| |||||||||||||||||||||
SPIJSVERTERINGSSTELSEL: ANATOMIE EN FYSIOLOGIE Dit hoofdstuk bevat de achtergrond informatie over de structuren en functies van het maag-darmstelsel, met nadruk op specifieke kenmerken van de spijsvertering bij cavia's. Deze informatie is nodig om de overige hoofdstukken (pathologie van het spijsverteringsstelsel) te begrijpen. Klik op de links in de onderstaande tabel.
ANATOMIE
Microstructuur/histologie. De doorsnede door de darm is schematisch afgebeeld in Fig. 1. De volgende structuren zijn aanwezig (van binnen naar buiten):
Morfologie/gross anatomie. Twee schema's van het spijsverteringsstelsel zijn afgebeeld in Fig. 3 (mondholte en gebit zijn beschreven in een ander artikel). Fig. 3a gebruikt men enkel ter oriëntatie; het is zeer overzichtelijk maar geeft geen anatomische details en geen topografische ligging van de organen weer. Fig. 3b houdt meer rekening met de werkelijke anatomische kenmerken; het is uiteraard complexer en minder duidelijk. De "ophangbanden", of vliezen die de darmen op hun plaats houden - mesenteria - zijn niet aangegeven. Typische en opvallende eigenschappen van het spijsverteringsstelsel van cavia's zijn:
De werking van de darm is afhankelijk van het goed ontwikkelde en functionerende zenuwstelsel. Het enterische zenuwstelsel is een van de meest complexe neurale structuren in het lichaam. De studie van het darmzenuwstelsel is een zeer groot gebied van de wetenschap; uiteraard behandelen wij hier enkel de hoofdzaken. Het spijsverteringsstelsel staat niet onder willekeurige controle. De darmbeweging wordt volledig autonoom gecontroleerd door het locale (myenterische) zenuwstelsel en het autonome zenuwstelsel met zijn twee hoofdtaken (sympaticus en parasympaticus). Locaal zenuwstelsel. Het spijsverteringsstelsel bezit geen pijnsensoren zoals aanwezig in de huid, slijmvlies, gewrichten enz. De darm zelf is dus niet pijnlijk, en hoeft niet verdoofd te worden tijdens chirurgische ingrepen. De mucosa van de darm (zie boven) bezit echter talrijke gespecialiseerde cellen: strekgevoelige sensoren (mechanosensoren), die informatie verzamelen over de vulling van de darm, en chemoreceptoren die de aanwezigheid van (schadelijke) stoffen, en de veranderingen in de zuur-base balans detecteren. Een voorbeeld is de enterochromaffiene cel, die als reactie op prikkels serotonine (5-HT) vrijstelt. De informatie worden doorgegeven aan de primaire afferente zenuwen (in Fig. 4: rood). Deze stimuleren (via schakelneuronen - blauw) de motorneuronen: excitatorisch (groen) of inhibitorisch (oranje). Excitatorische motorneuronen zorgen voor de contractie van de spierlaag, en de inhibitorische motorneuronen doen de spier ontspannen. Zo ontstaan er de zgn. korte reflexbogen op het niveau van de darm. Bijvoorbeeld: door de aanwezigheid van een voedselbolletje worden de streksensoren geprikkeld. Door de zenuwsignalen gaat de kringvormige spier proximaal van het bolletje samentrekken en distaal van het bolletje ontspannen; tegelijkertijd wordt de overlangse spier samengetrokken. Op deze manier ontstaat er een peristaltische beweging die het voedselbolletje doorduwt (zie ook Fig. 2). De enterische neuronen communiceren met het doelweefsel (spier) met behulp van verschillende chemische signalen (neurotransmitters). De excitatorische neurotransmitters zijn ACh (acetylcholine) en substantie P, en de inhibitorische zijn stikstof oxide (NO) en VIP (vasoactive intestinal peptide).
