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Dr. Fernando D. Saraví Las funciones motoras, secretorias y absortivas del tracto gastrointestinal (TGI) son reguladas por un complejo conjunto de células que comprenden las neuronas del sistema nervioso entérico, células enteroendocrinas y células del sistema inmune. Sistema nervioso entérico A diferencia de todos los demás órganos, el TGI posee en el espesor de sus paredes un sistema nervioso intrínseco muy desarrollado, llamado sistema nervioso entérico (SNE). En el ser humano se estima que el SNE posee 500 millones de neuronas, un número similar al que posee la médula espinal. Las neuronas del SNE derivan de la cresta neural. Las neuronas del SNE se organizan en dos plexos principales, el mientérico de Auerbach y el submucoso de Meissner, que contienen los somas de las neuronas intrínsecas, y dos plexos secundarios llamados muscular profundo y mucoso, que constan predominantemente de axones y dendritas (Fig. 00). El plexo de Auerbach se encuentra entre el músculo longitudinal y el músculo circular, mientras que el plexo de Meissner se encuentra en la submucosa. El plexo mientérico regula la motricidad y el tono del músculo liso, mientras que el plexo submucoso inerva principalmente la mucosa y regula la absorción y secreción. El esófago y el estómago carecen de somas neuronales en el plexo submucoso, lo cual es consistente con el hecho de que la absorción es nula (esófago) o muy limitada (estómago) en estos órganos. En el ser humano y otros mamíferos grandes, se han descrito plexos adicionales (Fig. 2). TIPOS DE NEURONAS El SNE consta de tres tipos funcionales de neuronas: 1. Sensitivas (mecano, termo osmo y quimiorreceptores). Las neuronas sensitivas pueden tener proyección exclusivamente local o ser neuronas aferentes primarias intrínsecas (IPAN, de Intrinsic Primary Afferent Neuron), también llamadas neuronas intestinofugas. Las IPAN, cuyos somas se encuentran en el espesor de la pared gastrointestinal, envían aferencias a la médula espinal, el tallo cerebral, los ganglios simpáticos, la tráquea, el páncreas y la vesícula biliar. 2. Motoneuronas. Existen cinco clases principales de motoneuronas: excitatorias del músculo liso, inhibitorias del músculo liso, secretomotoras vasodilatadores, secretomotoras no vasodilatadores y estimulantes de las células enteroendocrinas. 3. Interneuronas. Las interneuronas median reflejos locales y segmentarios. Ciertas interneuronas, las neuronas de comando, desencadenan programas motores complejos, diferentes de los reflejos ya que no requieren un estímulo sensitivo para iniciarse. Morfológicamente las neuronas del SNE se clasifican en tres tipos principales según su árbol dendrítico y la extensión de su axón: Dogiel I con dendritas cortas y axones Regulación neurohumoral de las funciones digestivas Posgrado-00 Sello Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 2 largos, Dogiel II con dendritas más largas y Dogiel III con un árbol dendrítico intermedio. Desde el punto de vista electrofisiológico las neuronas entéricas se clasifican en Tipo S/1 y Tipo 2/AH (en el SNE del cobayo, donde han sido más estudiadas). Las primeras (S/1) poseen bajo potencial de reposo y responden con salvas de potenciales de acción mediados por canales de Na + al ser estimuladas. Las de tipo AH/2 por el contrario poseen un potencial de reposo mayor, y al ser estimuladas generan un potencial de acción mediado por Ca 2+ que es seguido de una prolongada hiperpolarización (Fig. 3). Más recientemente se ha descrito un tercer tipo funcional de neurona, llamada de bajo umbral o LT (de Low Threshold) cuyo potencial de acción parece mediado por Ca 2+ pero no presentan posthiperpolarizaciones prolongadas. Además de tener un umbral muy bajo, las neuronas LT descargan espontáneamente. Al parecer, las neuronas S/1 y LT son de tipo secretomotor y vasomotor, mientras que las AH/2, que son multipolares y poseen varios axones, son IPAN. NEUROTRANSMISORES Las neuronas entéricas emplean una variedad de neurotransmisores de moléculas pequeñas y peptídicos. Entre los primeros están: Acetilcolina Acido -aminobutírico (GABA) Adenosina y adenosina trifosfato (ATP) Dopamina Glutamato Noradrenalina Oxido nítrico Prostaglandinas Serotonina (5- hidroxitriptamina) Los principales neuropéptidos son: Corticoliberina (CRH) Encefalinas Neuropéptido Y Péptido intestinal vasoactivo (VIP) Substancia P POTENCIALES SINÁPTICOS Las acciones sinápticas en el SNE incluyen potenciales postsinápticos excitatorios (PPSE) rápidos, breves (50 ms) y de gran amplitud, y asimismo PPSE e inhibitorios (PPSI) lentos, de escasa amplitud y larga duración (segundos) que modulan la excitabilidad neuronal. Los PPSE rápidos son causados por la activación de receptores ionotrópicos y los PPSE y PPSI lentos por la activación de receptores metabotrópicos. Los PPSE rápidos son generalmente mediados por acetilcolina actuando sobre receptores nicotínicos. No obstante, la activación de receptores 5-HT3 por serotonina y de receptores P2X por adenosina también puede producir PPSE rápidos. Los PPSE lentos son causados por disminución de la conductancia al K + mediada por acetilcolina (receptores Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 3 muscarínicos), serotonina, histamina y una variedad de péptidos como el péptido intestinal vasoactivo (VIP), la sustancia P, colecistokinina, entre otros. Los PPSI se deben a aumento en la conductancia al K + causada por encefalinas, somatostatina, noradrenalina, etc. Las neuronas tipo S/1 reciben aferencias que provocan PPSE rápidos y lentos; estos últimos predominan en las neuronas AH/2. En las neuronas tipo LT solamente se observan PPSE y PPSI lentos. Existe asimismo inhibición presináptica por sinapsis axoaxónicas y autorreceptores. Las encefalinas, la serotonina y la noradrenalina (2 adrenoceptores) pueden provocarla. El óxido nítrico (NO) es un importante mediador de la relajación, especialmente en los esfínteres, y de la regulación local del flujo sanguíneo por su acción vasodilatadora. ENTEROGLÍA En el SNE existen células gliales, que de hecho son cuatro veces más numerosas que las neuronas entéricas. Las células gliales cumplen funciones homeostáticas – por ejemplo, amortiguar los cambios de concentración extracelular de K + con la actividad neuronal - , de soporte mecánico y contribuyen a metabolizar algunos neurotransmisores . Otro papel de la enteroglia, a través de la secreción de s- nitrosoglutatión, es el refuerzo de la función de barrera del epitelio intestinal. El citado compuesto aumenta la expresión de moléculas que contribuyen a reducir la permeabilidad paracelular, como F- actina, ocludina y proteína ZO-1. Finalmente, algunas células gliales pueden ser precursores indiferenciados de neuronas entéricas. INERVACIÓN EXTRÍNSECA Aunque el SNE posee considerable autonomía, normalmente es controlado por el sistema nervioso central (SNC) a través de sus divisiones parasimpática y simpática (esta última de los ganglios prevertebrales); Fig. 4. Por los nervios vagos, sacros y simpáticos también transcurren fibras aferentes Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 4 extrínsecas (EPAN, de Extrinsic Primary Afferent Neuron) cuyos somas están en ganglios sensitivos del vago o en ganglios de la raíz dorsal. En general el simpático tiene acción relajante (excepto en los esfínteres) y favorece la absorción, mientras que el parasimpático excita la contracción muscular (excepto en los esfínteres) y la secreción. Inervaciónparasimpática La inervación parasimpática proviene del vago (desde el esófago hasta el colon transverso) y los nervios sacros. Por el vago transitan asimismo fibras sensitivas que hacen sinapsis en el núcleo del tracto solitario y median sensaciones viscerales y reflejos vago-vagales. Aunque los eferentes del SNC son escasos en comparación con la enorme población de neuronas intrínsecas del SNE, sus efectos, sobre todo los mediados por el parasimpático, son muy importantes porque se ejercen a través de un mecanismo de compuerta (gating) sobre las neuronas de comando que son capaces de poner en marcha programas motores. La importancia de la inervación eferente extrínseca varía con el nivel del TGI que se considere. Por ejemplo, el esfínter esofágico superior (músculo esquelético) está bajo el control de motoneuronas del tallo cerebral. En el resto del esófago también predomina el control vagal, aunque exista participación de las neuronas intrínsecas. Otro tanto ocurre en el estómago, cuyos reflejos intrínsecos están poco desarrollados. Aquí el control vagal también predomina, pero ejerce sus efectos indirectamente, a través de motoneuronas intrínsecas. La vesícula biliar y el páncreas endocrino también están predominantemente bajo control vagal, aunque existen conexiones entre estos órganos y el SNE. El grado de control intrínseco (es decir, por el SNE) de la motilidad intestinal es mayor que en el esófago, el estómago, el páncreas exocrinos o las vías biliares. De hecho, la ausencia congénita de los plexos intrínsecos en el colon causa una parálisis del órgano que lleva megacolon congénito (enfermedad de Hirschprung), una condición letal a menos que el segmento afectado sea extirpado. Inervación simpática A diferencia del parasimpático, la división simpática del sistema nervioso autónomo tiene escasa influencia en condiciones normales. La activación simpática, por ejercicio físico, hemorragia u otra forma de estrés, causa Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 5 liberación de noradrenalina, que enlentece la