La fisiología gastrointestinal es la rama de la fisiología humana que estudia la función física del tracto gastrointestinal (GI) . La función del tracto GI es procesar los alimentos ingeridos por medios mecánicos y químicos, extraer nutrientes y excretar productos de desecho. El tracto GI está compuesto por el tubo digestivo, que va desde la boca hasta el ano, así como las glándulas asociadas, los productos químicos, las hormonas y las enzimas que ayudan en la digestión. Los principales procesos que ocurren en el tracto GI son: motilidad, secreción, regulación, digestión y circulación. El funcionamiento y la coordinación adecuados de estos procesos son vitales para mantener una buena salud al permitir una digestión y una absorción de nutrientes eficaces. [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. Estas ocurren en los esfínteres del tracto, así como en el estómago anterior. El otro tipo de contracciones, llamadas contracciones fásicas, consisten en breves períodos tanto de relajación como de contracción, que ocurren en el estómago posterior y el intestino delgado, y son llevadas a cabo por la muscularis externa .
La motilidad puede ser hiperactiva (hipermotilidad), lo que provoca diarrea o vómitos, o hipoactiva (hipomotilidad), lo que provoca estreñimiento o vómitos; cualquiera de estas dos puede causar dolor abdominal. [3]
La estimulación de estas contracciones probablemente se origina en células musculares lisas modificadas llamadas células intersticiales de Cajal . Estas células causan ciclos espontáneos de potenciales de onda lenta que pueden causar potenciales de acción en las células musculares lisas. Están asociadas con el músculo liso contráctil a través de uniones gap. 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 en función de la cantidad de Ca 2+ que entra en la célula, cuanto mayor sea 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 se pueden modificar en función de la presencia de neurotransmisores , hormonas u otra señalización paracrina . El número de potenciales de onda lenta por minuto varía según la ubicación en el tracto digestivo. Este número varía de 3 ondas/min en el estómago a 12 ondas/min en los intestinos. [4]
La peristalsis y la segmentación , que se detallan a continuación, y el movimiento pendular son ejemplos famosos de patrones distintos de contracción gastrointestinal. [5] El complejo motor migratorio , que se produce entre las comidas, es una serie de ciclos de ondas peristálticas en fases distintas que comienzan con la relajación, seguida 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 se producen durante y poco después de una comida. Las contracciones se producen en patrones de ondas que recorren tramos cortos del tracto gastrointestinal de una sección a la siguiente. Las contracciones se producen directamente detrás del bolo alimenticio que se encuentra en el sistema, lo que lo obliga a avanzar hacia el ano, hacia la siguiente sección relajada de músculo liso. Esta sección relajada se contrae, lo que genera un movimiento suave hacia adelante del bolo a una velocidad de 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 tramos cortos en patrones segmentados o aleatorios a lo largo del intestino. Este proceso se lleva a cabo mediante la relajación de los músculos longitudinales mientras que los músculos circulares se contraen en secciones alternas, mezclando así los alimentos. Esta mezcla permite que los alimentos y las enzimas digestivas mantengan una composición uniforme, así como también aseguran el contacto con el epitelio para una absorción adecuada. [4]
Cada día, el sistema digestivo secreta siete litros de líquido, compuesto por 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 constituyen los órganos y glándulas auxiliares del sistema digestivo. El resto del líquido es secretado por las células epiteliales del tracto gastrointestinal.
El componente más grande de los fluidos secretados son iones y 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 por 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− hacia el lumen del estómago, lo que crea condiciones ácidas con un pH bajo de 1. El H + se bombea hacia el estómago intercambiándolo con K + . Este proceso también requiere ATP como fuente de energía; sin embargo, el Cl− sigue la carga positiva del H + a través de una proteína de 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] Esto es el resultado de la alta concentración tanto de HCO 3 − como de Na + presente en el conducto, lo que crea un gradiente osmótico al que sigue el agua. [4]
La segunda secreción vital del tracto gastrointestinal son las enzimas digestivas que se secretan en la boca, el estómago y los intestinos. Algunas de estas enzimas son secretadas por los órganos digestivos accesorios, mientras que otras son secretadas por las células epiteliales del estómago y el intestino. Mientras que algunas de estas enzimas permanecen incrustadas en la pared del tracto gastrointestinal, otras se secretan en una forma de proenzima inactiva . [4] Cuando estas proenzimas alcanzan el lumen del tracto, un factor específico para una proenzima particular la activará. Un excelente 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 llega al lumen gástrico se activa en pepsina por la alta concentración de H+, convirtiéndose en una enzima vital para la digestión. La liberación de las enzimas está regulada por señales neuronales, 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 glucoproteínas llamadas mucinas y, por lo general, es muy viscoso. El moco lo producen dos tipos de células especializadas llamadas 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 inmunitario 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 una 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 sal biliar es una sustancia activa no enzimática que facilita la absorción de grasas al ayudar 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 fármacos también están presentes en la bilis. [6]
El sistema digestivo cuenta con un complejo sistema de regulación de la motilidad y la secreción que es vital para su correcto funcionamiento. Esta tarea se lleva a cabo mediante un sistema de reflejos largos del sistema nervioso central (SNC), reflejos cortos del sistema nervioso entérico (SNE) y reflejos de los péptidos gastrointestinales que trabajan en armonía entre sí. [4]
Los reflejos largos del sistema digestivo implican que una neurona sensorial envía 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 otras, la información se recibe de fuentes distintas del tracto gastrointestinal. Cuando se produce esta última situación, estos reflejos se denominan reflejos de prealimentación. Este tipo de reflejo incluye reacciones a los alimentos o a los efectos desencadenantes del peligro en el tracto gastrointestinal. Las respuestas emocionales también pueden desencadenar una respuesta gastrointestinal, como la sensación de mariposas en el estómago cuando se está nervioso. Los reflejos de prealimentación y emocionales del tracto gastrointestinal se consideran reflejos cefálicos . [4]
El sistema digestivo también está controlado por el ENS, 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 ser recibida, integrada y procesada únicamente por el 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 trabajar en conjunto con el SNC; las aferencias vagales de las vísceras son recibidas por el bulbo raquídeo, las eferencias son afectadas por el nervio vago . Cuando esto ocurre, el reflejo se denomina reflejo vagovagal . El plexo mientérico y el plexo submucoso están ubicados en la pared intestinal y reciben señales sensoriales del lumen 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 diversos tejidos, entre ellos el cerebro, los órganos accesorios digestivos y el tracto gastrointestinal. Los efectos varían desde efectos excitatorios o inhibidores sobre la motilidad y la secreción hasta sensaciones de saciedad o hambre cuando actúan sobre el cerebro. Estas hormonas se dividen en tres categorías principales: las familias de la gastrina y la 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 ofrece más información sobre los péptidos gastrointestinales. [8]
