La motilita' gastrointestinale

Per motilita' gastrointestinale s'intende l'insieme dei movimenti cui va incontro la parete dei vari organi cavi di cui e' costituito il sistema gastrointestinale: questi movimenti sono la risultante dell'azione integrata di vari tessuti e tipi cellulari presenti nei diversi organi. La motilita' gastrointestinale comporta contrazione muscolare con applicazione di forza sul materiale luminale presente a livello orale, faringeo, esofageo, gastrico, delle vie biliari e dell'intestino tenue e crasso.

Attivita' muscolare

L'organizzazione dell'attivita' muscolare per i vari tipi d'attivita' motorie proprie del sistema gastrointestinale e' operata dal sistema nervoso, la cui attivita' e' modulata da segnali chimici originati da vari tipi di cellule (endocrine e non: cellule enterocromaffini, mastociti, leucociti polimorfonucleati). Il sistema nervoso enterico (SNE), in dialogo continuo con il sistema nervoso centrale (SNC), organizza l'attivita' motoria in modo da ottimizzarne il comportamento per le differenti condizioni fisiologiche (periodo prandiale e digiuno) e per azioni particolari come il vomito (meccanismo della retropulsione).  La muscolatura e' striata nella bocca, nella faringe, nell'esofago superiore e nel pavimento pelvico (sfintere anale esterno), mentre a tutti gli altri livelli del sistema gastrointestinale e' presente muscolatura liscia di tipo viscerale, cui sono associate cellule specializzate (non nervose) a funzione pacemaker dette cellule interstiziali di Cajal. La maggior parte della muscolatura liscia del tubo gastroenterico presenta, quindi, un'attivita' elettrica spontanea, cui si associa attivita' contrattile che e' pertanto puramente miogena.

La muscolatura liscia gastroenterica presenta una notevole eterogeneita' di frequenza contrattile: in alcune zone (come corpo dell'esofago, antro gastrico, intestino tenue) le cellule muscolari hanno la peculiarita' di contrarsi e rilasciarsi piuttosto velocemente (secondi) dando luogo alle cosiddette contrazioni fasiche; al contrario, le cellule muscolari lisce di altre zone (per esempio sfintere esofageo inferiore, stomaco prossimale, sfintere ileocecale e sfintere anale interno) presentano una contrazione persistente nel tempo (da minuti fino ad alcune ore) dando luogo alle cosiddette contrazioni toniche. Entrambi questi tipi di contrazione dipendono dall'attivita' propria delle cellule muscolari lisce.
Il Sistema nervoso enterico e' costituito da neuroni i cui corpi cellulari sono localizzati nei gangli posti nella parete del tubo digerente. Esistono due plessi: 1) plesso mienterico 2) plesso mucoso. I corpi cellulari sono connessi tramite tratti di fibre intergangliari. Il sistema nervoso enterico e' un sistema integrativo indipendente dotato di neuroni sensoriali, interneuroni, neuroni motori, vie riflesse e schemi motori. La sua attivita' e' modificata dalla innervazione estrinseca.

Contrazione e rilasciamento

L'attivita' motoria dei vari organi del sistema gastrointestinale e' organizzata in modo da garantire la specifica funzione di ciascun singolo organo. Questo comporta che l'attivita' motoria dell'esofago sia diversa da quella dello stomaco, che a sua volta differisce da quella dell'intestino. In ogni caso, la motilita' dei differenti organi e' sempre la risultante dell'attivita' coordinata di contrazione e rilasciamento della muscolatura propria di quell'organo. Inattivita' contrattile e' organizzata in modo da generare forze propulsive che garantiscono il movimento del materiale luminale dalla bocca all'ano, la fine triturazione del materiale ingerito, il suo mescolamento con i vari succhi secreti dal sistema gastrointestinale e, infine, l'intimo contatto dei prodotti di digestione con la mucosa intestinale cosi' da garantirne un ottimale assorbimento. Il rilasciamento muscolare, da parte sua, garantisce l'ordinata progressione aborale del materiale ingerito tramite l'apertura degli sfinteri e l'azione recettiva di organi come lo stomaco e l'intestino crasso.
 