progresión del contenido intestinal porque inhibe motoneuronas excitatorias intrínsecas y relaja el músculo liso de la pared intestinal, al tiempo que aumenta débilmente el tono de los esfínteres. También inhibe la secreción intestinal de agua y electrolitos por efectos sobre neuronas secretomotoras o directos sobre el epitelio, lo cual contribuye al control del volumen extracelular. Finalmente, la estimulación simpática causa vasoconstricción de los vasos esplácnicos, que tiene importancia en la respuesta cardiovascular a la hipotensión y al ejercicio. FUNCIONES Y ORGANIZACIÓN DEL SNE El SNE regula prácticamente todas las funciones del aparato digestivo: motilidad, secreciones gástrica, pancreática y biliar, movimiento de fluido y solutos a través del epitelio, flujo sanguíneo local y mantenimiento de la barrera epitelial. Además interactúa con los sistemas inmune y enteroendocrino. El papel del SNE en las citadas regulaciones se detallará a propósito de la motilidad, digestión y absorción. En la concepción clásica, el sistema nervioso entérico se consideraba un conjunto de ganglios similares a los ganglios simpáticos o parasimpáticos, que funcionaban como meras estaciones de relevo sináptico de un control que era ejercido por el sistema nervioso central. En esta concepción, la activación de neuronas sensitivas media reflejos que son integrados centralmente (Fig. 5, A). El descubrimiento de reflejos locales y redes de interneuronas capaces no solamente de mediar reflejos sino también de procesar información e iniciar programas motores complejos obligó a modificar esta concepción. Actualmente se considera al SNE como un poseedor de una organización más simple pero conceptualmente análoga a la del sistema nervioso central, que es regulado por este último pero al mismo tiempo posee considerable autonomía (Fig. 5, B). En la pared intestinal, las neuronas preganglionares parasimpáticos establecen sinapsis colinérgicas que actúan sobre receptores nicotínicos de neuronas intrínsecas. Por su parte, las fibras posganglionares simpáticas liberan noradrenalina y actúan sobre las neuronas o directamente sobre los efectores (músculo, epitelio o vasos); Fig. 6). Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 6 Neuronas sensitivas Como se notó antes, las neuronas sensitivas pueden ser intrínsecas (IPAN) o extrínsecas (EPAN). Existen tres poblaciones de neuronas sensitivas, según sus terminales se hallen en la serosa y el mesenterio, las capas musculares o la submucosa. Según el tipo de neurona sensorial, el estímulo apropiado puede ser mecánico (contacto o distensión), térmico, osmótico o químico (diversos nutrientes o sustancias irritantes). La activación de las neuronas sensitivas puede iniciar reflejos o modificar la ejecución de programas motores. También puede dar lugar, aunque no necesariamente, a sensaciones conscientes de calor o frío, plenitud, presión, náuseas y dolor. Los receptores sensibles a la distensión están dispuestos en serie con el músculo circular y descargan toda vez que éste es estirado, ya sea que además se contraiga o permanezca relajado. Hay mecanorreceptores de bajo umbral que median respuestas reflejas y son responsables de la sensación consciente de distensión visceral no dolorosa. Otros mecanorreceptores poseen un umbral elevado y solamente se activan ante niveles excesivos de distensión, generando dolor. Los osmo y quimiorreceptores generalmente no originan sensaciones conscientes pero sí pueden iniciar actividad refleja o modular la ejecución de programas motores. Finalmente, existen receptores sensitivos “silenciosos” que no descargan en condiciones normales pero son activados en presencia de inflamación. Algunas sustancias sensibilizantes identificadas son purinas, eicosanoides, proteasas, citokinas y serotonina. Las fibras aferentes al sistema nervioso central (EPAN) se dividen en vagales y espinales. Los somas de las fibras aferentes vagales se encuentran en los ganglios nodoso inferior y yugular superior. Los somas de las fibras espinales se encuentran en los ganglios de la raíz posterior. Estas fibras son esplácnicas, que transitan por los nervios simpáticos, y pélvicas, que viajan por el parasimpático sacro. Las aferencias gastroentéricas llegan por vía vagal al núcleo del tracto solitario. La percepción consciente de las sensaciones viscerales depende principalmente de la parte anterior del lóbulo de la ínsula, la parte anteroinferior (subcallosa) de la circunvolución del cíngulo y la corteza prefrontal supraorbitaria. Neuronas motoras A diferencia de lo que ocurre en el sistema nervioso somático, donde solamente existen motoneuronas excitatorias, en el SNE las motoneuronas pueden ser excitatorias o inhibitorias. Las motoneuronas excitatorias del músculo liso emplean acetilcolina y substancia P como neurotransmisores, mientras que las motoneuronas que estimulan la secreción intestinal emplean acetilcolina y VIP. Las motoneuronas inhibitorias del músculo liso, por su parte, emplean adenosina, ATP, óxido nítrico y VIP. El músculo longitudinal tiene escasa inervación inhibitoria, pero (fuera de los esfínteres) el músculo liso circular está sujeto a un control inhibitorio tónico, que debe ser suprimido por la actividad de interneuronas para permitir la contracción de esta capa muscular. En los esfínteres, por el contrario, el músculo circular está normalmente desinhibido y es necesario que se activen motoneuronas inhibitorias para relajarlos. Interneuronas Una gran proporción de las neuronas entéricas carecende funciones sensitivas o motoras directas, por lo cual se las considera interneuronas. Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 7 Las interneuronas del SNE cumplen funciones muy importantes, a saber. En primer lugar, servir de nexo entre la activación de neuronas sensitivas y motoras. Las interneuronas puede activar neuronas motoras excitatorias o inhibitorias, o inhibirlas, según el neurotransmisor liberado y el receptor sináptico sobre el cual éste actúa. Por ej., las interneuronas que emplean encefalinas (péptidos opioides de 5 aminoácidos) tienen importancia clínica por el hecho de que, al igual que la morfina, inhiben la secreción intestinal y aumentan el tono del músculo liso al tiempo que reducen los movimientos propulsivos. A nivel postsináptico, los agonistas de receptores opioides reducen la excitabilidad neuronal y por tanto la generación de potenciales de acción, A nivel presináptico tienen un efecto inhibidor de la liberación de neurotransmisores (Fig. 7). Los fármacos antidiarreicos más eficaces activan directamente receptores opioides en el TGI, como la loperamida, o inhiben las enzimas que degradan las encefalinas, como el racecadotril. En segundo lugar, las interneuronas forman redes que coordinan la actividad de numerosas neuronas motoras y permiten la ejecución de respuestas integradas (por ej., contracción del músculo circular en un segmento y relajación en el segmento adyacente, o una respuesta simultánea muscular y secretoria). En tercer lugar, algunas interneuronas funcionan como neuronas de comando, cuya estimulación activa toda una red de interneuronas y motoneuronas para proporcionar una respuesta determinada. Reflejos vago-vagales Gran parte del control del TGI, en particular desde el esófago hasta el yeyunoíleon, incluyendo la vesícula biliar y el páncreas endocrino, se ejerce mediante reflejos vago- vagales. Solamente 10 % de las fibras vagales son motoras; el resto son aferentes. Existen subpoblaciones de aferentes vagales que son estimulados por: 1. Estiramiento y espasmo muscular 2. pH y presencia de toxinas 3. Mediadores inmunes 4. Nutrientes y hormonas Estos aferentes con la correspondiente información llegan, como se mencionó, al núcleo del tracto solitario. Allí hay relevos hacia centros superiores pero también se origina fibras que establecen sinapsis excitatorias (glutamato, noradrenalina) e inhibitorias (GABA) con el núcleo motor dorsal del vago, el núcleo ambiguo y el área postrema, desde donde parten eferencias motoras hacia el TGI (Fig. 8). Los eferentes vagales colinérgicos a neuronas que regulan la motricidad del estómago pueden activar neuronas posganglionares de dos clases: excitatorios colinérgicos e inhibitorios no colinérgicos, no adrenérgicos (NANC). Estos últimos emplean óxido nítrico y VIP como neurotransmisores. En el núcleo motor del vago predomina espontáneamente una descarga tonica excitatoria del tono y la motilidad gástricas. Esta descarga es regulada principalmente por la proyección GABAérgica, también tónica, desde el núcleo del tracto solitario. El bloqueo de esta conexión causa un notable aumento del tono y Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 8 la motilidad del estómago. Por el contrario, la actividad de esta vía inhibitoria es incrementada por la presencia de nutrientes en el intestino, en particular glucosa. La glucosa estimula los aferentes vagales mediante la activación de células enterocromafines que liberan serotonina (ver nás adelante). La glucosa también tiene un efecto estimulante directo a nivel del ganglio nodoso (mediante inhibición de canales KATP) y facilita la liberación de glutamato por los mismos aferentes a nivel del núcleo del tracto solitario. Por estos mecanismos, la glucosa causa disminución del tono y enlentecimiento de la evacuación gástrica. A su vez, la actividad refleja vago- vagal es modulada por influencias descendentes de centros superiores. Las principales áreas cerebrales involucradas en el control descendente de la actividad vagal incluyen la corteza prefrontal (en particular su porción medial), el núcleo del lecho de la estría terminal, el núcleo paraventricular del hipotálamo y el núcleo central de la amígdala. Las aferencias vagales modulan un gran número de diversas funciones (Fig. 9). Hormonas gastrointestinales y mediadores inmunes Un gran número de mediadores humorales, producidos por células especializadas de la mucosa o submucosa, modulan las funciones gastrointestinales. Algunos péptidos pueden considerarse hormonas en sentido clásico, como por ejemplo, gastrina, secretina y colescitokinina, mientras que otros agentes actúan como mediadores paracrinos. Estos últimos pueden ser producidos 1) por células endocrinas; p.ej., somatostatina, substancia P, neurotensina, villikinina y motilina. 