Bauchspeicheldrüse (Pankreas) - Physiologie

Einleitung

Täglich werden ca. 1,5 l proteinreiches Pankreassekret mit einem pH-Wert von 7-8 in das Duodenum abgegeben. Das Pankreassekret ist durch HCO₃^- alkalisch, wodurch die Magensäure neutralisiert wird.

Proteinsekretion:

Es werden bis zu 20 unterschiedliche Proteine freigesetzt, wie aktive Enzyme (z.B. α-Amylase und Lipase), regulatorische und schützende Proteine und Zymogene. Die α-Amylase spaltet Polysaccharide (Stärke und Glykogen) in Oligosaccharide (Maltotriose) und Disaccharide (Maltose und Isomaltose).

Zymogene sind proteolytische Enzyme und somit inaktive Vorstufen von Verdauungsenzymen. Erst im Duodenum entfalten sie ihre Wirkung durch eine Aktivierung der Enteropeptidase und von Trypsin.

CCK stimuliert die exokrine Pankreassekretion von Enzymen. 

Pankreassekretion:

Das Primärsekret der Azini ist plasmaisoton, enthält Verdauungsenzyme und ist reich an Cl^-. In den Ausführungsgängen wird das Primärsekret durch Sezernierung eines alkalischen (HCO₃^--haltigen) Sekrets und Resorption von Cl^- modifiziert. Eine Erhöhung der Sekretionsrate hat folgende Auswirkungen auf das Sekret:

• Na⁺ ↔︎
• K⁺ ↔︎
• Cl^- ↑
• HCO₃^- ↓

Ausführungsgänge

Wie bei den vorherigen Sekretionsprozessen wird ein Ionengradient durch eine Na⁺/K⁺-ATPase aufgebaut (1). Das HCO₃^- gelangt aus dem Blut durch einen Na⁺/ HCO₃^--Cotransport (NBC1) in die Zelle oder wird durch die Carboanhydrase hergestellt (2):

CO₂ + H₂O ➜ HCO₃^- + H⁺

Das gebildete H⁺ gelangt über einen basolateralen Na⁺/H⁺-Antiporter (NHE1) in das Interstitium (3). Über einen luminalen Cl^-/ HCO₃^--Antiporter wird HCO₃^- in das Ganglumen transportiert (4). Um diesen Antiporter anzutreiben, wird Cl^- über einen CaCC- und CFTR-Kanal in das Ganglumen sezerniert (5). Na⁺ und H₂O werden parazellulär in das Lumen, angetrieben durch einen osmotischen und elektrochemischen Gradienten, abgegeben (6).

Regulation der Pankreassekretion

Die Pankreassekretion wird durch die Aufnahme von Nahrung initiiert. Zunächst wird die Pankreassekretion durch das Hormon Cholecystokinin (CCK) stimuliert, das im Duodenum und Jejunum in Reaktion auf das Eintreffen von Fetten und Proteinen in den Darm freigesetzt wird. CCK wirkt auf die Pankreas-Azinuszellen und fördert die Sekretion von Verdauungsenzymen, wie Lipase, Protease und Amylase, die für den Abbau der Nährstoffe entscheidend sind.

Ein weiterer wichtiger Regulator ist das Hormon Sekretin, das ebenfalls im Duodenum produziert wird. Sekretin wird in Reaktion auf den sauren Chymus aus dem Magen freigesetzt und bewirkt eine erhöhte Sekretion von Bikarbonat aus den Pankreasgangzellen. Dies hilft, den sauren Chymus zu neutralisieren und ein optimales pH-Umfeld für die Verdauungsenzyme im Dünndarm zu schaffen.

Neben diesen hormonellen Mechanismen spielt auch das Nervensystem eine Rolle bei der Regulation der Pankreassekretion. Der Parasympathikus, insbesondere der Nervus vagus, kann die Pankreassekretion über die Ausschüttung von Acetylcholin stimulieren.

Die Hemmung der Pankreassekretion ist ebenso wichtig, um eine Überproduktion von Verdauungsenzymen zu vermeiden. Negative Feedback-Mechanismen, wie die Hemmung der CCK-Freisetzung bei hohen Konzentrationen von Verdauungsenzymen, spielen hierbei eine wichtige Rolle.

Zudem wirkt das Hormon Somatostatin inhibierend auf die Freisetzung von Verdauungshormonen und damit indirekt auf die Pankreassekretion.

Auch das sympathische Nervensystem trägt zur Hemmung bei, indem es die Durchblutung des Pankreas verringert.

Glucagon spielt hauptsächlich eine Rolle in der Regulierung des Blutzuckerspiegels, hat aber auch einen geringfügigen Einfluss auf die Pankreassekretion.

Ebenso beeinflusst das Pankreatische Polypeptid (PP), das von den PP-Zellen des Pankreas ausgeschüttet wird, die Pankreassekretion, indem es hauptsächlich die exokrine Sekretion hemmt.

Mukoviszidose, auch zystische Fibrose genannt, ist eine genetische  Erkrankung, die durch Mutationen im CFTR-Gen verursacht wird. Das CFTR-Protein (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) fungiert als Chlorid- und Bikarbonatkanal in den Zellmembranen verschiedener Epithelien. Die Mutation führt zu einer Dysfunktion oder einem vollständigen Fehlen dieses Kanals, was den Ionentransport beeinträchtigt.

Normalerweise reguliert CFTR die Sekretion von Chloridionen und Bikarbonat ins Lumen von Drüsen, was für die Produktion von dünnflüssigem Sekret entscheidend ist. Bei Mukoviszidose ist dieser Prozess gestört, was zu einer Anhäufung von Chlorid und Bikarbonat in den Zellen führt. Diese Ionenanhäufung verändert osmotische Gradienten, die normalerweise Wasser in die Gangsysteme ziehen würden, und führt zu einer verminderten Wasserausscheidung ins Lumen.

Das Resultat ist ein zähes, dickflüssiges Sekret, das Gänge und Kanäle verstopfen kann. Im Pankreas führt dies zu einer mangelnden Sekretion von Verdauungsenzymen, was die Nahrungsaufnahme beeinträchtigt. Die verringerte Bikarbonatsekretion beeinträchtigt zudem die Fähigkeit, den sauren Mageninhalt zu neutralisieren, was zu einer weiteren Verschlechterung der Verdauungsfunktion führen kann.

In den Atemwegen bewirkt das zähe Sekret eine gestörte mukoziliäre Clearance, was die Anfälligkeit für Infektionen erhöht.

Aufgrund der gestörten CFTR-Funktion in den Schweißdrüsen wird zudem weniger Chlorid resorbiert, was zu einer erhöhten NaCl-Konzentration im Schweiß führt – ein diagnostisches Merkmal der Mukoviszidose.