Onde elettriche lente

Nello stomaco distale e nell'intestino tenue e crasso (rimangono quindi esclusi l'esofago e la porzione prossimale dello stomaco), cellule interstiziali di Cajal, localizzate all'interfaccia fra gli strati longitudinale e circolare della tonaca muscolare e sulla superficie submucosale dello strato muscolare circolare (dette regioni pacemaker), generano ritmicamente le cosiddette onde elettriche lente (chiamate anche ritmo elettrico basale o attivita' elettrica di controllo o potenziali pacesetter) che sono alla base dell'attivita' contrattile spontanea della muscolatura liscia viscerale. Le cellule interstiziali di Cajal sono interconnesse fra loro e con le fibre muscolari lisce della parete viscerale mediante gap junction, formando un sincizio elettrico funzionale. Le onde elettriche lente generate si propagano passivamente, attraverso le gap junction, alle fibre muscolari lisce degli strati di muscolatura sia circolare sia longitudinale diffondendosi, quindi, in tutto il tessuto muscolare. Pertanto, le fibre muscolari lisce della parete viscerale sono caratterizzate da fluttuazioni ritmiche (onde elettriche lente) del loro potenziale di membrana.
Come regola generale, quando un'onda elettrica lenta supera il valore soglia per l'apertura di canali per il calcio (Ca2+), voltaggio-dipendenti di tipo L, si possono generare nelle cellule muscolari lisce uno o piu' potenziali d'azione, cui si associa contrazione delle fibre muscolari. In assenza di potenziali d'azione non si hanno contrazioni; quando i potenziali d'azione si associano alle onde elettriche lente, essi si verificano in corrispondenza della fase di plateau dell'onda lenta.
Nell'antro gastrico, i termini onde elettriche lente e potenziali d'azione sono usati in modo interscambiabile, in quanto indicativi del medesimo fenomeno elettrico direttamente in grado d'innescare contrazione muscolare. La massima frequenza contrattile del muscolo liscio di una determinata regione non puo', quindi, essere superiore a quella delle onde elettriche lente in quella regione, mentre puo' invece essere inferiore, in quanto i potenziali d'azione non necessariamente si associano a tutte le onde lente.
La natura della risposta contrattile in corrispondenza di ciascuna onda elettrica lenta e' determinata dall'attivita' del sistema nervoso nell'ambito dello specifico stato funzionale della regione considerata. In un determinato segmento intestinale si ha contrazione della muscolatura circolare in risposta alle onde lente solo quando i neuroni inibitori del SNE di quel segmento non sono attivi; in altri termini, motoneuroni inibitori controllano il momento in cui il ritmo elettrico basale (di per sa' sempre attivo) puo' dare inizio a una contrazione e determinano anche la distanza e la direzione di propagazione della contrazione una volta iniziata. Questi moto-neuroni inibitori della muscolatura circolare sono in stato di continua attivita', per cui la contrazione mu-scolare puo' avere luogo solo quando essi vengono inibiti a opera di interneuroni dei circuiti di controllo del SNE. A livello degli sfinteri, i motoneuroni inibitori sono invece normalmente inattivi:
vengono attivati solo quando e' necessaria l'apertura degli sfinteri stessi in coordinazione con gli eventi contrattili delle regioni adiacenti (Fig. 56.4).
 

