Физиологическая роль пищевода (строение, анатомия, физиология, иннервация, регуляция функции, патофизиология, клиническое значение)

Введение

Пищевод является каналом для прохождения пищевого болюса из глотки в желудок. Как правило, пищевод начинается у крикофарингеальной мышцы, образуя часть верхнего пищеводного сфинктера (UES), и заканчивается у нижнего пищеводного сфинктера, окруженного грудной частью диафрагмы у десятого грудного позвонка (T10). После расслабления UES и прохождения пищевого болюса в пищевод перистальтические мышечные сокращения продвигают болюс к нижнему пищеводному сфинктеру (LES). Расслабление LES в сочетании с перистальтическим движением болюса позволяет вводить болюс в желудок.

Проблемы в функционировании пищевода при водит к развитию болезней

Проблемы в нормальной физиологии пищевода и связанных с ним сфинктеров начинают возникать, когда пациенты сообщают о затруднении глотания или дисфагии. Как правило, дисфагия может быть разбита на две группы:

обструктивные поражения
двигательные расстройства

Обструктивные поражения включают сужение пищевода или обструкция, что приводит к уменьшению диаметра просвета. Моторные расстройства включают атрофию мышц, дегенерацию нервов или неправильную функцию нервов, связанную с функцией пищевода. Дисфагия также может быть разбита на основании местоположения, такого как дисфагия пищевода / ротоглотки, дисфагия пищевода / транспорта, или постэзофагеальная / пищеводно-пищеводная дисфагия. Ротоглоточная дисфагия особенно важна, поскольку может привести к аспирации.

Клеточная связь. Гистология пищевода

Пищевод состоит из слизистой оболочки, подслизистой оболочки, собственной мышечной ткани и адвентициального слоя. Слизистая помогает сформировать просвет и подразделяется на три слоя. Три подслоя слизистой оболочки представляют собой слой слизистой оболочки, состоящий из многослойного плоского слоя, подобного слою кожи, слоя собственной пластинки, состоящего из тонкого слоя соединительной ткани, и собственной мышечной оболочки, состоящей в основном из неравномерно расположенных гладких мышц. Следующий слой, лежащий под слизистой оболочкой, представляет собой подслизистую оболочку, которая состоит в основном из кровеносных сосудов, небольших слизистых желез и соединительной ткани. Следующий слой, лежащий под подслизистой оболочкой, - это muscularis propria пищевода, который является более сложным, чем предыдущие слои. У взрослого пищевода есть несколько мышечных слоев, которые в основном подразделяются на слой слизистой оболочки muscularis и два слоя с внешней мышечной оболочкой. Muscularis externa включает в себя продольный и периферический слои, которые могут по-разному состоять из поперечно-полосатой и гладкой мышцы. Проксимальный отдел пищевода состоит из поперечно-полосатой мышцы, а дистальный отдел пищевода состоит из гладкой мышцы. Кроме того, существует переходная зона между дистальным и проксимальным концами, которая состоит из смеси гладких и поперечно-полосатых мышц. Между продольным и круговым слоями мышц находятся нервные сплетения, называемые миентерным или сплетением Ауэрбаха. Нервные сплетения, расположенные в подслизистой оболочке, называются подслизистыми или мейсснеровскими сплетениями.

Развитие пищевода в онтогенезе

Начальное образование пищевода происходит в течение четвертой недели беременности с развитием зарождающейся передней кишки. В это время пищевод - это всего лишь небольшая трубка, отделяющая желудок от глотки, но в течение следующих нескольких недель он подвергается быстрому делению и дифференцировке. Кольцевые мышечные волокна, ганглиозные клетки мицеллярного сплетения и кровеносные сосуды начинают развиваться на шестой неделе [2] . Примерно на восьмой неделе беременности эпителий является простым столбчатым и обычно остается таким до примерно семнадцатой недели беременности, когда число ресничных клеток начинает уменьшаться. При рождении некератинизированный многослойный плоский эпителий полностью сформирован.

