Hoofdstuk 21: het spijsverteringsstelsel
Een shotgun-wond in de maag lijkt een onwaarschijnlijk begin van het wetenschappelijke onderzoek van
spijsverteringsprocessen. Maar in 1822, in Fort Mackinac, ontsnapte een jonge Canadese pelsjager
genaamd Alexis St. Martin ternauwernood aan de dood toen een pistool op een meter afstand van hem
afvuurde, zijn borst en buik openscheurde en een gat in zijn maagwand achterliet. Chirurg William
Beaumont van het Amerikaanse leger bezocht St. Martin en verpleegde hem 2 jaar lang tot hij weer beter
was.
De gapende wond van de maag genas niet goed, waardoor er een fistel of opening in het lumen
achterbleef. St. Martin was arm en niet in staat voor zichzelf te zorgen, dus Beaumont hield St. Martin in
zijn familie met als speciaal doel fysiologische experimenten te doen." In een juridisch document stemde
St. Martin er zelfs mee in om “te gehoorzamen, te lijden en te voldoen aan alle redelijke en juiste
experimenten van genoemde William [Beaumont] met betrekking tot . . . het tentoonstellen. . . van zijn
maag en de kracht en eigenschappen. . . en toestanden van de inhoud daarvan.”
Beaumonts observaties over de spijsvertering en over de toestand van de maag van St. Martin onder
verschillende omstandigheden veroorzaakten een sensatie. In 1832, net voordat de waarnemingen van
Beaumont werden gepubliceerd, was de aard van maagsap {gaster, maag} en de spijsvertering in de maag
een onderwerp van veel discussie. De zorgvuldige observaties van Beaumont hielpen veel bij het oplossen
van het mysterie. Zoals oude artsen urine proefden bij het stellen van een diagnose, proefde Beaumont
het slijmvlies van de maag en de maagsappen. Hij beschreef ze allebei als "zoutachtig", maar het slijm was
helemaal niet zuur en het maagsap was erg zuur. Beaumont verzamelde grote hoeveelheden maagsap
door de fistel, en in gecontroleerde experimenten bevestigde hij dat maagsap vlees verteerde, met behulp
van een combinatie van zoutzuur en een andere actieve factor die nu bekend staat als het enzym pepsine.
Deze observaties en andere over motiliteit en spijsvertering in de maag werden de basis van wat we weten
over spijsverteringsfysiologie. Hoewel onderzoek tegenwoordig meer op cellulair en moleculair niveau
wordt uitgevoerd, creëren onderzoekers nog steeds chirurgische fistels bij proefdieren om de inhoud van
het spijsverteringskanaal te observeren en te bemonsteren.
Waarom is het spijsverteringsstelsel - ook wel het gastro-intestinale systeem {intestinus, intern} genoemd
- zo interessant? De reden is dat gastro-intestinale ziekten tegenwoordig verantwoordelijk zijn
voor bijna 10% van het geld dat aan gezondheidszorg wordt uitgegeven. Veel van deze aandoeningen,
zoals brandend maagzuur, indigestie, gasvorming en obstipatie, zijn eerder hinderlijk dan grote
gezondheidsrisico's, maar hun betekenis mag niet worden onderschat. Ga een willekeurige drogisterij
binnen en kijk naar het aantal vrij verkrijgbare medicijnen voor spijsverteringsstoornissen om een idee te
krijgen van de impact die spijsverteringsziekten hebben op onze samenleving. In dit hoofdstuk
onderzoeken we het maagdarmstelsel en de opmerkelijke manier waarop het voedsel dat we eten omzet
in voedingsstoffen voor het lichaam.
21.1 Anatomie van het spijsverteringsstelsel
Het spijsverteringsstelsel begint met de mondholte (mond en keelholte), die dient als opvangbak voor
voedsel (Fig. 21.1a). Doorgeslikt voedsel komt het maagdarmkanaal (MDK-kanaal) binnen, bestaande uit
slokdarm, maag, dunne darm en dikke darm. Het deel van het maagdarmkanaal dat van de maag naar de
anus loopt, wordt ook wel de darm genoemd.
Spijsvertering, de chemische en mechanische afbraak van voedsel, vindt voornamelijk plaats in het lumen
van de darm. Onderweg worden secreties aan het doorgeslikte voedsel toegevoegd door secretoire
epitheelcellen en door accessoire klierorganen, waaronder de speekselklieren, de lever, de galblaas en de
pancreas. Het soepachtige mengsel van voedsel en secreties staat bekend als chymus/maagbrij.