Darmbeweging gaat ook door in de afwezigheid van voedsel. De gespecialiseerde cellen (de interstitiële cellen van Cajal, ICC - geel in Fig. 4) zorgen voor de basis darmbeweging: de zogenaamde trage golven of de MMC (migrating myoelectric complex). De cellen van Cajal krijgen ook input van de motorneuronen, zodat het bewegingspatroon naar behoefte versneld of vertraagd kan worden. Het locale zenuwstelsel blijft vrijwel altijd werken, ook zonder input van het centrale zenuwstelsel. Echter, de zenuwcellen van de darm zijn zeer kwetsbaar. Bij overmaat aan schadelijke prikkels of bij gebrek aan zuurstof worden ze uitgeschakeld, zodat de darmbeweging stopt. Enkele voorbeelden zijn: de overspanning van de darmwand bij gasvorming (tympanie), de afsnoering van een stukje darm, of de vergiftiging door (bacteriële) toxines. Zo ontstaat er paralytisch ileus (zie Obstipatie). De oorspronkelijke hoeveelheid darmzenuwcellen is afhankelijk van vele (genetische) factoren. Bij sommige dieren is het darmzenuwstelsel zwak aangelegd, waardoor deze dieren last krijgen van verminderde darmbeweeglijkheid. Dit noemen we dysautonomie. Een voorbeeld van een cavia met een zwak aangelegd enterisch zenuwstelsel is een dalmatiner of schimmel (Rn). Bij een homozygoot (uit een kruising Rn x Rn) kan het darmzenuwstelsel zelfs totaal afwezig zijn, waardoor het dier niet levensvatbaar is. Het locale zenuwstelsel wordt beïnvloed door het autonome zenuwstelsel: sympathicus en parasympathicus. Sympathicus. Sympatische zenuwvezels ontspringen in het ruggenmerg ter hoogte van de borst- en lendewervels. De cellichamen zijn gegroepeerd in paravertebrale (de sympatische streng, langs de ruggenwervels) en prevertebrale ganglia. Prevertebrale ganglia liggen in de buurt van de grote bloedvaten. Voor het spijsverteringsstelsel zijn er: ganglion coeliacum en ggl. mesentericum craniale (versmolten tot een grote ggl. soleare rondom de aorta op de plek waar a. mesenterica cranialis ontspringt), en ggl. mesentericum caudale rondom de oorsprong van a. mesenterica caudalis. Vanaf ganglia vertrekken er postganglionaire sympatische vezels naar het hele maag-darmstelsel. Ze beïnvloeden direct de gladde spiercellen en de bloedvaten die bloed naar de darm toevoeren. De postganglionaire vezels zijn adrenerge: ze scheiden noradrenaline uit. Het sympatische zenuwstelsel voert de zogenaamde "fight or flight" reactie uit. Deze reactie wordt uitgelokt door schrik, pijn, honger en overige onaangename en/of gevaarlijke prikkels. Uiteraard worden de verteringsprocessen geremd, omdat spijsvertering niet essentieel is tijdens de verdediging tegen externe gevaren. De effecten van de sympathicus op het spijsverteringsstelsel zijn dus inhibitorisch: de spieren relaxeren (daarom kunnen dieren bij extreme schrik defeceren), en de bloedvaten naar de darm toe vernauwen zodat de bloedtoevoer vermindert. Bij extreme schrik of pijn kan de darm daardoor in zuurstofnood komen. De verminderde darmbeweeglijkheid, die vaak als complicatie bij andere ziektes en/of na de pijnlijke operaties optreedt, is te wijten aan de stimulatie van het sympatische zenuwstelsel. Lees verder in Spijsvertering, Obstipatie. Parasympathicus. Parasympatische vezels ontspringen in de hersenstam (nucleus dorsalis van NX n. vagus) en in de sacrale segmenten van het ruggenmerg. Nervus vagus, de tiende hoofdzenuw, innerveert het grootste deel van het spijsverteringsstelsel: de slokdarm, maag, dunne darm en een belangrijk deel van de dikke darm. Linke en rechte n. vagus verlaten de schedel (via foramen jugulare) en lopen in de halsgroeve samen met de grote bloedvaten. De zenuwen liggen dichtbij de slokdarm; in de borstholte splitst iedere zenuw zich in een dorsale en ventrale tak, en de afgesplitste takken van de linke en de rechte zenuw verenigen weer dorsaal en ventraal van de slokdarm; zo wordt de slokdarm omringd door veel parasympatische zenuwvezels. Een beschadiging van dit netwerk leidt tot serieuze spijsverteringsproblemen, zie Obstipatie. De