MECCANISMI MOLECOLARI DELLE ONDE ELETTRICHE LENTE

Secondo la teoria oggi piu' accreditata, la sequenza di eventi che porta alla genesi e propagazione delle onde elettriche lente puo' essere cosi' schematizzata:
- nell'ambito di ciascuna regione pacemaker, in un determinato istante si verifica in alcune cellule interstiziali di Cajal (dette pacemaker primario) la liberazione nel citosol di un piccolo quantitativo di Ca2+ dal reticolo endoplasmatico liscio (che ha funzione di deposito intracellulare di Ca2+) attraverso un canale ionico regolato dal recettore dell'inositolo 1,4,5-trisfosfato (IP3), probabilmente in seguito all'aumento della concentrazione locale di IP3 (fase 1);
- questo incremento localizzato della concentrazione citosolica di Ca2+ attiva, nei mitocondri immediatamente adiacenti al punto di liberazione dal reticolo endoplasmatico, un trasportatore per il Ca2+, con conseguente captazione mitocondriale di questo ione e diminuzione della sua concentrazione citosolica fino a un livello inferiore a quello precedente alla liberazione di Ca2+ dal reticolo endoplasmatico (fase 2);
- la caduta della concentrazione citosolica di Ca2+ causa nella membrana plasmatica l'apertura di una conduttanza cationica non-selettiva, con conseguente corrente entrante (detta corrente pacemaker) che depolarizza il potenziale di membrana (fase 3);
- tale depolarizzazione si propaga a cellule interstiziali di Cajal adiacenti ancora in fase di riposo (dette pacemaker secondario) dove provoca l'apertura di canali ionici per il Ca2+ voltaggio-dipendenti, con conseguente incremento della concentrazione citosolica di Ca2+ e attivazione in esse dell'apparato pacemaker, attraverso un meccanismo di liberazione di calcio indotto da calcio calcium-induced calcium release, CICR), mediato dai canali ionici regolati dal recettore dell'IP3 descritti sopra (fase 4).
Questa sequenza determina la sincronizzazione dell'attivita' delle cellule interstiziali di Cajal di un determinato tratto di tonaca muscolare con conseguente genesi delle onde elettriche lente (la cui fase di depolarizzazione rapida iniziale e' la risultante della corrente di Ca2+ attraverso i canali voltaggio-dipendenti, mentre la fase di plateau e' la risultante della corrente pacemaker), cioe' di onde di eccitabilita' che si propagano attivamente attraverso la rete di cellule interstiziali di Cajal e raggiungono elettro-tonicamente le cellule muscolari lisce.
 

FREQUENZA

La frequenza delle onde elettriche lente varia lungo il tubo gastroenterico. Nello stomaco distale tale frequenza e' di 3 onde min"1: l'antro gastrico non puo' quindi contrarsi con frequenza maggiore di tre contrazioni al minuto. Nell'intestino tenue, la frequenza delle onde elettriche lente diminuisce progressivamente andando dal duodeno (dove la frequenza e' massima e ha il valore di 16-18 onde min-1) all'ileo terminale (dove la frequenza e' minima e ha il valore di 8 onde min-1). Il gradiente che si viene a creare favorisce pertanto lo spostamento in direzione aborale del contenuto luminale. Nell'intestino crasso, la frequenza delle onde elettriche lente e' minima nel cieco e colon prossimale (6 onde min-1) ed e' invece massima nel colon sigmoideo (10-12 onde min-1). Questo gradiente invertito della frequenza delle onde elettriche lente rispetto a quello esistente nell'intestino tenue favorisce il prolungato rimescolamento del contenuto luminale a livello dell'intestino crasso ottimizzando la disidratazione e il compattamento delle feci.

Innervazione estrinseca

La motilita' gastrointestinale e' modulata dal sistema nervoso ed endocrino. Oltre all'innervazione intrinseca rappresentata dal SNE, il tubo gastroenterico presenta uri innervazione estrinseca efferente parasimpatica e simpatica. La maggior parte delle fibre efferenti estrinseche contrae sinapsi con gli elementi del SNE. Efferenze parasimpatiche e simpatiche sono in grado di modulare l'ampiezza, e in parte anche la frequenza, delle onde elettriche lente. In linea di massima, il sistema parasimpatico aumenta l'ampiezza delle onde elettriche lente, mentre quello simpatico la diminuisce.
 

EFFERENZE PARASIMPATICHE

Le efferenze parasimpatiche sono di origine craniale e sacrale. Il nucleo motore dorsale del nervo vago (localizzato nel bulbo) invia fibre nervose efferenti all'esofago inferiore, allo stomaco, all'intestino tenue e al crasso prossimale. L'efferenza sacrale origina invece da neuroni del tratto S2-S4 del midollo spinale e, attraverso i nervi pelvici, innerva l'intestino crasso distale, il retto e il canale anale. Le fibre parasimpatiche pregangliari contraggono sinapsi con i neuroni gangliari del SNE. Il neurotrasmettitore pregangliare e' essenzialmente l'acetilcolina (ACh). L'aumento dell'attivita' nervosa parasimpatica ha azione prevalentemente eccitatoria. La stimolazione del nervo vago aumenta, infatti, la contrazione della muscolatura liscia, oltre a incrementare l'attivita' secretoria gastrica, pancreatica e intestinale. Cionondimeno l'attivita' parasimpatica esercita anche alcune significative influenze inibitorie, come il rilasciamento dello sfintere esofageo inferiore e il rilasciamento recettivo dello stomaco.
 