Het maagdarmkanaal is een lange buis met gespierde wanden bekleed met secretoir en transporterend
epitheel [p. 111]. Met tussenpozen langs het kanaal functioneren ringen van spieren als kringspieren om
de buis in segmenten met afzonderlijke functies te scheiden. Voedsel beweegt door het kanaal
voortgestuwd door golven van spiercontractie.
De producten van de spijsvertering worden geabsorbeerd door het darmepitheel en gaan de interstitiële
vloeistof in. Van daaruit, verplaatsen ze naar het bloed of de lymfe voor distributie door het hele lichaam.
,Ieder afval dat achterblijft in het lumen aan het einde van het maagdarmkanaal verlaat het lichaam via een
opening die de anus wordt genoemd.
Omdat het spijsverteringssysteem zich opent naar de buitenwereld, maken het kanaallumen en de inhoud
ervan eigenlijk deel uit van de externe omgeving. (Denk aan een gat dat door het midden van een kraaltje
gaat.) [Fig. 1.2, p. 40] Hierdoor kan een verbazingwekkende verscheidenheid aan bacteriën in het lumen
leven, vooral in de dikke darm. De opstelling wordt meestal beschreven als een commensale relatie,
waarbij de bacteriën profiteren van een woon- en voedselvoorziening, terwijl het menselijk lichaam niet
wordt aangetast. We ontdekken echter manieren waarop het lichaam profiteert van zijn bacteriële
bewoners. De relatie tussen mensen en hun bacteriële microbioom is tegenwoordig een veelbesproken
onderwerp in de fysiologie, en aan het einde van dit hoofdstuk leer je er meer over.
Het spijsverteringsstelsel is een buis
In de mondholte beginnen de eerste stadia van de spijsvertering met kauwen en de afscheiding van
speeksel door drie paar speekselklieren: sublinguale klieren onder de tong, submandibulaire klieren onder
de onderkaak (kaakbot) en parotisklieren die dichtbij het kaakgewricht liggen (Fig. 21.1b). Doorgeslikt
voedsel komt terecht in de slokdarm, een smalle buis die door de thorax naar de buik loopt (Fig. 21.1a).
De slokdarmwanden zijn eerst skeletspieren, maar gaan ongeveer tweederde van de lengte over in gladde
spieren. Net onder het diafragma eindigt de slokdarm in de maag, een zakachtig orgaan dat maar liefst 2
liter voedsel en vocht kan bevatten wanneer het volledig (onaangenaam) uitgezet is.
De maag bestaat uit drie delen: de bovenste fundus, het centrale lichaam en het onderste antrum (Fig.
21.1c). De maag vervolgt de spijsvertering die in de mond begon door voedsel te mengen met zuur en
enzymen om chymus te creëren. De pylorus {poortwachter} of opening tussen de maag en de dunne darm
wordt afgeschermd door de pylorusklep. Deze verdikte band van glad spierweefsel ontspant om slechts
kleine hoeveelheden chymus per keer door te laten naar de dunne darm.
De maag werkt als tussenpersoon tussen de gedragshandeling van eten en de fysiologische gebeurtenissen
van spijsvertering en absorptie in de darm. Geïntegreerde signalen en feedbacklussen tussen de darm en
,de maag reguleren het tempo waarmee maagbrij de twaalfvingerige darm binnenkomt. Dit zorgt ervoor
dat de darm niet wordt overspoeld met meer chymus dan het kan verteren en opnemen.
De meeste vertering vindt plaats in de dunne darm, die uit drie delen bestaat: de twaalfvingerige darm
(de eerste 25 cm), jejunum en ileum (de laatste twee samen zijn ongeveer 260 cm lang). De spijsvertering
wordt uitgevoerd door intestinale enzymen, geholpen door exocriene secreties van twee accessoire
klierorganen: de alvleesklier en de lever (Fig. 21.1a). Secreties van deze twee organen komen via
afvoerbuizen het eerste deel van de twaalfvingerige darm binnen. Een tonisch samengetrokken kringspier
(de sluitspier van Oddi) zorgt ervoor dat alvleeskliervocht en gal de dunne darm niet binnendringen,
behalve tijdens een maaltijd.
