24.1: Anatomía y Microbiota Normal del Aparato Digestivo

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Objetivos de aprendizaje

Describir las principales características anatómicas del sistema digestivo humano
Describir la microbiota normal de diversas regiones del sistema digestivo humano
Explicar cómo los microorganismos superan las defensas del tracto digestivo para provocar infección o intoxicación
Describir los signos y síntomas generales asociados a infecciones del sistema digestivo

Enfoque Clínico: Parte 1

Después de una mañana de jugar afuera, Carli, de cuatro años, corrió adentro para almorzar. Después de tomar un bocado de su huevo frito, lo apartó y se quejó: “Es demasiado viscoso, mami. No quiero más”. Pero su madre, sin ánimo para los juegos, contestó corpulosamente que si quería volver a la calle sería mejor que terminara su almuerzo. A regañadientes, Carli cumplió, esforzándose por no amordazar mientras ahogaba el huevo que moqueaba.

Esa noche, Carli se despertó sintiendo náuseas. Lloró por sus padres y después comenzó a vomitar. Sus padres intentaron consolarla, pero ella siguió vomitando toda la noche y comenzó a tener diarrea y a correr fiebre. Por la mañana, sus padres estaban muy preocupados. La llevaron a la sala de urgencias.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

¿Qué pudo haber causado los signos y síntomas de Carli?

El sistema digestivo humano, o el tracto gastrointestinal (GI), comienza con la boca y termina con el ano. Las partes de la boca incluyen los dientes, las encías, la lengua, el vestíbulo bucal (el espacio entre las encías, los labios y los dientes) y la cavidad oral propiamente dicha (el espacio detrás de los dientes y las encías). Otras partes del tracto GI son la faringe, el esófago, el estómago, el intestino delgado, el intestino grueso, el recto y el ano (Figura\(\PageIndex{1}\)). Los órganos digestivos accesorios incluyen las glándulas salivales, el hígado, la vesícula biliar, el bazo y el páncreas.

El sistema digestivo contiene microbiota normal, incluyendo arqueas, bacterias, hongos, protistas e incluso virus. Debido a que esta microbiota es importante para el funcionamiento normal del sistema digestivo, las alteraciones de la microbiota por los antibióticos o la dieta pueden ser perjudiciales. Adicionalmente, la introducción de patógenos en el tracto GI puede causar infecciones y enfermedades. En esta sección, revisaremos la microbiota que se encuentra en un tracto digestivo sano y los signos y síntomas generales asociados a las infecciones orales y gastrointestinales.

Diagrama del sistema digestivo. El sistema comienza con la boca y la lengua. Hay glándulas salivales en esta región: la glándula sublingual está debajo de la lengua, la glándula submandibular está debajo de la mandíbula y la glándula parótida está en la parte posterior de la boca. La boca conduce a la faringe (un tubo) que conduce al esófago, que conduce al estómago, que conduce al intestino delgado. El intestino delgado se divide en 3 regiones: primero es el duodeno, a continuación, el yeyunim y finalmente el íleon. Esto lleva al intestino grueso que se divide en regiones: primero el ciego, luego el colon ascendente, luego el colon transverso, luego el colon descendente, luego el colon sigmoide, y finalmente el recto, canal anal y ano. El apéndice es una pequeña proyección del ciego. También parte del sistema digestivo es el hígado grande (arriba y a la derecha del estómago), la vesícula biliar (un pequeño saco debajo del hígado), la pancreasa (una estructura debajo y detrás del estómago) y el bazo (una estructura por debajo y a la izquierda del estómago). — Figura\(\PageIndex{1}\): El sistema digestivo, o el tracto gastrointestinal, incluye todos los órganos asociados a la digestión de los alimentos.

Anatomía y Microbiota Normal de la Cavidad Bucal

Los alimentos ingresan al tracto digestivo por la boca, donde comienzan la digestión mecánica (por masticación) y la digestión química (por enzimas en la saliva). Dentro de la boca se encuentran la lengua, los dientes y las glándulas salivales, incluyendo las glándulas parótidas, sublinguales y submandibulares (Figura\(\PageIndex{2}\)). Las glándulas salivales producen saliva, que lubrica los alimentos y contiene enzimas digestivas.

a) Estructuras de cabeza y cuello: labios, mandíbula, cavidad nasal (gran espacio detrás de la nariz), cavidad oral (espacio en la boca), lengua, úvula (estructura en la parte posterior de la boca), faryx (tubo en la parte posterior de la boca), esófago (la faryx es la parte superior de este tubo que ahora se llama esófago en el garganta), y la laringe (esto también es continuo con la faringe pero conduce al sistema respiratorio). B) Componentes de la región de la boca: dientes, glándula sublingual (debajo de la lengua), glándula submandibular (en la parte posterior y en la parte inferior de la boca), y la glándula parótida (una glándula grande en la parte posterior de la boca). — Figura\(\PageIndex{2}\): (a) Cuando la comida entra en la boca, comienza la digestión. b) Las glándulas salivales son órganos digestivos accesorios. (crédito: modificación de trabajo por parte del Instituto Nacional del Cáncer)

