Per motilità gastrointestinale s'intende l'insieme dei movimenti cui va
incontro la parete dei vari organi cavi di cui è costituito il sistema
gastrointestinale: questi movimenti sono la risultante dell'azione integrata di
vari tessuti e tipi cellulari presenti nei diversi organi. La motilità
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.
L'organizzazione dell'attività muscolare per i vari tipi d'attività motorie proprie del sistema gastrointestinale è operata dal sistema nervoso, la cui attività è 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'attività 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 è striata nella bocca, nella faringe, nell'esofago superiore e nel pavimento pelvico (sfintere anale esterno), mentre a tutti gli altri livelli del sistema gastrointestinale è 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'attività elettrica spontanea, cui si associa attività contrattile che è pertanto puramente miogena.
La muscolatura liscia gastroenterica presenta una notevole eterogeneità di
frequenza contrattile: in alcune zone (come corpo dell'esofago, antro gastrico,
intestino tenue) le cellule muscolari hanno la peculiarità 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'attività propria
delle cellule muscolari lisce.
Il Sistema nervoso enterico è 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 è un sistema integrativo indipendente dotato di neuroni
sensoriali, interneuroni, neuroni motori, vie riflesse e schemi motori. La sua
attività è modificata dalla innervazione estrinseca.
L'attività motoria dei vari organi del sistema gastrointestinale è organizzata
in modo da garantire la specifica funzione di ciascun singolo organo. Questo
comporta che l'attività motoria dell'esofago sia diversa da quella dello
stomaco, che a sua volta differisce da quella dell'intestino. In ogni caso, la
motilità dei differenti organi è sempre la risultante dell'attività coordinata
di contrazione e rilasciamento della muscolatura propria di quell'organo.
Inattività contrattile è 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.
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 attività elettrica di
controllo o potenziali pacesetter) che sono alla base dell'attività 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 più 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 può,
quindi, essere superiore a quella delle onde elettriche lente in quella
regione, mentre può 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 è determinata dall'attività 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 sà sempre attivo) può 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 attività, per cui la contrazione mu-scolare
può 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 è necessaria l'apertura degli sfinteri stessi in
coordinazione con gli eventi contrattili delle regioni adiacenti (Fig. 56.4).
Secondo la teoria oggi più accreditata, la sequenza di eventi che porta alla
genesi e propagazione delle onde elettriche lente può 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'attività 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 è la risultante della corrente di Ca2+ attraverso i canali
voltaggio-dipendenti, mentre la fase di plateau è la risultante della corrente
pacemaker), cioè di onde di eccitabilità che si propagano attivamente
attraverso la rete di cellule interstiziali di Cajal e raggiungono
elettro-tonicamente le cellule muscolari lisce.
La frequenza delle onde elettriche lente varia lungo il tubo gastroenterico. Nello stomaco distale tale frequenza è di 3 onde min"1: l'antro gastrico non può 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 è massima e ha il valore di 16-18 onde min-1) all'ileo terminale (dove la frequenza è 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 è minima nel cieco e colon prossimale (6 onde min-1) ed è 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.
La motilità gastrointestinale è 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.
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 è essenzialmente l'acetilcolina (ACh).
L'aumento dell'attività nervosa parasimpatica ha azione prevalentemente
eccitatoria. La stimolazione del nervo vago aumenta, infatti, la contrazione
della muscolatura liscia, oltre a incrementare l'attività secretoria gastrica,
pancreatica e intestinale. Cionondimeno l'attività parasimpatica
esercita anche alcune significative influenze inibitorie, come il rilasciamento
dello sfintere esofageo inferiore e il rilasciamento recettivo dello stomaco.
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 è 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 motilità. 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.
Le funzioni motorie del sistema gastrointestinale comprendono propulsione,
triturazione/rimescolamento e funzione di serbatoio. L'attività propulsiva è
alla base del movimento controllato del materiale luminale di derivazione
esogena (alimenti) ed endogena (secrezioni) lungo il tubo gastroenterico. In
particolare, l'attività propulsiva determina la
propulsione del materiale alimentare in senso aborale a una velocità adeguata
ad assicurarne l'ottimale digestione e assorbimento e assicura che il
materiale di scarto (feci) venga eliminato all'esterno (defecazione). L'attività 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'attività 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 è tipica dello stomaco e dell'intestino crasso. Il
corpo dello stomaco è 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.
Ciascuna sezione del sistema gastrointestinale esercita varie attività motorie
il cui tipo e intensità 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 più
importanti d'attività motoria presenti nel tratto gastroenterico sono la
peristalsi, la segmentazione ritmica e la contrazione tonica. La peristalsi è
un'onda di contrazione il cui risultato finale è 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.
L'attività motoria che garantisce la propulsione del contenuto luminale
nell'esofago e nell'intestino sia tenue sia crasso è 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'attività peristaltica, la muscolatura della
parete gastrointestinale presenta un comportamento stereotipato determinato
dall'attività 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:
è questa l'attività del segmento recettivo, cioè 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. è questa l'attività del segmento
propulsivo, cioè 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'attività peristaltica (organizzata appunto in segmenti propulsivi e
recettivi) lungo il tubo gastroenterico.
La formazione dei segmenti propulsivo e recettivo (cioè
il riflesso peristaltico) può 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 è
analoga a quella dei riflessi spinali. Nel caso del riflesso peristaltico il
circuito di base è costituito dalle connessioni sinaptiche tra neuroni
sensoriali intrinseci, interneuroni e neuroni motori. Questo circuito di base si
riscontra in tutti i quadri di motilità 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 è 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 motilità propulsiva.
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 motilità propulsiva origina a livello del digiuno intermedio e si propaga verso lo stomaco. Come nell'ostruzione intestinale, anche in questo caso l'attività muscolare è identica a quella della peristalsi solo che il SNE ne determina la propagazione in senso orale anzichè 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 è localizzato nel bulbo. Sostanze emetiche come l'apomorfina sono in grado di stimolarlo.