2) Por abundantes células del sistema inmune presentes en el TGI; p.ej., histamina, serotonina, prostaglandinas, leucotrienos y diversas citokinas. Las células enteroendocrinas corresponden a menos del 1 % de las células del epitelio gastrointestinal, pero pese a ello constituyen, en conjunto, el mayor órgano endocrino del cuerpo. Existe una compleja interacción entre las acciones reguladoras del SNE, el sistema endocrino y el sistema inmune. Dicha interacción se altera en numerosas perturbaciones del TGI, ya sea funcionales (p.ej. reflujo esofágico, constipación), inflamatorias adquiridas (enfermedad de Crohn) o hereditarias (enfermedad celíaca), congénitas (enfermedad de Hirschprung), infecciosas (gastroenteritis, muchos casos de enfermedad ulcerosa péptica). GASTRINA Es la principal hormona que estimula la secreción gástrica; además tiene efectos tróficos sobre la mucosa gástrica. Se secreta como péptidos de diferente longitud. Todos ellos tienen en el extremo C-terminal un tetrapéptido con una función amida (Try-Met- Asp-Phe-NH2). Las dos formas principales secretadas tienen 34 y 17 aminoácidos, respectivamente llamadas G34 (de 3988 Da) y G17 (de 2117 Da). Un análogo con solamente cinco aminoácidos (pentagastrina) se emplea para poner a prueba la capacidad secretoria gástrica. Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 9 La gastrina actúa sobre receptores de membrana del tipo acoplado a proteína G (GPCR). La gastrina y la colecistokinina pertenecen a la misma “familia” de hormonas digestivas. El receptor para gastrina se identificó inicialmente como un receptor para colecistokinina llamado CCK B, actualmente conocido como CCK-2, acoplado a adenilato ciclasa. La mayor parte de la gastrina es secretada por células endocrinas de la mucosa del antro gástrico, llamadas células G. La secreción es estimulada por la presencia de proteínas, péptidos y aminoácidos en la luz antral, e inhibida por la disminución del pH en dicha luz. Esto último forma parte de un asa de retroalimentación negativa, ya que la gastrina estimula la secreción de HCl, el cual reduce el pH luminal, con lo cual se inhibe la secreción de gastrina. Cuando se inhibe la secreción de HCl con agentes farmacológicos como ranitidina u omeprazol, aumenta la secreción de gastrina. Una causa rara pero importante de hipergastrinemia es un tumor secretor de gastrina (gastrinoma), que causa el síndrome de Zollinger-Ellison, clínicamente caracterizado por el desarrollo de múltiples úlceras pépticas, vómitos, dolor abdominal y diarrea. COLECISTOKININA Es un péptido de 33 aminoácidos (3919 Da), aunque también se secreta en formas más cortas y más largas. En el intestino delgado es secretado por células enteroendocrinas “I”. El principal estímulopara su secreción es la presencia de grasas y proteínas en la luz intestinal. Ejerce sus efectos por activación de receptores tipo GPCR llamados CCK-1. Sus principales efectos en el tubo digestivo son estimular la contracción de la vesícula biliar y la secreción acinar pancreática, rica en enzimas digestivas. Esta última acción es en parte directa, por receptores CCK-1 presentes en las células acinares pancreáticas, y en parte indirecta, por estimulación de neuronas entéricas secretomotoras y aferentes vagales Tabla 1: Principales hormonas gastrointestinales (GIP = péptido insulinotrópico dependiente de glucosa) Hormona Fuente Regulación Efectos Gastrina Células G del antro gástrico Estimulada por distensión gástrica, estimulación vagal, péptidos y aminoácidos en el antro Inhibida por bajo pH antral, somatostatina Aumenta la motilidad y secreción gástricas Tiene efecto trófico sobre la mucosa gástrica Colecistokinina Células I de duodeno y yeyuno Estimulada por lípidos y aminoácidos en duodeno Estimula secreción pancreática rica en enzimas Contrae la vesícula biliar Relaja el esfínter de Oddi Inhibe el vaciamiento gástrico Estimula la saciedad (SNC) Secretina Células S del duodeno Estimulada por bajo pH y lípidos en el duodeno Estimula la secreción pancreática de HCO3 - Inhibe la secreción gástrica de HCl GIP Células K del duodeno y yeyuno Estimulada por glucosa, lípidos y aminoácidos en duodeno y yeyuno Estimula la liberación de insulina (efecto incretina) Inhibe débilmente la secreción gástrica de HCl Motilina Células del duodeno y yeyuno Inhibida por la presencia de aminoácidos, lípidos o carbohidratos en el duodeno Regulación del complejo motor migratorio (patrón de motilidad durante el ayuno) Polipéptido pancreático Células F de los islotes de Langerhans Estimulada por la presencia de alimentos en el intestino y la estimulación vagal Inhibe la secreción pancreatica exocrina, la contracción de la vesícula biliar y la motilidad intestinal Somatostatina Células D de islotes de Langerhans e intestino Estimulada por distensión gástrica y estimulación vagal Inhibe la secreción de gastrina, la secreción gástrica de HCl y pepsinógeno, la secreción pancreática de enzimas y HCO3 - , y la secreción de insulina y glucagon. Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 10 que también poseen receptores CCK-1. En el ser humano, predominan los efectos indirectos. La colecistokinina también retarda la evacuación gástrica. En el sistema nervioso central, la colecistokinina actúa como un neurotransmisor peptídico con diversas acciones, una de las cuales es inducir saciedad. SECRETINA La secretina fue la primera hormona que se descubrió. Es un péptido de 27 aminoácidos (3056 Da) con una función amida en su extremo C-terminal. Es producida por células “S” enteroendocrinas del intestino delgado. La secretina ejerce sus efectos a través de receptores tipo GPCR. El principal estímulo para su liberación es la presencia de quimo ácido en la luz intestinal. Su principal efecto es estimular la secreción pancreática de agua y bicarbonato, que neutraliza la citada acidez en el duodeno. Además la secretina inhibe en el estómago la secreción de gastrina, la secreción ácida y la motilidad. Las sustancias que inhiben la secreción gástrica son varias, y se llaman colectivamente “enterogastronas”. POLIPÉPTIDO INSULINOTRÓPICO DEPEN- DIENTE DE GLUCOSA (GIP) Este péptido de 42 aminoácidos (5105 Da) es producido por células enteroendocrinas “K” y tiene efecto de enterogastrona, de modo que inicialmente se lo llamó polipéptido inhibidor gástrico (en inglés Gastric Inhibitory Polypeptide o GIP). No obstante, el efecto de enterogastrona requiere concentraciones de GIP mayores que las fisiológicas. Por otra parte, se descubrió que el GIP es un poderoso estimulante de la secreción de insulina siempre que exista una glucemia superior a la que hay en ayunas, como fisiológicamente ocurre en el período posprandial. Por eso, al igual que el péptido símil glucagón 1 (GLP-1), el GIP es una incretina (ver METABOLISMO INTERMEDIO, PÁNCREAS ENDOCRINO Y REGULACIÓN DE LA GLUCEMIA). Por esta razón se lo rebautizó “péptido insulinotrópico dependiente de glucosa”, que convenientemente conserva la misma sigla (GIP) en inglés. Su receptor es del tipo GPCR. El GIP también posee efectos sobre el metabolismo de los lípidos independientes de su actividad de incretina. Aumenta la depuración de triacilglicéridos por estimulación de la lipoproteína lipasa y parece favorecer la síntesis de triacilglicéridos en el tejido adiposo, que posee receptores para GIP. Los ratones normales alimentados con dietas hipergrasas engordan y desarrollan resistencia a la insulina, pero estos efectos no se observan en ratones carentes del receptor para GIP. MOTILINA Y GHRELINA La motilina es un péptido de 22 aminoácidos secretado por células enteroendocrinas del duodeno y yeyuno. Actúa sobre receptores tipo GPCR. Durante el ayuno, los niveles plasmáticos de motilina aumentan cíclicamente con un período de 90 a 120 min. La motilina participa (junto con la serotonina) en la regulación del complejo motor migratorio, que es el patrón de motilidad propio del estómago e intestino delgado durante el ayuno. La ghrelina es un péptido de 28 aminoácidos que tiene semejanza estructural con la motilia. La ghrelina es secretada principalmente por células enteroendocrinas del antro gástrico llamadas P/D1. Aunque en alta concentración tiene efectos similares a la motilina, al parecer su papel fisiológico es diferente. La ghrelina es un estimulante de la secreción de somatotropina. La concentración de ghrelina aumenta gradualmente durante el ayuno y se reduce abruptamente luego de una comida. El péptido es parte del sistema neurohumoral de control de la ingesta de alimentos, que estimula dicha ingesta por efectos locales (mediados por el vago) y centrales. Su papel se trata en REGULACIÓN DE LA INGESTA DE ALIMENTOS. POLIPÉPTIDO PANCREÁTICO Es un péptido de 36 aminoácidos relacionado con el péptido YY y el neuropéptido Y (este último funciona como neurotransmisor). Todos actúan sobre una familia de receptores llamados “Y”, de la superfamilia GPCR, acoplados a proteína Gi (inhiben la síntesis de cAMP). El polipéptido pancreático actúa principalmente sobre receptores Y4. Es secretado por las células F de los islotes de Langerhans en respuesta a la ingesta de alimentos, efecto mediado por el nervio vago. Inhibe la secreción pancreatica exocrina, la contracción de la vesícula biliar y la motilidad intestinal, pero su papel fisiológico no es claro. El péptido YY es producido por células enteroendocrinas que son más abundantes en el íleon y el colon. En general inhibe la motilidad y la secreción, en particular la secreción gástrica estimulada por el vago. Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 11 SOMATOSTATINA La somatostatina es un péptido cíclico de 14 aminoácidos que, en el eje hipotálamo- hipofisiario, inhibe la secreción de somatotropina. Es además sintetizado por células D que se encuentran en los islotes pancreáticos, el antro gástrico y a lo largo del TGI. La somatostatina actúa sobre receptores de tipo GPCR y tiene en general efectos inhibidores mediados por disminución en la síntesis de cAMP, inhibición de canales de Ca 2+ o apertura de canales de K + . En los islotes pancreáticos, la somatostatina inhibe la secreción de insulina y glucagon. La somatostatina es liberada en el antro gástrico en respuesta a una disminución del pH luminal e inhibe la secreción de gastrina y la secreción de ácido clorhídrico y pepsinógeno. También reducela secreción exocrina pancreática y el flujo de bilis, la secreción intestinal y el caudal sanguíneo esplácnico. El octreótido, un análogo relativamente estable de la somatostatina, se emplea como antidiarreico. MEDIADORES PARACRINOS Además de algunos de los péptidos antes mencionados, como la somatostatina, una serie de compuestos pueden cumplir funciones de tipo paracrino, ejercidas a distancias cortas de donde son secretados. Son ejemplos la serotonina y la adenosina. Serotonina Se estima que 95 % de la serotonina presente en el organismo se encuentra en el TGI. Solamente 10 % de la serotonina es contenida por neuronas entéricas. El resto se encuentra en células enteroendocrinas especializadas, llamada enterocromafines. Las células enterocromafines están dispersas por toda la mucosa intestinal y sirven como elementos sensitivos no nerviosos cuya membrana apical detecta estímulos procedentes de la luz intestinal y causa la liberación de serotonina en su membrana basolateral, hacia el intersticio, donde la serotonina puede actuar sobre neuronas, células epiteliales y otras células. Los estímulos que causan liberación de serotonina por parte de las células entero- cromafines son estímulos químicos como ciertos nutrientes (por ej., glucosa), toxinas como la toxina colérica (Fig. 10) y neurotransmisores como acetilcolina. Los estímulos mecánicos suaves (tocar la mucosa) también causan liberación de serotonina, la cual provoca un aumento de la secreción de cloruro y secundariamente de sodio y agua. Existe una variedad de tipos y subtipos de receptores para serotonina. Todos ellos excepto uno son de tipo metabotrópico, de la superfamilia GPCR. La excepción es el receptor 5-HT3, que es un canal iónico cuya apertura permite el paso de Na + y K + y por tanto despolariza la célula postsináptica. En el TGI, los receptores serotonérgicos de mayor interés son los citados 5-HT3 y los 5HT4. La estimulación de los receptores 5-HT4 activa la adenilato ciclasa y por tanto aumenta la síntesis de cAMP. Además de sus efectos locales sobre la secreción y la motilidad, la serotonina también estimula los aferentes vagales (y en menor medida los espinales) por activación de receptores 5-HT3. Los bloqueantes de receptores 5-HT3, como ondasetron, son poderosos inhibidores de las náuseas y del reflejo del vómito (antieméticos). Los receptores 5-HT4 se encuentran en terminales sensitivas de IPAN y EPAN en la Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 12 membrana presináptica de diversas interneuronas. Su activación tiene efectos importantes sobre la peristalsis y la sensibilidad visceral (Fig. 11). En los aferentes extrínsecos, los receptores 5-HT4 inhiben los aferentes extrínsecos y por tanto las sensaciones viscerales. En las IPAN y las interneuronas que controlan los movimientos peristálticos, los receptores 5-HT4 tienen el efecto opuesto y aumentan el peristaltismo. Por estas razones, clínicamente se emplean agonistas de receptores 5-HT4, como tegaserod, para tratar trastornos funcionales del aparato digestivo, como el síndrome de intestino irritable, ya que mejoran el tránsito intestinal y reducen la sintomatología dolorosa. Como se explicará más adelante, la serotonina también modula mecanismos inflamatorios que involucran las células enteroendocrinas, el sistema inmune y el SNE. Adenosina y ATP Tanto la adenosina como el ATP pueden actuar como mediadores paracrinos; el ATP es además un neurotransmisor en el SNE. Ambos actúan sobre receptores purinérgicos de la superfamilia GPCR. Los receptores para adenosina, llamados A1, A2 y A3, participan en la regulación de la secreción intestinal de cloruro y la motilidad y poseen en general efectos inhibitorios sobre la excitabilidad neuronal y la neurotransmisión. Un subtipo de receptor A2 tiene además un efecto regulador de las reacciones inmunes y se cree que protege al tejido normal de lesiones por inflamación excesiva. No obstante, otro subtipo de receptor A2 y el receptor A1 pueden acentuar la inflamación en condiciones patológicas como la colitis. Los receptores para ATP se clasifican en dos grupos, llamados P2X y P2Y. Los primeros causan relajación del músculo liso, mientras que los P2Y promueven la secreción de cloruro. INTERACCIÓN NEUROINMUNEENDOCRINA Se han descrito múltiples interacciones entre el SNE, el sistema inmune y las células enteroendocrinas. Sus detalles exceden los límites de la presente exposición, que se limitará a presentar algunos ejemplos. Antes de considerarlos es oportuna una breve reseña sobre los mastocitos del TGI. Si bien existen muchas células del sistema inmune en el TGI, las principales involucradas en las interacciones neuroinmune- endocrinas son los mastocitos, que son muy abundantes en la lamina propria de la mucosa y en la submucosa. Los mastocitos contienen una serie de mediadores presintetizados, de los cuales el principal es la histamina. Otros mediadores preformados importantes son las enzimas llamadas triptasas. Adicionalmente, frente a una estimulación los mastocitos pueden sintetizar y liberar una multitud de otros mediadores, entre los que se incluyen citokinas como interleukinas y factor de necrosis tumoral (TNF), factores de crecimiento y eicosanoides (en particular prostaglandina D2 y leucotrienos). Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 13 Estimulación endocrina de las células inmunitarias Además de otros efectos ya mencionados, la serotonina liberada por las células enterocromafines estimula diversas células del sistema inmune, tanto de sus ramas innata como adaptativa (Fig. 12). Se ha demostrado la existencia de receptores serotonérgicos en macrófagos, linfocitos, células dendríticas y monocitos. Diversos estudios demuestran la importancia de la serotonina en varios estados inflamatorios intestinales, tanto experimentales como clínicos. Más recientemente se ha demostrado que otros productos secretorios de las células enteroendocrinas, los polipéptidos de la familia de las graninas (cromograninas y secretogranina) también participan en la regulación de la inmunidad intestinal, Lamentablemente, su papel en el presente es poco claro, ya que las graninas tienen tanto propiedades proinflamatorias como antiinflamatorias. Estimulación nerviosa del sistema inmune Entre otros fenómenos descritos, puede citarse a modo de ejemplo el efecto de la sustancia P. La activación de EPAN relacionados con la inflamación causa, por un reflejo axónico, la liberación local de sustancia P (ver DOLOR Y MECANISMOS NOCICEPTIVOS). La sustancia P actúa sobre receptores para neurokininas NK1, los cuales se encuentran en células epiteliales, neuronas del SNE, músculo liso y células inmunitarias, y se sobreexpresan en los estados inflamatorios. Entre las células inmunes activadas por sustancia P están los mastocitos, que sufren desgranulación y liberan mediadores inflamatorios, especialmente histamina y triptasas. Estimulación inmune del SNE Los mastocitos activados a su vez sensibilizan a las terminales sensitivas (hiperalgesia primaria). Además, debido a la liberación de factores neurotróficos, pueden causar una remodelación del SNE. Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 14 La histamina actúa sobre diversos receptores tipo GPCR y estimula las neuronas del plexo submucoso. Por su parte, las prostaglandinas y leucotrienos son estimulantes de la secreción intestinal por mecanismos directos sobre las células epiteliales e indirectamente por activación de neuronas secretomotoras. La activación de los mastocitos seconsidera muy importante en la génesis y perpetuación de diversos estados inflamatorios intestinales, tanto estructurales como funcionales (por ej., síndrome del intestino irritable), donde se evidencia la interacción neuroinmuneendocrina (Fig. 13). Regulación de la barrera intestinal Un cuarto ejemplo de interacciones entre los diversos sistemas de señalización es la influencia de mediadores endocrinos, inmunes y nerviosos sobre la integridad de la barrera intestinal (Fig. 14). La inervación submucosa influye en la permeabilidad de la barrera. Por ej., el VIP aumenta la expresión de la proteína de las uniones estrechas ZO-1 por un efecto directo sobre las células epiteliales. Ya se mencionó que la enteroglía también promueve la integridad de la barrera. Por otra parte, diversos mediadores inmunes son capaces de afectar la integridad de la barrera intestinal. Algunos de estos mediadores son las interleukinas IL- 1, IL-4 e IL-3, el interferón , las triptasas actuando sobre receptores activados por proteasas y el factor de necrosis tumoral TNF-. Por otra parte, las prostaglandinas parecen tener normalmente un papel protector del epitelio y la integridad de la barrera intestinal. Los inhibidores de la síntesis de prostaglandinas, como aspirina o indometacina, reducen dicha protección. Regulación del sistema gastrointestinal Dr. Fernando D. Saraví 15 Dr. Fernando D. Saraví La alimentación normal comienza con la ingestión de alimentos. Los alimentos sólidos requieren su trituración por medio de la masticación. Los alimentos sólidos procesados y los alimentos líquidos son deglutidos y transportados por el esófago hacia el estómago, que cumple a la vez funciones de reservorio y de órgano digestivo. El vaciamiento del estómago es gradual. El proceso digestivo continúa en el duodeno y el yeyuno, donde se produce la mayor parte de la absorción. El transporte del contenido del intestino delgado se realiza mediante un tipo de propulsión llamado movimientos peristálticos. En el colon también hay movimientos de tipo peristáltico. Allí se realiza la desecación de las heces, que se almacenan hasta su eliminación por defecación. La presencia de sustancias irritantes en el tracto gastrointestinal (TGI) puede desencadenar el reflejo del vómito, en el cual el contenido del TGI superior se expulsa por la boca. Masticación El procesamiento digestivo de los alimentos sólidos comienza con la masticación, que es el conjunto de movimientos de la mandíbula, la lengua y las mejillas que trituran y mezclan con saliva los alimentos. La masticación aumenta la superficie y la hidratación del bocado y facilita su digestión. El aparato masticatorio comprende los dientes, las mandíbulas, un conjunto de músculos (incluyendo los que abren y cierran las mandíbulas, los de los labios, las mejillas y la lengua) y los nervios y vasos de todas estas estructuras. El humano adulto posee 32 piezas dentarias (Fig. 1): 8 incisivos, 4 caninos, 8 premolares y 12 muelas. Los incisivos tienen la capacidad de cortar trozos de alimento; los caninos (que están poco desarrollados en el ser humano) sirven para desgarrar, y los premolares y molares para triturar el bocado y reducirlo a fragmentos que pueden ser deglutidos. Durante la masticación, el procesamiento mecánico es complementado por la acción disolvente y lubricante de la saliva. La masticación es un proceso cíclico que puede dividirse en tres fases: Preparatoria, reductiva y pre-deglutoria. En la fase preparatoria el bocado es fraccionado y desplazado hacia los premolares y molares. En la fase reductiva, el bocado es triturado, fragmentado y lubricado. En la fase pre- deglutoria, el bocado es desplazado a la región posterior de la lengua (Fig. 2). La duración de la fase reductiva depende de la consistencia del bocado y de la cantidad de saliva disponible. Además hay importantes variaciones individuales en la eficiencia masticatoria. Un ciclo típico con un bocado de dureza media dura ~ 0.6 s (Fig. 3). Además de su función obvia en el procesamiento del alimento, la masticación tiene efectos metabólicos favorables. En sujetos normales, la masticación exhaustiva causa una mayor secreción posprandial de insulina y una disminución más rápida de la hiperglucemia posprandial. En sujetos obesos no diabéticos, la secreción de la incretina GLP1 fue 73 % mayor cuando la masticación se realizaba en 30 ciclos que cuando se realizaba en 5 ciclos. Por otra parte, el uso habitual de goma de mascar tiene un efecto favorable sobre ciertas funciones cognitivas como la atención y reduce la ansiedad y la fatiga mental. La masticación es un acto motor aprendido. El recién nacido puede succionar y deglutir, pero carece de movimientos masticatorios. La masticación se aprende a Movimientos del aparato digestivo 1: Masticación y deglución Posgrado-00 Sello Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 2 partir de la primera dentición y se torna bien coordinada a partir de los 4 ó 5 años de edad. MÚSCULOS DE LA MASTICACIÓN Durante la masticación, en particular en su fase reductiva, la mandíbula se abre y se cierra rítmicamente. Los músculos involucrados se dividen en los que abren la mandíbula (depresores) y los que la cierran (elevadores). Los músculos que abren la mandíbula son los digástricos y milohiodeos. Los músculos pterigoideos laterales estabilizan los cóndilos o contribuyen a desplazar la mandíbula hacia delante (cuando se contraen ambos con igual fuerza) o lateralmente (cuando se contrae uno de ellos). Los músculos que cierran la mandíbula son los maseteros, temporales y pterigoideos mediales (Fig. 4). Los músculos que abren la mandíbula y los que la cierran son inervados por el V par (trigémino), con excepción del vientre posterior del digástrico, que es inervado por el VII par (facial). Para una masticación normal es necesaria además la acción coordinada de los músculos intrínsecos y extrínsecos (genio-, estilo- e hioglosos) de la lengua, inervados por el XII par (hipogástrico), y músculos de los labios y mejillas, como el bucinador y orbicular de los labios, inervados por el VII par. La actividad combinada de los músculos de la lengua, la boca y las mejillas permite un efecto sinérgico para colocar y mantener el bocado en posición para ser triturado durante la fase reductiva y para transportarlo en la fase pre-deglutoria. La fuerza que deben desarrollar los músculos durante la fase reductiva con la dieta occidental estándar no supera 80 N. No obstante, la fuerzas que los oclusores de la mandíbula pueden desarrollar son mucho mayores. Estas fuerzas varían con la edad y con el estado de la dentadura. También varían con la forma del rostro por razones biomecánicas. Los individuos con rostros cuadrados pueden desarrollar fuerzas 50 % mayores que los que poseen otros contornos faciales. La fuerza máxima varía con el sitio de medición y son más grandes en varones que en mujeres (Fig. 5). En adultos jóvenes, diferentes estudios informan fuerzas máximas entre 400 y 900 N medidas en los molares. CONTROL DE LA MASTICACIÓN Las motoneuronas de los músculos de la masticación son activadas o inhibidas por la corteza cerebral, el tallo cerebral y las aferencias propioceptivas. Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 3 Control cortical La iniciación y detención conscientes de la masticación son controladas por la corteza motora. Las áreas cerebrales activas durante la masticación incluyen las cortezas sensoriomotoras primarias, las áreas motoras suplementarias y el lóbulo de la ínsula, además del tálamo y el cerebelo (Fig. 6). Aproximadamente un tercio de las motoneuronas de los oclusores de la mandíbula son controlados por neuronas córtico-bulbares. Además deser capaz de iniciar o concluir movimientos masticatorios a voluntad, la vía córticobulbar puede regular la sensibilidad de las motoneuronas a otras influencias, reflejas o automáticas. El empleo de la mordida para funciones no masticatorias, como llevar un objeto o manipular un instrumento con la boca también están bajo control cortical. Generador central de ritmo masticatorio En la formación reticular del bulbo, entre la oliva inferior y la raíz motora del trigémino hay grupos de neuronas que controlan las motoneuronas de los músculos masticatorios de manera rítmica. El ritmo es generado en neuronas del núcleo gigantocelular y transmitido a grupos de neuronas parvicelulares. Durante la fase de apertura, el generador inhibe las motoneuronas de los músculos elevadores y excita las motoneuronas de los músculos depresores, mientras que en la fase de cierre tiene efectos opuestos. No obstante, la influencia recíproca excitatoria e inhibitoria del generador puede ser insuficiente para la masticación normal, en ausencia de aferencias periféricas que proporcionen retroalimentación (Fig. 7). Retroalimentación periférica La actividad masticatoria estimula numerosos mecanorreceptores en el ligamento periodontal, la dentina, la pulpa, el hueso alveolar, el periostio y la encía, además de receptores de los husos musculares y la articulación temporomandibular (Fig. 8). Entre los receptores de la cavidad oral, los de mayor importancia en la masticación son Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 4 los mecanorreceptores periodontales (MRP) que pueden ser de umbral bajo o elevado. Los MRP de bajo umbral son una de las fuentes principales de excitación a las motoneuronas de los músculos elevadores de la mandíbula. Al parecer, en la masticación los MRP reemplazan la función reguladora de la fuerza que en otros músculos cumplen los órganos tendinosos de Golgi, ya que estos últimos faltan o son muy escasos en los músculos masticatorios. Además de la contribución de los MRP, la otra aferencia importante es la procedente de los receptores anulospirales de los husos musculares de los músculos elevadores de la mandíbula (llamativamente, los músculos depresores carecen de husos musculares). La descarga máxima de los elevadores se reduce 35 % en ausencia de las aferencias de los husos musculares. Los aferentes periféricos median dos reflejos importantes que regulan la fuerza de la masticación. El