales también pueden desencadenar una respuesta gastrointestinal, como la sensación de mariposas en el estómago cuando estamos nerviosos. Los reflejos emocionales y de retroalimentación del tracto gastrointestinal se consideran reflejos cefálicos . [4]
El ENS también mantiene el control del sistema digestivo, que puede considerarse como un cerebro digestivo que puede ayudar a regular la motilidad, la secreción y el crecimiento. La información sensorial del sistema digestivo puede recibirse, integrarse y actuar sobre la base únicamente del sistema entérico. Cuando esto ocurre, el reflejo se denomina reflejo corto. [4] Aunque este puede ser el caso en varias situaciones, el ENS también puede funcionar en conjunto con el SNC; Las aferencias vagales procedentes de las vísceras son recibidas por la médula, las eferentes son afectadas por el nervio vago . Cuando esto ocurre, el reflejo se llama reflejo vagovagal . El plexo mientérico y el plexo submucoso están ubicados en la pared intestinal y reciben señales sensoriales de la luz del intestino o del SNC. [6]
Para obtener más información, consulte Hormona gastrointestinal.
Los péptidos gastrointestinales son moléculas señalizadoras que las propias células gastrointestinales liberan en la sangre. Actúan sobre una variedad de tejidos, incluido el cerebro, los órganos accesorios digestivos y el tracto gastrointestinal. Los efectos van desde efectos excitadores o inhibidores sobre la motilidad y la secreción hasta sensaciones de saciedad o hambre cuando actúa sobre el cerebro. Estas hormonas se dividen en tres categorías principales, las familias de gastrina y secretina , y la tercera está compuesta por todas las demás hormonas, a diferencia de las de las otras dos familias. En la siguiente tabla se resume más información sobre los péptidos GI. [8]