La estructura de un diente (Figura\(\PageIndex{3}\)) comienza con la superficie exterior visible, llamada corona, que tiene que ser extremadamente dura para soportar la fuerza de morder y masticar. La corona está cubierta de esmalte, que es el material más duro del cuerpo. Debajo de la corona, una capa de dentina relativamente dura se extiende hacia la raíz del diente alrededor de la cavidad pulpar más interna, que incluye la cámara pulpar en la parte superior del diente y el canal pulpar, o conducto radicular, ubicado en la raíz. La pulpa que llena la cavidad pulpar es rica en vasos sanguíneos, vasos linfáticos, tejido conectivo y nervios. La raíz del diente y parte de la corona están cubiertas de cemento, que trabaja con el ligamento periodontal para anclar el diente en su lugar en el hueso de la mandíbula. Los tejidos blandos que rodean los dientes y los huesos se llaman encías, o encía. El espacio gingival o grieta gingival se localiza entre las encías y los dientes.

Estructura de un diente. La parte por encima de las encías (encía) se llama corona, la parte debajo de la encía es la raíz. La parte superior de la corona es un esmalte grueso, este es muy grueso en la región por encima de la encía y mucho más delgado en la raíz. La siguiente capa en es la dentina y ésta es igualmente gruesa tanto en la corona como en la raíz. En el mismo centro se encuentra la pulpa que contiene el canal pulpar (conducto radicular) y los vasos nerviosos y sanguíneos. La raíz se asienta principalmente en la región ósea. Hay un pequeño espacio donde el diente se extiende más allá de la encía, esto se llama grieta gingival. — Figura\(\PageIndex{3}\): El diente tiene una corona visible con una capa externa de esmalte, una capa de dentina y una pulpa interna. La raíz, oculta por las encías, contiene el canal pulpar (conducto radicular). (crédito: modificación de obra de Bruce Blaus)

Los microbios como bacterias y arqueas abundan en la boca y cubren todas las superficies de la cavidad oral. Sin embargo, diferentes estructuras, como los dientes o las mejillas, albergan comunidades únicas de microbios tanto aeróbicos como anaeróbicos. Algunos factores parecen trabajar en contra de hacer que la boca sea hospitalaria para ciertos microbios. Por ejemplo, la masticación permite que los microbios se mezclen mejor con la saliva para que puedan tragarse o escupirse más fácilmente. La saliva también contiene enzimas, incluida la lisozima, que pueden dañar las células microbianas. Recordemos que la lisozima forma parte de la primera línea de defensa en el sistema inmune innato y escinde los enlaces glicosídicos β- (1,4) entre la N-acetilglucosamina (NAG) y el ácido N-acetilmurámico (NAM) en peptidoglicano bacteriano (ver Defensas Químicas). Adicionalmente, en los espacios gingivales se producen fluidos que contienen inmunoglobulinas y células fagocíticas. A pesar de todas estas actividades químicas y mecánicas, la boca apoya a una gran comunidad microbiana.

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

¿Qué factores hacen que la boca sea inhóspita para ciertos microbios?

Anatomía y Microbiota Normal del Tracto GI

A medida que la comida sale de la cavidad oral, viaja a través de la faringe, o la parte posterior de la garganta, y se mueve hacia el esófago, que transporta el alimento desde la faringe hasta el estómago sin agregar enzimas digestivas adicionales. El estómago produce moco para proteger su revestimiento, así como enzimas digestivas y ácido para descomponer los alimentos. La comida parcialmente digerida luego sale del estómago a través del esfínter pilórico, llegando a la primera parte del intestino delgado llamada duodeno. El jugo pancreático, que incluye enzimas e iones bicarbonato, se libera en el intestino delgado para neutralizar el material ácido del estómago y ayudar en la digestión. La bilis, producida por el hígado pero almacenada en la vesícula biliar, también se libera en el intestino delgado para emulsionar las grasas para que puedan viajar en el ambiente acuoso del intestino delgado. La digestión continúa en el intestino delgado, donde se absorbe la mayoría de los nutrientes contenidos en los alimentos. Células epiteliales columnares simples llamadas enterocitos recubren la superficie del lumen de los pliegues del intestino delgado llamadas vellosidades. Cada enterocito tiene microvellosidades más pequeñas (extensiones de membrana citoplásmica) en la superficie apical celular que aumentan la superficie para permitir que se produzca una mayor absorción de nutrientes (Figura\(\PageIndex{4}\)).