De spijsvertering eindigt in de dunne darm en bijna alle verteerde voedingsstoffen en uitgescheiden
vloeistoffen worden daar geabsorbeerd, waardoor er ongeveer 1,5 liter chymus per dag overblijft om in de
dikke darm terecht te komen (Fig. 21.1a). In het colon - het proximale deel van de dikke darm - verandert
waterige chymus in halfvaste ontlasting {faeces, bezinksel} terwijl water en elektrolyten uit de maagbrij
worden opgenomen in de extracellulaire vloeistof (ECV).
Wanneer ontlasting in het eindgedeelte van de dikke darm wordt gedreven, bekend als het rectum,
veroorzaakt uitzetting van de rectumwand een ontlastingsreflex. Uitwerpselen verlaten het
maagdarmkanaal via de anus, met zijn externe anale sluitspier van skeletspierweefsel, die onder bewuste
controle staat.
Bij een levend persoon is het spijsverteringsstelsel van mond tot anus ongeveer 450 cm lang! Van deze
lengte bestaat 395 cm uit de dikke en dunne darm. Probeer je 4 meter touw voor te stellen, variërend van
3 tot 8 cm in doorsnede, allemaal opgerold in je buik vanaf de navel naar beneden. De strakke indeling van
de buikorganen helpt verklaren waarom je de behoefte voelt om je riem los te maken na het eten van een
grote maaltijd.
Metingen van de darmlengte tijdens autopsies zijn bijna het dubbele van die hier zijn gegeven, omdat na
de dood de longitudinale spieren van het darmkanaal ontspannen. Deze ontspanning verklaart de grote
variatie in darmlengte die je in verschillende verwijzingen kunt tegenkomen.
De wand van het maagdarmkanaal heeft vier lagen
De basisstructuur van de maagdarmwand is hetzelfde in de maag en darmen, hoewel er variaties zijn van
het ene deel van het maagdarmkanaal tot het andere (Fig. 21.1e, f). De darmwand is verfrommeld tot
plooien om het oppervlak te vergroten. Deze plooien worden rugae in de maag genoemd en plicae in de
dunne darm. Het darmslijmvlies steekt ook uit in het lumen in kleine vingervormige uitlopers die villi
worden genoemd (Fig. 21.1f). Extra oppervlak wordt toegevoegd door buisvormige instulpingen van het
oppervlak die zich uitstrekken tot in het ondersteunend bindweefsel. Deze invaginaties worden
maagklieren in de maag en crypten in de darm genoemd. Sommige van de diepste invaginaties vormen
secretoire submucosale klieren die via afvoerbuizen in het lumen uitkomen.
De darmwand bestaat uit vier lagen: (1) een binnenste slijmvlies dat naar het lumen is gericht, (2) een laag
die bekend staat als de submucosa, (3) lagen van glad spierweefsel die gezamenlijk bekend staan als de
muscularis externa, en (4) een bekleding van bindweefsel genaamd de serosa.
Mucosa De mucosa, de binnenbekleding van het maagdarmkanaal, heeft drie lagen: een enkele laag
slijmvliesepitheel die naar het lumen is gericht; de lamina propria, subepitheliaal bindweefsel dat het
epitheel op zijn plaats houdt; en de muscularis mucosae, een dunne laag glad spierweefsel. Verschillende
structurele aanpassingen vergroten de hoeveelheid mucosaal oppervlak om de absorptie te verbeteren.
1. Het slijmvliesepitheel is het meest variabele onderdeel van het maagdarmkanaal en verandert van sectie
tot sectie. De cellen van het slijmvlies omvatten transporterende epitheelcellen (in de dunne darm
enterocyten genoemd), endocriene en exocriene secretoire cellen en stamcellen. Aan het mucosale
(apicale) oppervlak van het epitheel [p. 113] scheiden cellen ionen, enzymen, slijm en paracrien moleculen
af in het lumen. Op het serosale/sereuze (basolaterale) oppervlak van het epitheel komen stoffen die
worden geabsorbeerd uit het lumen en moleculen die worden uitgescheiden door epitheelcellen de ECV
binnen.
, De cel-tot-cel verbindingen die maagdarm-epitheelcellen met elkaar verbinden variëren [p. 109]. In de
maag en de dikke darm vormen de verbindingen een dichte barrière zodat er weinig tussen de cellen kan
passeren. In de dunne darm zijn de verbindingen niet zo strak. Dit darmepitheel wordt als "lekkend"
beschouwd omdat een beetje van het water en een beetje van de opgeloste stoffen tussen de cellen kan
worden geabsorbeerd (de paracellulaire weg) in plaats van er doorheen. We weten nu dat deze
verbindingen plasticiteit hebben en dat hun "nauwheid" en selectiviteit tot op zekere hoogte kunnen
worden gereguleerd.