Органные системы организма, вовлеченные в физиологию пищевода

Пищевод служит проводником для транспортировки болюса из глотки в желудок. Таким образом, на него влияют события, которые происходят вверх по течению, во рту, и события, которые происходят вниз по течению, в желудке. Пищевод также связан с соседними структурами, такими как трахея и диафрагма. Трахея расположена перед пищеводом и соединена с пищеводом соединительной тканью. Коральная часть диафрагмы окружает LES и играет важную роль, помогая обеспечить расслабление области высокого давления LES, которая обеспечивает прохождение пищевого болюса в желудок.

Функция пищевода

Физиология верхнего пищеводного сфинктера (ЕЭС)

Верхний пищеводный сфинктер - это область высокого давления, которая лежит между пищеводом и глоткой. Одна треть пищеводного сфинктера состоит из хряща-крикоида на задней поверхности, аритеноидных и межаритеноидных мышц в верхней части и мышцы крикофарингуса сзади и сбоку. Оставшиеся две трети ЕЭС приходится на мышцу щитовидной железы. Физиологически ЕЭС защищает от рефлюкса пищи в дыхательные пути и предотвращает попадание воздуха в пищеварительный тракт. Открытие ЕЭС включает расслабление мышц крикофарингуса и тиреофарингеуса и поступательное движение гортани через сокращения подъязычных мышц.

Спусковой механизм для расслабления ЕЭС начинается с приема болюса в ротоглотку, который передает сигналы по афферентным нервам в центр глотания ствола мозга [5] .

Мозг идентифицирует поступающие сигналы и производит ответ, направленный по эфферентным нервам мышцам, участвующим в глотании, открытии UES, прекращении дыхания и перистальтике пищевода. Эфферентные сигналы в мышце крикофарингуса вызывают расслабление, подавляя сигналы, которые вызывают тонические сокращения, а не прямые ингибирующие сигналы. Похожий механизм действия вызывает расслабление мышц тиреофарингеуса .

Эфферентные сигналы в подъязычной мышце стимулируют сокращение, которое поднимает подъязычную мышцу и происходит почти одновременно с расслаблением UES. Подъязычные мышцы также могут сокращаться без инициации глоточной глотки через мышечные прикрепления к языку. Релаксация мышц крикофарингуса и тиреофарингеуса, приводящая к снижению давления UES, перемещению гортани мышцами-подъязычными мышцами и движущей силе болюса, позволяет болюсу преодолевать давление в области UES и переходить в пищевод.

Объем болюса также играет важную роль в обеспечении физиологии ЕЭС. Объем болюса определяет продолжительность между открытием ЕЭС и движением глотки. Увеличение объема болюса также приводит к более быстрому началу движения глотки, в то время как увеличение толщины болюса также было связано с увеличением разницы во времени между открытием UES и движением глотки.

Перистальтика пищевода

После того, как болюс прошел через ЕЭС, он попадает в пищевод. Верхняя часть пищевода состоит в основном из поперечно-полосатой мышцы под контролем центральных контрольных механизмов. Нижняя часть пищевода состоит в основном из гладких мышц и находится под контролем центральных и внутренних механизмов контроля.

Пищевод состоит из мышечного слоя , который называется оболочкой muscularis и прилегает к слизистой оболочке. Этот мышечный слой может быть далее разделен на продольные мышечные волокна и внутренние круговые мышечные волокна. Точная роль продольных мышц в физиологии пищевода неизвестна, но недавние исследования показали, что продольное сокращение мышц помогает снизить напряжение, связанное с сокращениями круговых мышц, что способствует увеличению перистальтического сокращения. С другой стороны, роль круговых мышечных волокон в физиологии пищевода хорошо известна, и они сокращаются радиально, обеспечивая перистальтическое движение болюса в аборальном направлении.

Ввод болюса в пищевод вызывает первичную перистальтику. Как правило, при перистальтике область впереди болюса расслабляется, а область позади болюса испытывает перистальтическое сокращение, что позволяет продвигать болюс вперед. Ряд нервных вводов осуществляет сокращение позади болюса на оральной стороне и расслабление на аборальной стороне болюса.