EFFERENZE SIMPATICHE

Le efferenze simpatiche originano dal midollo spinale toracico e lombare superiore. Le fibre pregangliari simpatiche contraggono sinapsi con i gangli prevertebrali celiaco, mesenterico superiore e inferiore. Mentre il neurotrasmettitore pregangliare e' essenzialmente rappresentato dall'ACh, la noradrenalina svolge la funzione di neurotrasmettitore postgangliare. Le fibre postgangliari contraggono sinapsi prevalentemente con i neuroni del SNE, ma possono anche innervare direttamente la muscolatura liscia sfinteriale (di cui aumentano la contrazione) oltre che i vasi ematici in-tramurali e le cripte intestinali. La noradrenalina liberata alle terminazioni simpatiche postgangliari eserciterebbe un'azione inibitoria presinaptica nei circuiti di controllo del SNE, con conseguente inibizione della motilita'. Peraltro l'azione gastrointestinale del sistema simpatico sembra essere piuttosto limitata, come dimostrato dal fatto che la rimozione delle efferenze simpatiche non causa alterazioni generalizzate delle funzioni gastrointestinali.

Funzioni motorie

Le funzioni motorie del sistema gastrointestinale comprendono propulsione, triturazione/rimescolamento e funzione di serbatoio. L'attivita' propulsiva e' alla base del movimento controllato del materiale luminale di derivazione esogena (alimenti) ed endogena (secrezioni) lungo il tubo gastroenterico. In particolare, l'attivita' propulsiva determina la propulsione del materiale alimentare in senso aborale a una velocita' adeguata ad assicurarne l'ottimale digestione e assorbimento e assicura che il materiale di scarto (feci) venga eliminato all'esterno (defecazione). L'attivita' triturante garantisce il fine sminuzzamento del materiale alimentare ingerito rendendone non traumatica la progressione lungo il tubo gastroenterico e aumentandone l'area superficiale per l'azione degli enzimi digestivi. L'attivita' di rimescolamento garantisce che il materiale alimentare venga efficacemente impastato con i vari succhi digestivi (favorendo cosi' la digestione) e che tutti i prodotti di digestione entrino in contatto con la superficie mucosale assorbente (favorendo cosi' l'assorbimento). La funzione di serbatoio e' tipica dello stomaco e dell'intestino crasso. Il corpo dello stomaco e' infatti in grado di accumulare rapidamente un notevole quantitativo di materiale ingerito ed esercita notevoli forze meccaniche per un regolato svuotamento gastrico. L'intestino crasso provvede all'elaborazione delle feci che vengono trattenute fino al momento della defecazione.
 

TIPI DI MOTILITA'

Ciascuna sezione del sistema gastrointestinale esercita varie attivita' motorie il cui tipo e intensita' sono influenzati da vari fattori, come lo stato di sonno o veglia, il tempo dall'ultimo pasto o la presenza di patologie. I tre tipi piu' importanti d'attivita' motoria presenti nel tratto gastroenterico sono la peristalsi, la segmentazione ritmica e la contrazione tonica. La peristalsi e' un'onda di contrazione il cui risultato finale e' la propulsione in direzione aborale del contenuto luminale; i movimenti di segmentazione (detti anche movimenti di rimescolamento) sono contrazioni ritmiche dello strato muscolare circolare, finalizzate a rimescolare e dividere il contenuto luminale; le contrazioni toniche sono contrazioni prolungate, presenti essenzialmente nella porzione prossimale dello stomaco e negli sfinteri.