El intestino delgado con aumento creciente. A) es un diagrama y b), c) y d) son micrografías de cada ampliación. La micrografía de los grandes aumentos muestra una región rosada en la parte inferior con una región rosada más oscura profundamente ondulada en la superficie; la parte superior de la imagen es clara. Hay algunos parches más oscuros en la capa inferior etiquetados como parches de Peyer. El diagrama siembra un tubo forrado con tres capas de músculo; vasos sanguíneos conectados al exterior del tubo. Un recorte del tubo muestra pliegues circulares a lo largo del diámetro del tubo. Estos pliegues contienen vellosidades profundamente lobuladas. El espacio vacío en el tubo se etiqueta lumen. La siguiente capa de aumento es una de las vili. La micrografía está llena de capas rosadas que se pliegan hacia adelante y hacia atrás. El diagrama muestra dos pliegues. La superficie del pliegue está cubierta con células absorbentes y algunas células caliciformes. Entre los pliegues es más sangría marcada cripta intestinal. Dentro de los pliegues se encuentran capilares, arterias y vesículas linfáticas. En la parte inferior de la estructura (debajo de los vasos sanguíneos y linfáticos, se encuentran algunas glándulas duodenales. El primer plano final muestra formas de dedos en fila en la superficie de una celda. Estas están etiquetadas como microvellosidades (borde de pincel) en el diagrama. — Figura\(\PageIndex{4}\): (a) La estructura de la pared del intestino delgado permite la mayor parte de la absorción de nutrientes en el cuerpo. b) Las vellosidades son pliegues en la superficie del intestino delgado. Las microvellosidades son extensiones citoplásmicas en células individuales que aumentan la superficie para su absorción. (c) Una micrografía de luz muestra la forma de las vellosidades. d) Una micrografía electrónica muestra la forma de las microvellosidades. (crédito b, c, d: Modificación de micrografías proporcionadas por la Facultad de Medicina Regentes de la Universidad de Michigan © 2012)

Los alimentos digeridos salen del intestino delgado y se mueven hacia el intestino grueso, o colon, donde hay una microbiota más diversa. Cerca de este cruce, hay una pequeña bolsa en el intestino grueso llamada ciego, que se adhiere al apéndice. Se produce una digestión adicional en todo el colon y se reabsorbe el agua, luego los desechos se excretan a través del recto, la última sección del colon, y fuera del cuerpo a través del ano (Figura\(\PageIndex{1}\)).

El ambiente de la mayor parte del tracto GI es duro, lo que sirve para dos propósitos: la digestión y la inmunidad. El estómago es un ambiente extremadamente ácido (pH 1.5—3.5) debido a los jugos gástricos que descomponen los alimentos y matan muchos microbios ingeridos; esto ayuda a prevenir la infección por patógenos. El ambiente en el intestino delgado es menos duro y es capaz de apoyar a las comunidades microbianas. Los microorganismos presentes en el intestino delgado pueden incluir lactobacilos, dipterioides y el hongo Candida. Por otro lado, el intestino grueso (colon) contiene una microbiota diversa y abundante que es importante para el funcionamiento normal. Estos microbios incluyen Bacteriodetes (especialmente los géneros Bacteroides y Prevotella) y Firmicutes (especialmente miembros del género Clostridium). También están presentes arqueas metanogénicas y algunos hongos, entre muchas otras especies de bacterias. Todos estos microbios ayudan en la digestión y contribuyen a la producción de heces, los desechos excretados del tracto digestivo y el flato, el gas producido por la fermentación microbiana de alimentos no digeridos. También pueden producir valiosos nutrientes. Por ejemplo, las bacterias del ácido láctico como las bifidobacterias pueden sintetizar vitaminas, como la vitamina B12, el folato y la riboflavina, que los humanos no pueden sintetizar ellos mismos. E. coli que se encuentra en el intestino también puede descomponer los alimentos y ayudar al cuerpo a producir vitamina K, que es importante para la coagulación de la sangre.

El tracto GI tiene varios otros métodos para reducir el riesgo de infección por patógenos. Pequeños agregados de tejido linfoide subyacente en el íleon, llamados parches de Peyer (Figura\(\PageIndex{4}\)), detectan patógenos en los intestinos a través de células microfold (M), que transfieren antígenos desde la luz del intestino a los linfocitos en los parches de Peyer para inducir una respuesta inmune. Los parches de Peyer luego secretan IgA y otros anticuerpos específicos de patógenos en la luz intestinal para ayudar a mantener los microbios intestinales en niveles seguros. Las células caliciformes, que son células epiteliales columnares simples modificadas, también recubren el tracto GI (Figura\(\PageIndex{5}\)). Las células caliciformes secretan una mucina formadora de gel, que es el componente principal del moco. La producción de una capa protectora de moco ayuda a reducir el riesgo de que los patógenos lleguen a los tejidos más profundos.