В поперечно-полосатой мышце при глотании активируются нижние моторные нейроны в ядре, неоднозначные ствола мозга. Каждый нижний моторный нейрон активируется последовательно для создания перистальтической волны. В гладких мышцах, однако, при глотании активируются ингибирующие нейроны каудального дорсального двигателя (cDMN), которые вызывают одновременное торможение всех частей пищевода. Это одновременное торможение в гладких мышцах пищевода называется «глотательное торможение» и является первым шагом к созданию перистальтической волны. Это торможение длится дольше в нижней части пищевода, чем в верхних частях пищевода. Когда торможение заканчивается, последовательная активация возбуждающих нейронов в ростральном дорсальном двигательном ядре (rDMN) вызывает перистальтическое сокращение. Центральные механизмы управления опосредуют механизмы, описанные выше.

Возбудительный путь в гладких мышцах для генерации первичной перистальтики включает преганглионарные блуждающие нейроны ростральной части в DMN ствола мозга. DMN представляет собой ядро черепного нерва для блуждающего нерва в мозговом веществе, которое лежит вентрально от дна четвертого желудочка. Преганглионарные нейроны rDMN присоединяются к возбуждающим постганглионарным нейронам, которые выделяют ацетилхолин (ACh) и вещество P. Ингибирующий путь включает преганглионарные вагальные волокна в cDMN. Эти волокна проецируются на постганглионарные ингибирующие нейроны, которые содержат оксид азота (NO), вазоактивный кишечный пептид (VIP), аденозинтрифосфат (АТФ) и вещество P (SP).

Интересно, что пищевод также может подвергаться вторичной перистальтике, которая инициируется внутренней нервной системой и сосудисто-вагусными реакциями, если в пищеводе остаточная пища. Вторичная перистальтика может иметь ту же силу и скорость, что и первичная перистальтика, но генерируется при отсутствии ласточки , В скелетных мышцах вторичная перистальтика является центрально-опосредованной и происходит по методике, аналогичной первичной перистальтике с иннервацией нервов, возникающей из неоднозначного ядра. В гладких мышцах вторичная перистальтика обусловлена периферическим механизмом. Периферический механизм включает в себя активацию сенсорных нейронов путем стимуляции от растяжения или наличия пищевого болюса в пищеводе. Возбужденный сенсорный нейрон передает сигнал на интернейрон, который передает сигнал на моторный нейрон. Затем моторный нейрон высвобождает ацетилхолин перорально и NO аборально, создавая вторичную перистальтическую волну. Эта перистальтическая волна в гладких мышцах локально удерживается и генерируется периферическим механизмом.

Нижний пищеводный сфинктер (LES)

После того, как болюс достиг конца пищевода, он должен пройти через нижний пищеводный сфинктер , чтобы попасть в желудок. LES и коралловая диафрагма составляют зону высокого давления между пищеводом и желудком. LES и коралловая диафрагма функционируют как антирефлекторные барьеры для защиты пищевода, но также позволяют проходить болюс в желудок . Нижний пищеводный сфинктер состоит в основном из гладких мышц и не имеет дилататорных мышц, чтобы помочь открыть LES. Открытие LES запускается прямой ингибирующей иннервацией, приводящей к расслаблению гладких мышц в LES в сочетании с движением болюса через расслабленный сфинктер.

Давление LES зависит от миогенного тонуса, тормозных нитрергических нервов и возбуждающих холинергических нервов. Миогенный тонус отвечает за тоническое сокращение LES и обусловлен специализированными свойствами гладкомышечных клеток в LES. Предполагается, что клетки гладких мышц LES обладают более деполяризованными мембранными потенциалами покоя, что приводит к спонтанным скачкообразным потенциалам действия и генерации базального тонуса.

Возбуждающие холинергические нервы (ACh) и тонические, миогенные свойства LES способствуют сокращению, тогда как ингибирующий нитрергический (NO) путь способствует ингибированию. LES остается сокращенным из-за его миогенного свойства, даже когда он полностью денервирован, как при прогрессирующей ахалазии.