Maagdarm-stamcellen zijn snel delende, ongedifferentieerde cellen die continu nieuw epitheel
produceren in de crypten en maagklieren. Als stamcellen delen, worden de nieuw gevormde cellen naar
het luminale oppervlak van het epitheel geduwd. De gemiddelde levensduur van een maagdarm-
epitheelcel is slechts een paar dagen, een goede indicatie van het ruige leven dat dergelijke cellen leiden.
Net als bij andere soorten epitheel, maken de snelle turnover en celdeling in het maagdarmkanaal deze
organen gevoelig voor het ontwikkelen van kanker. In 2013 waren kanker van de dikke darm en het
rectum (colorectale kanker) de op een na belangrijkste doodsoorzaak door kanker in de Verenigde Staten.
Het sterftecijfer daalt overigens geleidelijk door meer screeningsonderzoeken en betere behandelingen.
2. De lamina propria is subepitheliaal bindweefsel dat zenuwvezels en kleine bloed- en lymfevaten bevat.
Opgenomen voedingsstoffen komen hier in het bloed en de lymfe terecht (Fig. 21.1e). Deze laag bevat ook
rondzwervende immuuncellen, zoals macrofagen en lymfocyten, die patrouilleren voor indringers die
binnendringen via beschadigingen in het epitheel.
In de darm vormen verzamelingen lymfoïde weefsel die grenzen aan het epitheel kleine knobbeltjes en
grotere Peyerse platen die zichtbare bobbels in het slijmvlies veroorzaken (Fig. 21.1f). Deze lymfoïde
opeenhopingen vormen een belangrijk onderdeel van het darm geassocieerde lymfoïde weefsel (GALT).
3. De muscularis mucosae, een dunne laag glad spierweefsel, scheidt de lamina propria van de submucosa.
Contracties van spieren in deze laag verandert het effectieve oppervlak voor absorptie door de villi heen
en weer te bewegen, zoals de wuivende tentakels van een zeeanemoon.
Submucosa De submucosa is de middelste laag van de darmwand. Het bestaat uit bindweefsel waar
grotere bloed- en lymfevaten doorheen lopen (Fig. 21.1e, f). De submucosa bevat ook de submucosale
plexus {plexus, verweven}, een van de twee belangrijkste zenuwnetwerken van het enterische
zenuwstelsel [p. 262]. De submucosale plexus (ook wel plexus van Meissner genoemd) innerveert cellen in
de epitheellaag en gladde spieren van de muscularis mucosae.
Muscularis Externa De buitenwand van het maagdarmkanaal, de muscularis externa, bestaat
voornamelijk uit twee lagen glad spierweefsel: een binnenste circulaire laag en een buitenste longitudinale
laag (Fig. 21.1d, f). Contractie van de circulaire laag verkleint de diameter van het lumen. Contractie van de
longitudinale laag verkort de buis. De maag heeft een onvolledige derde laag van schuine spieren tussen
de circulaire spieren en de submucosa (Fig. 21.1e).
Het tweede zenuwnetwerk van het enterische zenuwstelsel, de myenterische plexus {myo-, spier +
enteron, darm}, ligt tussen de longitudinale en circulaire spierlagen. De myenterische plexus (ook wel
plexus van Auerbach genoemd) regelt en coördineert de motorische activiteit van de muscularis externa.
Serosa De buitenste laag van het gehele spijsverteringskanaal, de serosa, is een bindweefselmembraan dat
een voortzetting is van het peritoneale membraan (peritoneum) dat de buikholte bekleedt [p. 95]. Het
peritoneum vormt ook bladen van mesenterium die de darmen op hun plaats houden, zodat ze niet
verstrengeld raken terwijl ze bewegen.
Het volgende gedeelte is een korte blik op de vier processen van secretie, spijsvertering, absorptie en
motiliteit. Gastro-intestinale fysiologie is een snel groeiend vakgebied en dit handboek probeert niet
allesomvattend te zijn. In plaats daarvan richt het zich op geselecteerde brede aspecten van de
spijsverteringsfysiologie.