distale fragmenten van de dikke darm (colon descendens) staan onder controle van de sacrale zenuwen (n. pelvici). De cellichamen liggen in ganglia heel dichtbij de doelorganen. Postganglionaire parasympatische zenuwen geven input aan motorneuronen in het locale darmzenuwstelsel. De vezels zijn cholinerge: ze scheiden ACh (acetylcholine) - een excitatorische neurotransmitter uit. Medicijnen die peristaltiekstoornissen verhelpen verhogen de vrijstelling van ACh: ze bootsen de excitatorische werking van het parasympatische zenuwstelsel na. Een voorbeeld van zo een middel is cisapride (Cisaral). Het parasympatische zenuwstelsel activeert de "rest and digest" reactie van het lichaam. Dit gebeurt als het dier zich comfortabel voelt en veel voeder ter beschikking heeft. De bloedtoevoer naar de darm wordt verhoogd en de peristaltische bewegingen nemen toe. Er worden ook meer spijsverteringssappen uitgescheiden. Deze rustreactie wordt heel snel vernietigd door pijn, schrik of stress. FYSIOLOGIE Cavia's zijn obligate herbivoren (verplichte planteneters) en zogenaamde hindgut fermenters. Het laatste betekent dat de fermentatie van plantaardige materialen in hun achterdarm (blinde en dikke darm) plaatsvindt. Gemiddelde voedselinname is 50-60 g droge stof per kg lichaamsgewicht per dag. Willekeurige waterinname bij droogvoer dieet is 100-150 ml per dag; dit is eigenlijk te laag en kan tot problemen leiden (zie discussie in het hoofdstuk Obstipatie). Bij een groenterijk dieet zal de waterinname hoger liggen, want een volwassen cavia kan gemakkelijk 200-300 g verse groente per dag opeten. BASISPRINCIPES VAN DUNNE DARM VERTERING De eerste etappes van spijsvertering bij cavia's zijn nagenoeg hetzelfde als bij andere diersoorten. De vertering van zetmeel begint al in de mond (speeksel amylase). Het opgenomen voedsel wordt voorverwerkt in de maag. Het zure milieu (pH = 3-4, zoutzuur) denatureert de eiwitten en inactiveert het grootste deel van micro-organismen. Het enzyme pepsine (soms "lebferment" genaamd) knipt de eiwitten in kleinere fragmenten (peptiden). De voedselbrij (chymus) schuift door naar het duodenum en het zuur wordt geneutraliseerd door alkalische secreties van de lever (gal) en pancreas (pancreas sap met eiwit-, vet- en koolhydraatafbrekende enzymen). De vertering van alle basis voedingsstoffen gebeurt hoofdzakelijk in de dunne darm:
De meeste opgenomen stoffen gaan via het bloedvaten stelsel (portaal systeem) naar de lever waar ze verwerkt en eventueel onschadelijk gemaakt worden (dit geldt voor giftige stoffen). Korte-keten vetzuren (korter dan 14 koolstof atomen) en de meeste glycerol moleculen gaan ook direct naar de lever. Lange-keten vetzuren (langer dan 14 koolstof atomen, zoals in de meeste diëtaire vetten behalve melk) worden opnieuw veresterd met glycerol, daarna verpakt in vetbolletjes (chylomicronen) en vervoerd via het lymfevatensysteem. Deze gaan dus direct in de bloedsomloop; de bewerkingsstappen in de lever worden overgeslagen. Dit heeft veel consequenties:
BASISPRINCIPES VAN FERMENTATIE Stoffen die niet verteerd en opgenomen worden in de dunne darm, schuiven door naar de blinde darm. Deze stoffen zijn: oplosbare en onoplosbare vezels, en het overschot aan onverteerde voedingsstoffen (suikers, vetten enz.). Voor de optimale werking van de achterdarm is het belangrijk dat de laatste fractie laag blijft. Grote hoeveelheden zetmeel, suiker, eiwit en vet zijn ongewenst in de dikke darm (zie verder). Flora. Fermentatie (afbrak onder zuurstofarme omstandigheden) van celstof en complexe koolhydraten is mogelijk dankzij de werking van de symbiotische bacteriële flora. Bacteriële activiteit is het hoogst in de blinde darm en in het eerste deel van de dikke darm (colon ascendens). De gezonde flora bestaat uit obligaat anaerobe of facultatief anaerobe species (micro-organismen die of helemaal geen zuurstof verdragen, of zowel in zuurstofrijke als in zuurstofarme omstandigheden kunnen groeien). De belangrijkste species zijn: Ruminococcus spp., Bacteroides spp., Lactobacillus spp. (L. plantarum, L. fermentum), Bifidobacterium spp. De gezonde darmflora is veelal Gram-positief (behalve Bacteroides); de meeste ziektekiemen zijn Gram-negatief. Verschillende bacteriële stammen houden elkaar in balans en vervullen verschillende functies:
Voedingsstoffen. De producten van de fermentatie (acetaat en propionaat) noemt men de korte-keten vetzuren. Deze worden opgenomen in de dikke darm en verwerkt in de lever. Ze dienen als energiebron of als precursor van andere vetzuren, vetten (acetaat) en glucose (propionaat). Bij de optimaal functionerende flora worden er vooral cellulose en andere vezels afgebroken; het vrijkomende acetaat is dus de belangrijkste energiebron. Vezels zijn essentieel in de voeding: de onoplosbare vezels verhogen de darmbeweeglijkheid (door het stimuleren van de peristaltiek in de dunne darm), de oplosbare vezels houden water vast in de darm, en behouden een neutraal of evt. licht alkalisch milieu dat gunstig is voor de darmlediging. Als het voer weinig cellulose en veel zetmeel en suiker bevat, zullen er voornamelijk zetmeel en suiker gefermenteerd worden. De resultaten zijn: verschuiving van de bacteriële flora (naar de zetmeel-fermenterende soorten) en verzuring van het caecum en de dikke darm. Zetmeelrijke voeding en darmverzuring worden geassocieerd met chronische verstopping (zie Obstipatie). De gezonde bacteriële flora produceert veel hoogwaardige eiwitten; dit zijn de structurele eiwitten van de micro-organismen zelf. Deze eiwitten bevatten zogenaamde essentiële aminozuren: aminozuren die het dier nodig heeft, maar niet zelf kan aanmaken. Voorbeelden zijn lysine en methionine. De bacteriën maken ook vitamines B en K, organische zuren en essentiële vetzuren aan. Deze stoffen kunnen niet volledig opgenomen worden uit de dikke darm; ze worden dus grotendeels uitgescheiden in de faeces. Om de waardevolle nutriënten te kunnen benutten, eten alle gezonde cavia's hun ontlasting op (cavia's zijn coprofaag). Coprofagie houdt ook de gezonde flora in stand. Een cavia die geen keutels opeet krijgt snel gebreksziekten en darmstoornissen. Meestal worden er twee soorten ontlasting geproduceerd (zoals bij konijnen): zachtere keutels die meteen opgegeten worden, en harde keutels die blijven liggen. Zachte keutels worden soms blinde-darmkeutels of caecotrofen genoemd; caecotrofen zijn zeer rijk aan eiwit en overige voedingsstoffen. Harde keutels bevatten nog steeds veel voedingsstoffen en gezonde bacteriën. Keutels van een gezonde cavia zijn dus geschikt als probiotica voor diertjes met spijsverteringsstoornissen (zie hoofdstuk Herstel en nazorg).
Gas. Een belangrijk bijproduct van fermentatie is gas. De normaal functionerende darmflora produceert tot 1 l gas per uur (!) waarvan ongeveer 80% koolstof dioxide (CO2) en 20% methaan (CH4). De exacte hoeveelheden hangen af van het dieet. Uiteraard moet al dit gas uitgescheiden worden. Water-oplosbare gassen zoals CO2 kunnen deels uit de darm naar het bloed diffunderen. Maar de meeste fermentatiegassen, eventueel samen met de ingeslikte lucht, moeten het lichaam verlaten via wind (flatus). Een gezonde cavia zal heel vaak wind laten. Als dit omwille van verstopping niet kan, ontstaat er trommelzucht (zie Gaskoliek). Pathogenen. Het caecum en vooral de dikke darm bevatten kleine hoeveelheden schadelijke bacteriën zoals Clostridium spp. (vooral C. difficile en perfringens) en E. coli. Clostridia zijn zeer bestendig tegen chemische invloeden. Ze fermenteren zowel simpele suikers als eiwitten. Bij een suiker- en eiwitrijk dieet zijn ze in het voordeel. Clostridia produceren boterzuur (butyraat), en verschillende afbraakproducten van eiwitten (rottingsproducten, bv de zgn. biogene amines, zwavelwaterstof). Deze substanties zijn verantwoordelijk voor een zeer onaangename geur van de ontlasting. Boterzuur komt in het bloed terecht en interfereert (meestal ongunstig) met de stofwisseling van koolhydraten. In normale situaties worden