Наличие болюса в глотке запускает рецепторы, которые передают сигналы, которые в конечном итоге вызывают перистальтику пищевода и расслабление LES. Сенсорный стимул перемещается в ядро tractus solitarius, которое соединяется с DMN. Однако блуждающие эфферентные нервы от DMN не иннервируют гладкую мускулатуру, а вместо этого иннервируют миэнтерное сплетение, которое обеспечивает расслабление LES. Миктерное сплетение состоит из тормозных и возбуждающих мотонейронов, а расположение стимула диктует тормозящее или возбуждающее действие, поскольку нейроны ингибирующего пути возникают из cDMN, а нейроны возбуждающего пути возникают из rDMN. Важными возбуждающими постганглионарными нейротрансмиттерами являются АЧ и тахикинины, в то время как NO является наиболее важным ингибирующим постганглионарным нейротрансмиттером .

Другим важным физиологическим компонентом нижнего пищеводного сфинктера , кроме релаксации во время глотания, является временная релаксация нижнего пищеводного сфинктера (TLESR). TLESR - это физиологический механизм, предназначенный для выпуска газа из желудка [11] . Афферентные нервы TLESR возникают из глотки, гортани и желудка, в то время как эфферентные нервы используют тот же путь, что и рефлекс глотания, чтобы вызвать расслабление LES .

Другим компонентом, который составляет зону высокого давления между пищеводом и желудком, является коралловая диафрагма. Коралловая диафрагма также играет важную роль, помогая регулировать скорость рефлюкса в пищевод и обеспечивая прохождение пищевого болюса в желудок. Коральная диафрагма прикреплена к нижнему пищеводному сфинктеру с помощью френоэзофагеальной связки, что означает, что две структуры движутся вместе при вдохе и выдохе, но могут разделяться во время перистальтики и кратковременного расслабления LES [13], Для того, чтобы пищевой болюс прошел в желудок и обеспечил рефлюкс из желудка в пищевод, коралловая диафрагма должна расслабиться. Хотя точный механизм расслабления для коралловой диафрагмы не известен, диафрагма коралла контролируется диафрагмальным нервом через никотиновые холинергические рецепторы, которые вызывают сокращение.

Связанное тестирование и диагностика функционирования пищевода

Существует несколько тестов для оценки функции пищевода , включая эндоскопию, глотание бария, манометрию с высоким разрешением (HRM), измерение pH и мониторинг импеданса пищевода. Эндоскопии, исследования глотания бария и манометрия с высоким разрешением являются наиболее часто используемыми тестами для оценки функции пищевода . Эндоскопии используются для оценки слизистой оболочки и подслизистой оболочки пищевода и часто включают биопсию для лучшей оценки ткани. Исследование глотания бария включает введение бария с последующим последовательным использованием рентгеновских лучей для определения движения бария через верхний отдел желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Это помогает оценить физиологию UES, пищевода, LES или наличие каких-либо потенциальных анатомических дефектов. Однако исследования бария проблематичны, поскольку трудно определить, каков нормальный диаметр просвета пищевода, Манометрия высокого разрешения включает использование чувствительных к давлению катетеров для оценки моторной функции пищевода и сфинктера. Катетер перемещается последовательно вниз по пищеводу и связанным с ним сфинктерам, и когда сфинктеры открываются / закрываются или возникает перистальтика, чувствительные к давлению катетеры улавливают изменения давления. Ультразвук также может быть использован для проверки функции пищевода, но он не получил широкой популярности .

Патофизиология пищевода

Существует несколько механизмов возникновения дисфагии, включая физические препятствия или проблемы с двигателем. Физическая обструкция или моторная проблема могут быть дополнительно локализованы на уровне верхнего пищеводного сфинктера, пищевода или нижнего пищеводного сфинктера. Некоторые моторные причины дисфагии включают диффузные спазмы пищевода, ахалазию, склеродермию или сахарный диабет. Некоторые физические препятствия в пищеводе, вызывающие дисфагию, включают рак пищевода, рефлюкс-эзофагит, пептические стриктуры или кольца Шатского. ЕЭС также может быть причиной моторной дисфагии, но возникает в ротоглоточной части желудочно-кишечного тракта .

Спазмы пищевода характеризуются несогласованными сокращениями пищевода, приводящими к дисфагии. Характерные рентгенологические результаты описываются как пищевод «штопор» или «четки», а манометрия используется для оценки двигательной функции пищевода.