primero es un reflejo de carga, que probablemente es mediado por los MRP. Se produce cuando la resistencia a la deformación del bocado es mayor que la esperada. La latencia es la de un reflejo monosináptico y, dado que puede producirse en ausencia de cambio en la longitud de los músculos elevadores, su vía eferente al parecer involucra una coactivación de motoneuronas alfa y gamma. El otro reflejo se denomina de descarga y el estímulo apropiado es la súbita disminución de la resistencia a la mordida, como ocurre cuando se quiebra entre las muelas un objeto duro, como una nuez. En este caso, el súbito Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 5 acortamiento de los husos musculares inhibe la descarga de las motoneuronas y se produce una inmediata disminución de la fuerza elevadora. Este reflejo es fundamental para evitar fuerzas excesivas de un molar contra otro, que de lo contrario podrían dañar las piezas dentarias. Deglución La deglución es la propulsión del contenido oral hacia la faringe y el esófago. Cumple funciones alimentarias y protectoras de la vía aérea superior. MECÁNICA DE LA DEGLUCIÓN La deglución es un acto motor estereotipado pero complejo en el que participan 25 pares de músculos, los cuales deben contraerse y relajarse en una secuencia precisa. Por esta razón, las dificultades en la deglución, llamadas colectivamente disfagia, son un problema médico frecuente. La región anatómica involucrada en la deglución comprende la cavidad oral, la faringe, la laringe y el esófago. La faringe es un órgano hueco que cumple funciones tanto en la ventilación como en la deglución; en el ser humano, es además parte del aparato de la fonación. La faringe se divide en tres segmentos, que son continuos entre sí: la nasofaringe (epifaringe), la orofaringe y la laringofaringe (hipofaringe). Aparte de la fonación, la nasofaringe solamente cumple funciones respiratorias, mientras que los otros dos segmentos cumplen funciones tanto en la ventilación como en la deglución. La deglución y la ventilación son funciones mutuamente excluyentes. El inicio de un acto deglutorio interrumpe inmediatamente la ventilación en cualquier fase del ciclo respiratorio. En los sujetos normales, la deglución normalmente se inicia durante la espiración, que se interrumpe en forma refleja y se reanuda una vez concluido el acto deglutorio. Por el contrario, los pacientes con disfagia tienden a deglutir durante la inspiración, lo cual aumenta el riesgo de aspiración (es decir, el paso de parte del bolo a la vía aérea). Fases de la deglución Durante la masticación, o cuando ingresa líquido a la boca pero no se deglute, la faringe y la laringe están relajadas, la vía aérea está abierta y la ventilación se produce normalmente. Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 6 Se distinguen tres fases de la deglución: oral, faríngea y esofágica (Fig. 9). 1. Fase oral. Es generalmente voluntaria. Se inicia cuando el bolo es propulsado hacia atrás por la lengua. Es iniciada por la contracción del milohioideo, seguido por otros músculos de la lengua (como el suprahioideo) y las fauces. Es importante qu simultáneamente se contraigan los músculos orbiculares de los labios y bucinadores para impedir el escape de líquido o sólido por la boca. La duración de esta fase oral es más prolongada para bolos mayores o más viscosos. Por el contrario, cuando se degluten pequeños volúmenes de líquido (como al tragar saliva), no es necesaria la preparación y la fase oral y faríngea ocurren en rápida sucesión. 2. Fase faríngea. Es refleja, y se inicia cuando el bolo llega al nivel donde la mandíbula cruza la base de la lengua. El paladar blando se eleva y ocluye el acceso a las fosas nasales. El hueso hioides y la laringe se desplazan hacia arriba y adelante, traccionando el piso de la boca. Este movimiento contribuye al cierre de la vía aérea y la apertura del esfínter esofágico superior. La laringe se ocluye totalmente por la aproximación de las cuerdas vocales verdaderas y falsas y el descenso de la epiglotis. El esfínter cricofaríngeo se abre para permitir el paso del bolo de la faringe al esófago. La base de la lengua se inclina para permitir el deslizamiento del bolo. Posteriormente la base de la lengua se retrae hacia la pared faríngea posterior (motoneuronas del XII par). Finalmente, los constrictores medio y superior de la faringe –controlados por los nervios vagos) se contraen secuencialmente desde arriba hacia abajo, generando presiones de 100 a 200 mmHg en una onda que se desplaza con una velocidad de 10 a 20 cm/s. En esta fase participan además los músculos suprahioideos y de la lengua. Las fases orofaríngea y faríngea duran en conjunto entre 0.5 y 1.5 s. Se relaja el músculo cricofaríngeo y se abre el esfínter esofágico superior. 3. Fase esofágica. Una vez que el bolo ha atravesado el esfínter esofágico superior, éste se cierra. Las estructuras faringolaríngeas desplazadas vuelven a su posición de reposo y puede reanudarse la respiración mientras el bolo desciende por el esófago, demorando hasta 10 s en llegar al estómago. CONTROL DE LA DEGLUCIÓN En el control neurofisiológico de la deglución participan aferencias sensoriales e influencias superiores, un generador central con neuronas que comandan la secuencia de activaciónde los músculos deglutorios e inhiben la ventilación, y las motoneuronas de los pares craneales que Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 7 controlan los músculos de la deglución (Fig. 10). Aferencias sensoriales Las fibras aferentes relacionadas con la deglución llevan información de mecanorreceptores y quimiorreceptores proveniente del dorso de la lengua, los pilares de las fauces y las paredes de la faringe. La información es llevada por la rama maxilar del trigémino, el nervio glosofaríngeo y la rana laríngea superior del vago. Estos aferentes no solamente pueden iniciar la deglución en forma refleja, sino también facilitar la deglución iniciada voluntariamente y modular un movimiento deglutorio en ejecución. Estas fibras terminan en el núcleo del tracto solitario. Los mecanorreceptores de la cavidad oral (pero no los de la faringe) permiten distinguir ciertas propiedades del bolo – como volumen y consistencia – que requieren modificación del programa motor coordinado por el generador central. Generador central de la deglución Se encarga de originar la secuencia de contracciones necesarias para la deglución e inhibir los movimientos respiratorios. El generador central está formado por el núcleo del tracto solitario, que forma el grupo deglutorio dorsal, y regiones adyacentes de la formación reticular en la región ventrolateral del bulbo, que forman el grupo deglutorio ventral. El núcleo del tracto solitario contiene las neuronas que inician, moldean y sincronizan la deglución mediante sus proyecciones al grupo deglutorio ventral. En este último están la neuronas llamadas interruptoras, que distribuyen los estímulos excitatorios e inhibtorios a las motoneuronas de los pares craneales y espinales involucrados en el control de los músculos que participan en la deglución (Fig. 11). Control superior Aunque puede ser iniciada en forma refleja, la deglución es habitualmente una función voluntaria y, como tal, es controlada por la corteza cerebral. Diversos investigadores han Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 8 estudiado las áreas cerebrales involucradas en el control de la deglución, con resultados no siempre consistentes. En la Fig. 12 se muestran las áreas cerebrales más intensamente activadas según lo indica un meta-análisis de los diferentes estudios mencionados. Un hallazgo notable es que algunas de las áreas cerebrales relacionadas con la deglución están lateralizadas. Por ejemplo, durante la deglución hay mayor activación en la región anterior de la circunvolución del cíngulo del lado izquierdo y mayor activación de la región anterior del lóbulo de la ínsula derecho. Cuando el movimiento deglutorio se realiza con un volumen menor (por ej., al tragar saliva en lugar de un trago de agua) hay mayor activación del área motora suplementaria; la menor estimulación aferente en el caso de la saliva exigiría mayor control voluntario. El músculo liso del aparato digestivo Antes de analizar los movimientos del esófago, estómago e intestino, conviene reseñar las propiedades del músculo liso del TGI. Tipos de músculo liso El músculo liso puede clasificarse en unitario y multiunitario. En ambos tipos, las células musculares (miocitos) están unidas entre sí por uniones intercelulares que permiten la transmisión de fuerzas. En el músculo liso unitario, las células musculares (miocitos) están acopladas por uniones eléctricas de baja resistencia (uniones comunicantes o nexos) que establecen continuidad entre los citoplasmas y por tanto permiten que la excitación iniciada en una célula se propague a otras. Por esta razón se comporta como un sincitio funcional. El músculo liso unitario del TGI se caracteriza por generar espontáneamente ondas de despolarización lenta mediante células marcapasos llamadas células intersticiales de Cajal. Estas células comparten el origen mesenquimal del músculo liso, pero tienen propiedades funcionales diferentes, como se explicará luego. Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 9 Los músculos del estómago y del intestino son unitarios y en ellos existe actividad contráctil espontánea que no requiere la presencia de neurotransmisores ni hormonas. No obstante, el estado contráctil puede ser regulado por diversos agentes neurohumorales. El músculo liso unitario también se contrae en respuesta a la distensión. Por su parte, en el músculo liso multiunitario los miocitos no están acoplados eléctricamente y carecen de actividad espontánea. Normalmente están relajados y solamente se contraen por efecto de un neurotransmisor o una hormona. El músculo liso del esófago y de la vesícula biliar tiene comportamiento multiunitario. Músculo liso circular y longitudinal La pared del TGI posee dos capas de músculo liso, llamadas circular y longitudinal. Las células del músculo liso circular se disponen con su eje mayor aproximadamente perpendicular al eje del intestino, mientras que en el músculo longitudinal son paralelas a dicho eje. El músculo longitudinal está menos desarrollado que el circular. La capa de músculo longitudinal es de menor espesor que la circular, y en el colon es discontinua, ya que no envuelve toda la pared. Los efectos de la contracción del músculo circular y longitudinal son diferentes. La contracción del músculo circular reduce la luz intestinal y tiende a alongar el segmento en el que se produce, mientras que la contracción del músculo longitudinal acorta el segmento en el que se produce y tiende a aumentar el diámetro de su luz. Si ambos músculos se contraen simultáneamente, predomina el efecto del músculo circular, más desarrollado. Si el volumen es constante, la contracción muscular, en particular del músculo circular, aumenta la presión luminal. Células intersticiales de Cajal Al igual que las células de músculo liso, estas células descritas inicialmente por Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) son de origen mesenquimal, pero se caracterizan por expresar kit, un receptor tipo tirosina kinasa, cuyo ligando es el factor de células troncales (SCF). Las células intersticiales de Cajal (ICC) se disponen de manera distintiva en la pared del tubo digestivo en diferentes niveles (Fig. 13). Existen dos tipos principales de ICC, unas multipolares, asociadas al plexo de Auerbach y otras fusiformes, que se encuentran principalmente en las capas musculares (ICC- Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 10 IM). Las ICC no cumplen función contráctil pero están eléctricamente acopladas a las células musculares lisas. Las ICC-IM están densamente inervadas y parecen funcionar como intermediarias entre la acción estimulante o inhibitoria de los nervios y la respuesta del músculo liso. La respuesta del músculo liso a diferentes neurotransmisores – como la acetilcolina – es mucho menos intensa en ausencia de ICC. Las ICC también poseen la capacidad de despolarizarse espontáneamente de manera cíclica y son responsables de la generación de cambios de la excitabilidad del músculo liso que establecen sus patrones de actividad cíclica en los diferentes niveles del tracto digestivo a partir del estómago. Motilidad del esófago El esófago es un conducto de ~ 25 cm de largo que carece de funciones digestivas propiamente dichas (Fig. 14). Es la zona más estrecha de todo el tubo digestivo. Su interior está recubierto por un epitelio escamoso no queratinizado, con glándulas submucosas de presunta función lubricante. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN La principal función del esófago es la permitir el paso de los alimentos ingeridos de la faringe al estómago. También impide el ingreso de aire al tubo digestivo y el reflujo de contenido gástrico. Durante el vómito, el esófago se relaja para permitir la salida del contenido gástrico. Desde el punto de vista funcional, el esófago se divide en el esfínteresofágico superior, el cuerpo y el esfínter esofágico inferior. El esófago difiere del resto del tubo digestivo en que en su mitad superior el músculo liso coexiste con fibras musculares esqueléticas tanto en la capa longitudinal como en la circular. Otra característica singular del esófago es que, donde hay fibras de músculo estriado, el espesor de la capa longitudinal es dos a cuatro veces mayor que el de la capa circular. Ambas clases de fibras (lisas y estriadas) siguen en cada capa la misma disposición general. En el ser humano, el músculo esquelético constituye 50 a 60 % del total de músculo presente en la primera mitad del esófago. La mitad distal del esófago posee solamente músculo liso. En ausencia de actividad deglutoria, los esfínteres están tónicamente contraídos (cerrados) y el cuerpo esofágico está relajado. Debido a que el músculo liso del cuerpo del esófago está normalmente relajado, la presión en su luz sigue las variaciones de la presión intratorácica (pleural). A diferencia de lo que ocurre en el estómago y el intestino, donde la relajación del músculo liso es un fenómeno activo (ver más adelante), el estado de relajación normal del músculo del cuerpo esofágico se debe a que carece de actividad espontánea y por tanto no requiere ningún agente neurohumoral para relajarse; no obstante, existen motoneuronas inhibitorias, como se verá a continuación. Por otra parte, el músculo liso de la parte distal del esófago, que forma parte del esfínter esofágico inferior, se encuentra tónicamente contraído y es responsable de la existencia de una zona de alta presión que impide el reflujo de contenido gástrico hacia la luz esofágica. INERVACIÓN DEL ESÓFAGO El esófago posee inervación intrínseca, motora somática, parasimpática y simpática e inervación eferente. Inervación intrínseca El plexo mientérico del esófago contiene los somas de motoneuronas excitatorias e inhibitorias, que son inervadas por fibras vagales preganglionares, por fibras simpáticas posganglionares y por aferentes intrínsecos. Los somas de los aferentes intrínsecos se localizan en los plexos submucoso y mientérico. Estas neuronas sensitivas son principalmente mecano y quimiorreceptores. Establecen sinapsis con interneuronas. Las interneuronas que envían sus axones en sentido oral (proximal) estimulan las motoneuronas intrínsecas excitatorias, mientras que las Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 11 interneuronas que se proyectan en sentido aboral (distal) estimulan las motoneuronas intrínsecas inhibitorias. Inervación somática La fibras musculares esqueléticas de la mitad superior del esófago son inervadas por motoneuronas colinérgicas del núcleo ambiguo que viajan por el vago y llegan al esófago por el nervio recurrente laríngeo. Las sinapsis son placas motoras generalmente pequeñas, con receptores nicotínicos en la membrana muscular (postsináptica). Cerca de 20 % de las fibras musculares esqueléticas del esófago también reciben inervación de neuronas intrínsecas (co- inervación) que utilizan óxido nítrico como neurotransmisor y hacen contacto con la terminal nerviosa (presináptica) y muscular (postsináptica). Estas neuronas nitrérgicas son inhibitorias y pueden modular la respuesta a las motoneuronas. Se sabe que son activadas por aferentes que liberan sustancia P (Fig. 15). Su función normal aún se desconoce, aunque es posible que tengan un papel en ciertos trastornos de la motilidad esofágica. Inervación parasimpática El esófago recibe inervación de eferentes vagales (fibras preganglionares) colinérgicas, que actúan sobre receptores nicotínicos de las motoneuronas del plexo mientérico (Fig. 16). Las neuronas vagales que inervan las motoneuronas excitatorias provienen de la región rostral del nucleo motor dorsal del vago, mientras que las que inervan motoneuronas inhibitorias provienen de la región caudal del mismo núcleo. Las motoneuronas excitatorias emplean acetilcolina (receptores muscarínicos) y sustancia P como neurotransmisores, mientras que las inhibitorias liberan NO, VIP y ATP. Inervación simpática Los eferentes simpáticos preganglionares provienen de los segmentos torácicos 1 a 10, que hacen sinapsis principalmente en los ganglios cervicales y, torácicos. De allí salen las fibras posganglionares adrenérgicos. Estas fibras inervan los vasos y también las neuronas de los plexos intrínsecos. No obstante, la activación simpática tiene escaso efecto sobre Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 12 las neuronas intrínsecas y su importancia fisiológica se desconoce. Inervación aferente Además de las neuronas intrínsecas aferentes primarias, el esófago posee inervación sensitiva que llega al sistema nervioso central por medio de los nervios vagos y por los nervios espinales torácicos. Las fibras aferentes vagales participan en arcos reflejos vago-vagales, mientras que las fibras aferentes espinales median sensaciones conscientes frente a estímulos mecánicos, químicos y térmicos, incluyendo en particular dolor (sensaciones nociceptivas). MOVIMIENTOS DEL ESÓFAGO El esfínter esofágico superior está formado por fibras musculares esqueléticas horizontales de los músculos cricofaríngeos y fibras oblicuas del constrictor inferior de la faringe, de modo que estructuralmente es la parte distal de la faringe. Por estas razones se ha propuesto llamarlo esfínter faríngeo inferior, aunque es dudoso que la nomenclatura clásica se modifique. Ondas peristálticas primarias Como se indicó antes, durante la deglución el esfínter esofágico superior se relaja, dejando pasar el bolo, y luego se contrae generando transitoriamente una presión mayor que la de reposo. Las motoneuronas que inervan el músculo estriado de la mitad superior del esófago se activan secuencialmente, de modo que el músculo comienza a contraerse desde el extremo proximal por un mecanismo central, dependiente del generador central de la deglución. En el músculo liso circular y longitudinal, se produce una onda peristáltica que avanza a 2 a 4 cm/s y por tanto recorre todo el