Regulation der Magensäuresekretion
Wie Acetylcholin, Gastrin und Histamin die Salzsäuresekretion der Belegzelle antreiben und wie Säure im Antrum sie wieder bremst.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Säuresekretion der Belegzelle wird nerval durch Acetylcholin, endokrin durch Gastrin und parakrin durch Histamin gesteigert. Gemeinsame Endstrecke ist die \(\ce{H+}\)/\(\ce{K+}\)-ATPase.
- Gastrin aus den G-Zellen des Antrums stimuliert die HCl-Sekretion vor allem indirekt, indem es an ECL-Zellen die Histaminfreisetzung fördert.
- Histamin wirkt parakrin über den \(H_2\)-Rezeptor und cAMP. \(H_2\)-Antagonisten wie Famotidin senken die Säure.
- Der Vagus stimuliert über Acetylcholin am \(M_3\)-Rezeptor, über Histamin, über GRP-vermittelte Gastrinfreisetzung und durch Hemmung der D-Zelle. Atropin blockiert \(M_3\) und senkt die Säure.
- Ein niedriger pH im Antrum aktiviert D-Zellen zur Somatostatin-Freisetzung. Dadurch sinken Gastrin und HCl-Produktion.
Worum es geht
Die Belegzellen des Magens geben Salzsäure ab, aber nur so viel, wie die Verdauung gerade braucht. Drei Botenstoffe treiben sie an, und eine Rückkopplung über den pH-Wert bremst sie. Genau an diesen Signalen setzen Arzneistoffe wie Famotidin, Omeprazol und Atropin an.
Steuerung im Überblick
Die Belegzelle sitzt in den Drüsen von Fundus und Corpus. Ihren Aufbau und ihre Protonenpumpe kennst du aus den Zellen der Magenschleimhaut. Hier geht es darum, wer ihr sagt, wann sie pumpen soll.
Aktive Abgabe von \(\ce{H+}\) durch die \(\ce{H+}\)/\(\ce{K+}\)-ATPase der Belegzelle ins Magenlumen. Zusammen mit \(\ce{Cl-}\) entsteht dort Salzsäure mit einem pH-Wert um 1 bis 2.
Die Belegzelle hört auf drei Signale, die sie auf drei verschiedenen Wegen erreichen. Man kann sich drei Zuflüsse vorstellen, die in denselben Kanal münden. Alle drei steigern am Ende die Aktivität der Protonenpumpe. Sie ist die gemeinsame Endstrecke.
| Signal | Herkunft | Weg | Rezeptor an der Belegzelle |
|---|---|---|---|
| Acetylcholin | Vagusfasern über das enterische Nervensystem | nerval | \(M_3\) (muscarinisch) |
| Gastrin | G-Zellen im Antrum | endokrin über das Blut | \(CCK_2\) |
| Histamin | ECL-Zellen in der Drüsenwand | parakrin | \(H_2\) |
Die Signale wirken nicht unabhängig. Gastrin und Acetylcholin setzen zusätzlich Histamin frei, und Histamin verstärkt ihre Wirkung. Wie die Abbildung zeigt, laufen alle Pfeile an der Pumpe zusammen.
Zeitlich unterscheidet man drei Phasen. In der kephalen Phase lösen Sehen, Riechen, Schmecken und schon der Gedanke an Essen über den Vagus Säure aus. In der gastralen Phase dehnen Speisen den Magen, und Peptide sowie Aminosäuren reizen die G-Zellen. In der intestinalen Phase überwiegen Signale aus dem Duodenum, die die Sekretion eher bremsen.
Gastrin
Gastrin ist ein Peptidhormon der G-Zellen im Antrum. Die G-Zellen reagieren auf Peptide und Aminosäuren im Lumen, auf Dehnung und auf Vagusimpulse. Sie geben Gastrin ins Blut ab. Auf diesem Umweg erreicht es die Belegzellen in Fundus und Corpus.
Gastrin stimuliert die Salzsäuresekretion. Es bindet an \(CCK_2\)-Rezeptoren, und zwar an zwei Stellen. Ein kleiner Teil der Wirkung entsteht direkt an der Belegzelle. Der größere Teil läuft über die ECL-Zellen: Gastrin bringt sie dazu, Histamin freizusetzen. Gastrin wirkt also vor allem indirekt, über Histamin als Verstärker.
Daraus folgt die Richtung beider Effekte. Gastrin steigert die HCl-Produktion und fördert die Histaminausschüttung in der Magenwand. Eine hemmende Wirkung hat es an keiner dieser Stellen. Dass Gastrin die \(\ce{H+}\)-Sekretion antreibt und die Histaminfreisetzung fördert, wird im Examen gerne gefragt. Achte dabei auf die Richtung beider Pfeile: beide zeigen nach oben.
Histamin
Histamin stammt aus den ECL-Zellen (enterochromaffin-ähnliche Zellen). Sie liegen in den Drüsen direkt neben den Belegzellen. Histamin gelangt deshalb nicht übers Blut, sondern parakrin durch das Gewebe zu seinem Ziel.
An der Belegzelle bindet Histamin an den \(H_2\)-Rezeptor. Dieser ist an ein \(G_s\)-Protein gekoppelt und erhöht cAMP. Die Proteinkinase A sorgt dann dafür, dass mehr Protonenpumpen in die Zellmembran eingebaut werden. Die Einzelheiten dieser Signalwege gehören zur Signaltransduktion. Für diese Einheit zählt das Ergebnis: Histamin steigert die HCl-Sekretion der Belegzellen.