Peristalsi

L'attivita' motoria che garantisce la propulsione del contenuto luminale nell'esofago e nell'intestino sia tenue sia crasso e' la risultante di un circuito riflesso governato dai neuroni del SNE. Si definisce peristalsi la propulsione regolata del materiale luminale lungo il tubo gastroenterico. Durante l'attivita' peristaltica, la muscolatura della parete gastrointestinale presenta un comportamento stereotipato determinato dall'attivita' del SNE. Nella fattispecie, nel segmento a valle del contenuto luminale che sta progredendo, lo strato di fibre muscolari longitudinali si contrae, mentre lo strato di fibre muscolari circolari si rilascia: all'accorciamento dell'asse longitudinale del segmento si associa quindi l'aumento del suo diametro con espansione del lume: e' questa l'attivita' del segmento recettivo, cioe' di quello che si prepara ad accogliere il materiale luminale in progressione. Contemporaneamente, nel segmento a monte del contenuto luminale in progressione, si verifica la contrazione dello strato di fibre muscolari circolari, mentre lo strato di fibre muscolari longitudinali si rilascia. e' questa l'attivita' del segmento propulsivo, cioe' di quello che spinge il contenuto luminale verso il segmento recettivo (Fig.2). I segmenti inizialmente a valle del fronte di avanzamento diventano quindi segmenti recettivi, per diventare poi a propria volta segmenti propulsivi, garantendo in questo modo il progressivo spostamento dell'attivita' peristaltica (organizzata appunto in segmenti propulsivi e recettivi) lungo il tubo gastroenterico.

Riflesso peristaltico.

La formazione dei segmenti propulsivo e recettivo (cioe' il riflesso peristaltico) puo' essere indotta sperimentalmente distendendo la parete intestinale in modo analogo a quanto avviene per il riflesso miotatico a livello del muscolo scheletrico. L'organizzazione anatomo-funzionale (arco riflesso) del riflesso peristaltico e' analoga a quella dei riflessi spinali. Nel caso del riflesso peristaltico il circuito di base e' costituito dalle connessioni sinaptiche tra neuroni sensoriali intrinseci, interneuroni e neuroni motori. Questo circuito di base si riscontra in tutti i quadri di motilita' propulsiva. Blocchi dello stesso circuito di base sono ripetuti in parallelo per tutta la circonferenza e connessi in serie per tutta la lunghezza dell'intestino. La distanza percorsa dalla propulsione peristaltica e' quindi determinata dal numero di blocchi di circuiteria reclutati sequenzialmente lungo l'intestino.

Potenziali presinaptici eccitatori e inibitori svolgono un ruolo centrale nel modulare il reclutamento sequenziale dei singoli blocchi, controllando quindi la distanza di propagazione dell'onda peristaltica. Neurotrasmettitori inibitori, legandosi a specifici recettori inibitori presinaptici, inibiscono la liberazione di neurotrasmettitori a livello delle sinapsi eccitatorie fra i singoli blocchi, impedendo cosi' il reclutamento di ulteriori blocchi e, di conseguenza, limitando la distanza di propagazione dell'onda peristaltica. Al contrario, farmaci in grado di aumentare la liberazione di neurotrasmettitore a livello delle sinapsi eccitatorie fra i singoli blocchi favoriscono il reclutamento di ulteriori blocchi, aumentando quindi la motilita' propulsiva.

Retroperistalsi e vomito

I circuiti nervosi enterici sono in grado di generare propulsione peristaltica in entrambe le direzioni (orale e aborale) lungo il tubo gastroenterico. Nel caso, per esempio, di un'ostruzione a livello dell'intestino crasso, si verifica una retroperistalsi che allontana il contenuto luminale dal punto di ostruzione spingendolo in direzione orale. A un certo punto, la retroperistalsi si arresta e a essa subentra una peristalsi che spinge nuovamente il contenuto luminale in direzione aborale verso il punto di occlusione, cercando quindi di forzarlo. Durante il vomito, si ha retroperistalsi a livello dell'intestino tenue: un'energica motilita' propulsiva origina a livello del digiuno intermedio e si propaga verso lo stomaco. Come nell'ostruzione intestinale, anche in questo caso l'attivita' muscolare e' identica a quella della peristalsi solo che il SNE ne determina la propagazione in senso orale anziche' aborale. Ne consegue il ritorno del contenuto del lume verso lo stomaco, contemporaneamento lo sfintere esofageo inferiore e l'esofago si rilasciano, con incremento della pressione addominale e spinta del contenuto in bocca per il riflesso del vomito.  Il centro del vomito e' localizzato nel bulbo. Sostanze emetiche come l'apomorfina sono in grado di stimolarlo.

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