esófago en 6 a 12 s (Fig. 17). También es iniciada por la descarga vagal pero mediada por motoneuronas excitatorias e inhibitorias intrínsecas, de modo que una onda de inhibición del músculo liso es seguida de una onda de contracción que genera en su fase excitatoria presiones de 35 a 70 mmHg. Dado que el músculo liso del esófago está normalmente relajado, la onda de inhibición no causa cambios en la presión intraesofágica (y por tanto no se registra manométricamente) hasta que llega al esfínter esofágico inferior. Cuando la onda llega al esfínter esofágico inferior, que está tónicamente contraído, inicialmente lo relaja, permitiendo el paso del bolo hacia el estómago (Fig. 18). Esta relajación se evidencia por una reducción de la presión de la ZAP. Luego del paso del bolo, el esfínter se contrae la presión de la ZAP aumenta transitoriamente por encima de su nivel basal. A diferencia de la onda contráctil en el músculo estriado, la secuencia ordenada de inhibición y contracción del músculo liso esofágico depende de las propiedades de los circuitos locales formados por las neuronas intrínsecas, y probablemente también en las propiedades funcionales diferentes del músculo liso a lo largo del esófago. La duración de ambas fases de la onda peristáltica (inhibitoria y excitatoria) tiende a prolongarse en las regiones distales. Ondas peristálticas secundarias Una vez que se ha producido un movimiento deglutorio, con la consiguiente onda peristáltica primaria, en caso de no haberse evacuado por completo el esófago, puede iniciarse – sin un nuevo movimiento deglutorio – una onda Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 13 peristáltica llamada secundaria, que tiene por objeto impulsar cualquier material remanente en la luzesofágica. La onda secundaria es iniciada por la activación de mecanorreceptores de la pared esofágica. Cuando los mecanorreceptores activados se encuentran en la parte proximal (alta) del esófago, la onda secundaria se debe a un reflejo vago-vagal. Por el contrario, la activación de mecanorreceptores de la parte baja del esófago genera una onda secundaria mediada por un reflejo intrínseco. Contracciones terciarias Este término está en desuso. Se aplicaba a contracciones que no se observan normalmente. Son contracciones segmentarias no peristálticas debidas a estimulación local, que no causan progresión del contenido esofágico. UNIÓN ESÓFAGO-GÁSTRICA En el esófago relajado la presión es subatmosférica y por tanto inferior a la presión intragástrica. En consecuencia, de no existir algún mecanismo que lo impidiera, sería inevitable el reflujo gastroesofágico. Sin embargo, normalmente no hay reflujo ni siquiera cuando un sujeto con el estómago lleno se coloca cabeza abajo. La anatomía de la unión esófago- gástrica se diagrama en la Fig. 19. Existen tres estructuras que impiden la continuidad entre la luz esofágica y el contenido gástrico excepto por breves períodos durante la deglución y al eructar (y excepcionalmente durante el vómito). Esas estructuras son: 1. El esfínter esofágico inferior 2. El esfínter diafragmático 3. El ángulo de His Esfínter esofágico inferior El esfínter esofágico inferior está formado por el músculo liso circular del extremo distal del esófago, con una contribución, del lado izquierdo, de fibras oblicuas del músculo liso gástrico. Su existencia es demostrada por la existencia de una región de 2.4 a 4.5 cm de extensión donde la presión intraesofágica es normalmente de 20 a 30 mmHg (zona de alta presión = ZAP). La parte proximal (superior) del esfínter esofágico inferior se encuentra en el hiato esofágico, mientras que la parte distal es intraabdominal. Este esfínter es una estructura funcional que no puede reconocerse anatómicamente como tal en el cadáver, donde obviamente no existe tono muscular. Sin embargo, el músculo liso del esfínter presenta algunas características microscópicas, electrofisiológicas y ultraestructurales que lo distinguen del músculo circular del cuerpo esofágico. En primer lugar, en su región más distal las fibras del esfínter no forman una capa circular continua (en “O”), sino que se disponen en dos “C”del lado derecho e izquierdo, que se interdigitan. En segundo lugar, los miocitos son de mayor tamaño y poseen invaginaciones. En tercer lugar, su potencial transmembrana es menos negativo que en el cuerpo del esófago (por mayor conductancia al Cl-). Además de oscilaciones periódicas en el potencial de membrana, el tono es mantenido por potenciales de acción que aparecen durante la despolarización cíclica. Finalmente, estos miocitos poseen más mitocondrias y retículo endoplásmico que los miocitos del músculo liso circular del cuerpo del esófago. Además del músculo liso circular, del lado izquierdo la zona es reforzada por fibras musculares oblicuas del estómago (llamadas “en cabestrillo”) que aportan poco al tono basal pero son excitadas por acetilcolina. La contracción tónica del músculo liso del esfínter en el ser humano es en parte de origen miogénico y en parte de origen nervioso, ya que el bloqueo de los receptores colinérgicos muscarínicos con atropina reduce la presión de la ZAP. Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 14 Por otra parte, otros neurotransmisores y hormonas también son capaces de aumentar o disminuir el tono del músculo liso del esfínter, aunque su importancia no es clara en todos los casos. El mecanismo de acción de la somatostatina y del GIP se desconoce, pero las demás sustancias actúan directamente sobre el músculo liso. Algunas de ellas, como la bombesina, la motilina, el polipéptido pancreático y la sustancia P (estimulantes) también actúan sobre neuronas intrínsecas excitatorias y otras, como el péptido relacionado con el gen de calcitonina (CGRP) y la colecistokinina, activan neuronas intrínsecas inhibitorias. Algunos compuestos tienen acciones mixtas. Por ejemplo, la dopamina aumenta el tono actuando sobre receptores D1 pero lo reduce actuando sobre receptores D2. La colecistokinina tiene una acción bifásica: Aumenta el tono cuando es inicialmente bajo, pero lo reduce si es inicialmente alto. Esfínter diafragmático El diafragma es el principal músculo respiratorio, pero además cumple funciones de esfínter extrinseco del esófago. El diafragma se inserta en las costillas y el esternón (porción costal o costoesternal) pero consta también de dos gruesos haces llamados pilares (derecho e izquierdo) que se insertan en las primeras vértebras lumbares, formando la porción crural (Fig. 20). El hiato esofágico está formado principalmente por el pilar derecho. Cuando el pilar se contrae, comprime el esófago y tiende a traccionarlo hacia atrás y hacia abajo. El movimiento descendente es limitado por el ligamento frenoesofágico. La debilidad del músculo diafragmático en torno al hiato puede causar una hernia de hiato (por deslizamiento o paraesofágica), en la cual parte del estómago pasa al tórax. El diafragma está inervado por los nervios frénicos, cuyas ramas motoras provienen de los segmentos cervicales C5 a C7. El nervio frénico también lleva fibras aferentes de los propioceptores musculares del diafragma. El estado contráctil del diafragma varía cíclicamente con la ventilación: se relaja durante la espiración y se contrae durante la inspiración. Masticación y deglución Dr. Fernando D. Saraví 15 No obstante, las fibras que forman el hiato esofágico conservan una contracción tónica que explica 20 a 30 % (6 mmHg) de la presión de la ZAP durante la espiración. No obstante, la contribución del esfínter diafragmático es mucho mayor durante la inspiración, como lo demuestra un registro simultáneo de las presiones esofágicas y gástricas y del electromiograma del diafragma (Fig. 21 A). Esto es importante porque durante la inspiración, la presión del cuerpo del esófago desciende con la presión pleural y la presión intraabdominal tiende a aumentar por el descenso del diafragma. Esto aumenta la diferencia de presión entre el estómago y el esófago y por tanto facilitaría el reflujo gastroesofágico. No obstante, al mismo tiempo las fibras del hiato se contraen y comprimen el extremo distal del esófago. Las fibras del pilar derecho no solamente aumentan la continencia del esfínter durante la inspiración, sino también ante cualquier acontecimiento que aumente la presión intraabdominal, como compresión externa, esfuerzo defecatorio, maniobra de Valsalva o elevación del miembro inferior (Fig. 21 B). Nótese que en este caso, el aumento de la presión en la ZAP no se acompaña de una disminución de la presión del cuerpo del esófago. El aumento de la presión intragástrica también causa, por un reflejo vago-vagal, un aumento del tono del esfínter esofágico. En resumen, el esfínter diafragmático contribuye tónicamente a la ZAP y también, en forma eficaz y rápida (por tratarse de músculo esquelético) frente a cambios fásicos de las presiones esofágica y abdominal. Angulo de His Es el ángulo formado por las fibras oblicuas de músculo liso del estómago a nivel del cardias y el extremo distal del esófago en la unión esófago-gástrica (Fig. 22). Forma una solapa o abrazadera que sirve como mecanismo antirreflujo. Este ángulo es normalmente de ~ 75º y contribuye a evitar el reflujo gastroesofágico. En pacientes con reflujo, el ángulo es a menudo mayor (~ 95º a 110º). La función de ángulo de His se pierde en la hernia de hiato. Relajación de los esfínteres durante la deglución Ambos esfínteres, esofágico y diafragmático, deben relajarse para permitir el paso del contenido esofágico hacia el
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