С другой стороны, ахалазия - это неспособность гладких мышц расслабляться из-за подавления тормозных нервных волокон. Ахалазия также может влиять на мышцы сфинктера и препятствовать их расслаблению, что препятствует способности болюса перейти на следующую стадию желудочно-кишечного тракта. Как правило, ахалазия связана с отсутствием перистальтики при диагностическом тестировании, и диагноз ставится на основании анализа с помощью глотания бария или пищевода.

Склеродермия также обусловлена уменьшением сокращений гладких мышц, но потому, что гладкие мышцы атрофировались и были заменены коллагеновыми волокнами. Этот фиброз гладких мышц приводит к гипомобильности. Манометрия является золотым стандартом для диагностики этого состояния.

Сахарный диабет (СД) , однако, вызывает дисфагию, вызывая механико-структурное ремоделирование в пищеводе. Ремоделирование запускается из-за сенсомоторных нарушений пищевода и симптомов, с которыми сталкиваются пациенты с СД. Сенсорная дисфункция возникает вследствие демиелинизации и прогрессирующей аксональной атрофии парасимпатических нервов в пищеводе. Усиление вегетативной невропатии также приводит к снижению тонуса LES, что приводит к гастроэзофагеальному рефлюксу (GES).

Карциномы пищевода обычно представляют собой плоскоклеточный рак или аденокарциному. Точный механизм дисфагии при карциномах пищевода не известен. Эндоскопия с биопсией используется для диагностики.

Пептические стриктуры - это сужение пищевода из-за длительного воспаления и рубцевания от желудочной кислоты или воздействия других раздражителей. Обычно они диагностируются на основе глотания бария или эндоскопии с биопсией .

Кольцо Щацкого - это кольцо избыточной слизистой оболочки над нормальной слизистой, что приводит к уменьшению диаметра просвета пищевода. Кольцо Щацкого формируется за счет складывания пищевода при кратковременных укорочениях пищевода. Диагноз, как правило, ставится на основании исследований EGD или глотания бария. Это часто связано с грыжами .

Недостаток расслабления в ЕЭС также может вызвать дисфагию. Чтобы болюс прошел ЕЭС, необходимо преодолеть нормальное мышечное напряжение. Напряжение ЕЭС снижается за счет сокращения мышц крикофарингуса и тиреофарингеуса. Это означает, что время сокращения мышц и соответствующая сила необходимы для того, чтобы болюс прошел в пищевод. Любые заболевания или расстройства, которые разрушают эти мышцы или увеличивают базовое напряжение, которое необходимо преодолеть, будут препятствовать прохождению болюса через ЕЭС. Одним из таких случаев является неправильное расслабление мышцы крикофарингуса, что приводит к дивертикулу Ценкера. Дивертикул Зенкера - это дивертикул, возникающий непосредственно между мышцей крикофарингуса и констрикторными мышцами нижнего глотки из-за чрезмерного давления в нижней части глотки, в результате чего самая слабая часть стенки глотки выдувается наружу. Исследования по ласточке бария диагностируют это. Дисфагия в дивертикуле Ценкера может быть вызвана неполным открытием ЕЭС и / или сжатием пищевода самим дивертикулом. .

Клиническое значение нарушения работы пищевода

Дисфагия - это заболевание, поражающее более 9 миллионов человек в Соединенных Штатах. В частности, дисфагия ротоглотки встречается у 50% пожилых и у 50% пациентов с неврологическими патологиями. Клинически орофарингеальная дисфагия может сопровождаться тяжелыми симптомами, такими как аспирация и смерть. Дисфагия пищевода, с другой стороны, является более редким состоянием с менее выраженными симптомами, но его легче распознать из-за симптомов, возникающих в результате заболеваний кишечной нервной системы или пищеводных мышечных слоев. Достижения в понимании патофизиологии причин дисфагии и методов визуализации позволили более быстро выявлять и лечить пациентов с дисфагией .