alle ziektekiemen onderdrukt door de gezonde flora; zo niet dan ontstaat er dysbacteriose (zie Infecties en zoönosen). Meeste ziektekiemen groeien liever in alkalisch milieu (hoge pH), bv als er veel ammoniak aanwezig is in de darm. Dit gebeurt o.a. bij uraemie - nierfalen, daarom gaat nierfalen veelal samen met bacteriële diarree. Lactobacilli maken de ziektekiemen kapot en doen de pH weer dalen. Zuur-base balans van de blinde en dikke darm moet zeer precies ingesteld worden: afwijkingen beide kanten op zijn ongewenst. De normale range is 6.4-6.8. Verzuring - te lage pH, zoals bij een zetmeel- en suikerrijk dieet, is ongunstig voor de darmpassage en kan tot verstopping leiden. Te hoge pH kan de groei van schadelijke bacteriën bevorderen en diarree veroorzaken. Verstoringen van het zuur-base evenwicht komen heel vaak voor en leiden tot serieuze problemen. Waterhuishouding. De voedselbrij is zeer vloeibaar: in meeste onderdelen van het spijsverteringsstelsel zit er 80-85% water. Het epitheel van de dikke darm is rijk aan ionenpompen, die de zouten (elektrolyten) uit de darm opnemen. In de dikke darm wordt er water onttrokken; dit gebeurt omdat water altijd passief de zouten volgt. De keutels worden gevormd in colon transversum, ongeveer 30 cm distaal van de blinde darm. De (redelijk droge) keutels moeten dus nog 70 cm darmlengte passeren vooraleer ze uitgescheiden worden via de anus; de dikke darm bezit geen actief mechanisme om dit proces te versnellen. U begrijpt meteen dat iedere verstopping, of teveel water resorptie in de dikke darm zeer gevaarlijk kan worden. In de kliniek vindt u vaak obstructies van plantaardige afkomst (fytobezoars) in de hele dikke darm, maar met name in het eerste stuk van colon decendens (ansa, het kronkelige deel, zie Fig. 3b). Dit wordt verder besproken in het hoofdstuk Obstipatie. Ontlasting. De normale keutels zijn ca. 1 cm lang, niet te droog maar ook niet te plakkerig, bruin van kleur en neutraal van geur. Er mag geen bloed of slijm in zitten. De ontlasting die de cavia opeet (zie boven) kan iets zachter en sterker van geur zijn; dit is normaal. De cavia maakt deze ontlasting aan als ze zich ontspannen voelt (dik gebeurt dikwijls op de schoot). Controleer altijd of uw cavia genoeg mest aanmaakt. Als u een dag lang geen verse keutels in de hok vindt, is er mogelijk een serieus probleem. REFERENTIES Bitzinger NH, 2008, Abdominale Sonographie beim Meerschweinchen, afstudeerscriptie, Ludwig-Maximilians-Universität München. Dehority BA, 1977, Cellulolytic Cocci Isolated from the Cecum of Guinea Pigs (Cavia porcellus), Applied and Environmental Microbiology 33(6): 1278-1283 Holtenius K, Björnhag G, 1985, The colonic separation mechanism in the guinea-pig (Cavia porcellus) and the chinchilla (Chinchilla laniger), Comparative Biochemistry and Physiology Part A 82(3): 537-42 Merchant HA et al., 2010, Assessment of gastrointestinal pH, fluid and lymphoid tissue in the guinea pig, rabbit and pig, and implications for their use in drug development, Eur. J. Pharm. Sci., doi:10.1016/j.ejps.2010.09.019 Popesko P, Rajtova V, Horak J, A Colour Atlas of Anatomy of Small Laboratory Animals, vol. 1 Rabbit, Guinea Pig, Saunders publishing 2002. Stevens CE, Hume, ID, 1995, Comparative Physiology of the Vertebrate Digestive System, 2nd ed. New York: Cambridge University Press. Worthington JM, Fulghum RS, 1988, Cecal and Fecal Bacterial Flora of the Mongolian Gerbil and the Chinchilla, Applied and Environmental Microbiology 54(5): 1220-1215 Timmermans J-P, Scheuermann DW, Stach W, Adriaensen D, De Groodt-Lasseel MHA, 1992, Functional Morphology of the Enteric Nervous System with Special Reference to Large Mammals, European Journal of Morphology 30: 113-122. Tsukahara T, Ushida K, 2000, Effects of animal or plant protein diets on cecal fermentation in guinea pigs (Cavia porcellus), rats (Rattus norvegicus) and chicks (Gallus gallus domesticus), Comparative Biochemistry and Physiology Part A 127: 139-146 | |||||||||||||||||||||
|