Histamin ist der stärkste Verstärker im System. Fehlt sein Signal, fällt auch die Antwort auf Gastrin und Acetylcholin deutlich schwächer aus. Darum senken \(H_2\)-Antihistaminika wie Famotidin die Säure so wirksam. Anders als diese wirken \(H_1\)-Antihistaminika wie Cetirizin nicht auf die Säure, denn die Belegzelle trägt den \(H_2\)-Subtyp.
Acetylcholin und Vagus
Der N. vagus ist der wichtigste parasympathische Nerv des Magens. Seine Fasern enden nicht direkt an der Belegzelle. Sie schalten im enterischen Nervensystem der Magenwand um. Erst diese Neurone geben Acetylcholin an der Drüse ab. Welche Transmitter der Parasympathikus allgemein nutzt, steht bei den Transmittern des vegetativen Nervensystems.
Steigerung der Säuresekretion durch Impulse des N. vagus. Sie trägt die kephale Phase und wirkt über Acetylcholin an der Belegzelle sowie über Histamin und Gastrin.
Acetylcholin bindet an den \(M_3\)-Rezeptor der Belegzelle. Er ist an \(G_q\) gekoppelt und erhöht das intrazelluläre \(\ce{Ca^2+}\). So stimuliert Acetylcholin die Salzsäuresekretion direkt.
Der Vagus greift aber an vier Stellen zugleich an, wie die Abbildung zeigt:
- Belegzelle: Acetylcholin am \(M_3\)-Rezeptor steigert die Säure direkt.
- ECL-Zelle: Sie setzt mehr Histamin frei.
- G-Zelle: Über den Transmitter GRP (gastrin-releasing peptide) gibt sie Gastrin ab.
- D-Zelle: Sie wird gehemmt und bildet weniger Somatostatin, die Bremse fällt weg.
Alle vier Wege führen in dieselbe Richtung: mehr Säure. Atropin blockiert als kompetitiver Antagonist die Muscarinrezeptoren. Am \(M_3\)-Rezeptor der Belegzelle verdrängt es Acetylcholin. Damit senkt Atropin die Säuresekretion. Die starken Nebenwirkungen wie Mundtrockenheit und Tachykardie machen es als Magenmittel heute aber ungeeignet.
Acetylcholin und Vagus stimulieren die Salzsäuresekretion, Atropin als Muscarinrezeptor-Antagonist hemmt sie. Achte darauf, dass Atropin den Parasympathikus blockiert und die Säure deshalb nie steigert.
Hemmung durch Säure
Die Säure regelt ihre eigene Bildung über eine negative Rückkopplung. Der Messfühler sitzt im Antrum. Nach einer Mahlzeit puffern Proteine die Säure, der pH steigt, und die G-Zellen geben viel Gastrin ab.
Ist die Nahrung weitertransportiert, fällt der pH im Antrum stark. Unterhalb von etwa pH 3 setzen die D-Zellen Somatostatin frei. Somatostatin hemmt die G-Zellen. Die Gastrinsekretion nimmt ab, und mit ihr sinken Histaminfreisetzung und HCl-Produktion. Ein niedriger pH im Antrum hemmt also die Säurebildung.
Viel Säure im Antrum bremst über Somatostatin das Gastrin. Wenig Säure löst die Bremse, und Gastrin steigt.
Diesen Regelkreis sieht man unter Protonenpumpenhemmern wie Omeprazol. Sie heben den pH im Magen an. Die Bremse fällt weg, und der Gastrinspiegel im Blut steigt.
Quiz
Aussage 1
Gastrin steigert die Säuresekretion vor allem, indem es ECL-Zellen zur Histaminfreisetzung anregt.
Gastrin bindet an \(CCK_2\)-Rezeptoren der ECL-Zellen und fördert die Histaminausschüttung. Der direkte Effekt an der Belegzelle ist kleiner.
Aussage 2
Histamin erreicht die Belegzelle parakrin aus benachbarten ECL-Zellen und wirkt dort über \(H_2\)-Rezeptoren.
ECL-Zellen liegen direkt neben den Belegzellen. Histamin steigert über \(H_2\)-Rezeptoren und cAMP die HCl-Sekretion.
Aussage 3
Fällt der pH-Wert im Antrum stark ab, steigt die Gastrinsekretion an.
Bei stark sinkendem pH setzen D-Zellen Somatostatin frei. Dadurch nimmt die Gastrinsekretion ab und die HCl-Produktion sinkt.
Aussage 4
Acetylcholin steigert die Salzsäuresekretion über muscarinische \(M_3\)-Rezeptoren der Belegzelle.
Der \(M_3\)-Rezeptor ist \(G_q\)-gekoppelt und erhöht das intrazelluläre \(\ce{Ca^2+}\), was die Pumpaktivität steigert.
Aussage 5
Der Vagus stimuliert die Säuresekretion auch indirekt, indem er über GRP die Gastrinfreisetzung der G-Zellen anregt.
Neben Acetylcholin an der Belegzelle nutzt der Vagus GRP an den G-Zellen, aktiviert ECL-Zellen und hemmt D-Zellen.
Aussage 6
Gastrin aus den G-Zellen des Antrums hemmt die HCl-Produktion der Belegzellen.
Gastrin stimuliert die Salzsäuresekretion der Belegzellen, direkt und über Histamin.
Aussage 7
Atropin verstärkt die Säuresekretion, weil es die vagale Wirkung am Magen nachahmt.
Atropin ist ein Antagonist an Muscarinrezeptoren. Es verdrängt Acetylcholin am \(M_3\)-Rezeptor und senkt die Säuresekretion.
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