Литература по физиологии пищевода

Wolf DC. Dysphagia. In: Walker HK, Hall WD, Hurst JW, editors. Clinical Methods: The History, Physical, and Laboratory Examinations. 3rd ed. Butterworths; Boston: 1990.
Rishniw M, Rodriguez P, Que J, Burke ZD, Tosh D, Chen H, Chen X. Molecular aspects of esophageal development. Ann. N. Y. Acad. Sci. 2011 Sep;1232:309-15.
Que J. The initial establishment and epithelial morphogenesis of the esophagus: a new model of tracheal-esophageal separation and transition of simple columnar into stratified squamous epithelium in the developing esophagus. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol. 2015 Jul-Aug;4(4):419-30.
Sivarao DV, Goyal RK. Functional anatomy and physiology of the upper esophageal sphincter. Am. J. Med. 2000 Mar 06;108 Suppl 4a:27S-37S.
Shaw SM, Martino R. The normal swallow: muscular and neurophysiological control. Otolaryngol. Clin. North Am. 2013 Dec;46(6):937-56.
Mendell DA, Logemann JA. Temporal sequence of swallow events during the oropharyngeal swallow. J. Speech Lang. Hear. Res. 2007 Oct;50(5):1256-71.
Goyal RK, Chaudhury A. Physiology of normal esophageal motility. J. Clin. Gastroenterol. 2008 May-Jun;42(5):610-9.
Brasseur JG, Nicosia MA, Pal A, Miller LS. Function of longitudinal vs circular muscle fibers in esophageal peristalsis, deduced with mathematical modeling. World J. Gastroenterol. 2007 Mar 07;13(9):1335-46.
Shiina T, Shima T, Wörl J, Neuhuber WL, Shimizu Y. The neural regulation of the mammalian esophageal motility and its implication for esophageal diseases. Pathophysiology. 2010 Apr;17(2):129-33.
Farré R, Sifrim D. Regulation of basal tone, relaxation and contraction of the lower oesophageal sphincter. Relevance to drug discovery for oesophageal disorders. Br. J. Pharmacol. 2008 Mar;153(5):858-69.
Kim HI, Hong SJ, Han JP, Seo JY, Hwang KH, Maeng HJ, Lee TH, Lee JS. Specific movement of esophagus during transient lower esophageal sphincter relaxation in gastroesophageal reflux disease. J Neurogastroenterol Motil. 2013 Jul;19(3):332-7.
Mittal RK. Motor Function of the Pharynx, Esophagus, and its Sphincters. Morgan & Claypool Life Sciences; San Rafael (CA): 2011.
Mittal RK. Regulation and dysregulation of esophageal peristalsis by the integrated function of circular and longitudinal muscle layers in health and disease. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 2016 Sep 01;311(3):G431-43.
Pickering M, Jones JF. The diaphragm: two physiological muscles in one. J. Anat. 2002 Oct;201(4):305-12.
Mittal RK. Esophageal function testing: beyond manometry and impedance. Gastrointest. Endosc. Clin. N. Am. 2014 Oct;24(4):667-85.
Carlson DA, Pandolfino JE. High-Resolution Manometry in Clinical Practice. Gastroenterol Hepatol (N Y). 2015 Jun;11(6):374-84.
Roman S, Kahrilas PJ. Management of spastic disorders of the esophagus. Gastroenterol. Clin. North Am. 2013 Mar;42(1):27-43.
Ates F, Vaezi MF. The Pathogenesis and Management of Achalasia: Current Status and Future Directions. Gut Liver. 2015 Jul;9(4):449-63.
Ebert EC. Esophageal disease in scleroderma. J. Clin. Gastroenterol. 2006 Oct;40(9):769-75.
Martin RE, Letsos P, Taves DH, Inculet RI, Johnston H, Preiksaitis HG. Oropharyngeal dysphagia in esophageal cancer before and after transhiatal esophagectomy. Dysphagia. 2001 Winter;16(1):23-31.
Mamazza J, Schlachta CM, Poulin EC. Surgery for peptic strictures. Gastrointest. Endosc. Clin. N. Am. 1998 Apr;8(2):399-413.
DeVault KR. Lower esophageal (Schatzki's) ring: pathogenesis, diagnosis and therapy. Dig Dis. 1996 Sep-Oct;14(5):323-9.
Law R, Katzka DA, Baron TH. Zenker's Diverticulum. Clin. Gastroenterol. Hepatol. 2014 Nov;12(11):1773-82; quiz e111-2.

^Наверх