El movimiento constante de materiales a través del tracto gastrointestinal también ayuda a sacar los patógenos transitorios del cuerpo. De hecho, las heces están compuestas por aproximadamente 25% de microbios, 25% de células epiteliales desprendidas, 25% de moco y 25% de alimentos digeridos o no digeridos. Finalmente, la microbiota normal proporciona una barrera adicional a la infección a través de una variedad de mecanismos. Por ejemplo, estos organismos superan a los patógenos potenciales por el espacio y los nutrientes dentro del intestino. Esto se conoce como exclusión competitiva. Los miembros de la microbiota también pueden secretar toxinas proteicas conocidas como bacteriocinas que son capaces de unirse a receptores específicos en la superficie de bacterias susceptibles.

Micrografía de vellosidades intestinales que son 2 regiones rosadas separadas por un espacio despejado. La superficie de cada banda rosa es de color rosa más oscuro que el centro y la superficie contiene células ovaladas rosadas más claras etiquetadas con células caliciformes. — Figura\(\PageIndex{5}\): Una imagen magnificada de vellosidades intestinales en el tracto GI muestra células caliciformes. Estas células son importantes para producir una capa protectora de moco.

Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

Comparar y contrastar la microbiota del intestino delgado y grueso.

Signos y síntomas generales de la enfermedad oral y gastrointestinal

A pesar de los numerosos mecanismos de defensa que protegen contra la infección, todas las partes del tracto digestivo pueden convertirse en sitios de infección o intoxicación. El término intoxicación alimentaria a veces se usa como un catch-all para las infecciones gastrointestinales y las intoxicaciones, pero no todas las formas de enfermedad GI se originan con patógenos o toxinas transmitidas por los alimentos.

En boca, la fermentación por microbios anaerobios produce ácidos que dañan los dientes y las encías. Esto puede provocar caries, caries y enfermedad periodontal, una afección caracterizada por inflamación crónica y erosión de las encías. Además, algunos patógenos pueden causar infecciones de la mucosa, glándulas y otras estructuras en la boca, resultando en inflamación, llagas, cancros y otras lesiones. Una llaga abierta en la boca o en el tracto gastrointestinal generalmente se llama úlcera.

Las infecciones e intoxicaciones del tracto gastrointestinal inferior suelen producir síntomas como náuseas, vómitos, diarrea, dolores y fiebre. En algunos casos, el vómito y la diarrea pueden ocasionar deshidratación severa y otras complicaciones que pueden llegar a ser graves o fatales. Se utilizan diversos términos clínicos para describir los síntomas gastrointestinales. Por ejemplo, la gastritis es una inflamación del revestimiento del estómago que da como resultado hinchazón y la enteritis se refiere a la inflamación de la mucosa intestinal. Cuando la inflamación involucra tanto el revestimiento del estómago como el revestimiento intestinal, la afección se llama gastroenteritis. La inflamación del hígado se llama hepatitis. La inflamación del colon, llamada colitis, ocurre comúnmente en casos de intoxicación alimentaria. Debido a que un colon inflamado no reabsorbe el agua de manera tan efectiva como lo hace normalmente, las heces se vuelven acuosas, causando diarrea. El daño a las células epiteliales del colon también puede provocar sangrado y que aparezca un exceso de moco en las heces acuosas, una afección llamada disentería.

Ejercicio\(\PageIndex{4}\)

Enumerar posibles causas y signos y síntomas de intoxicación alimentaria.

Conceptos clave y resumen

El tracto digestivo, que consiste en la cavidad oral, faringe, esófago, estómago, intestino delgado e intestino grueso, tiene una microbiota normal que es importante para la salud.
El movimiento constante de materiales a través del canal gastrointestinal, la capa protectora de moco, la microbiota normal y el duro ambiente químico en el estómago y el intestino delgado ayudan a prevenir la colonización por patógenos.
Las infecciones o toxinas microbianas en la cavidad oral pueden causar caries, enfermedad periodontal y varios tipos de úlceras.
Las infecciones e intoxicaciones del tracto gastrointestinal pueden causar síntomas generales como náuseas, vómitos, diarrea y fiebre. La inflamación localizada del tracto GI puede provocar gastritis, enteritis, gastroenteritis, hepatitis o colitis, y el daño a las células epiteliales del colon puede conducir a disentería.
Las enfermedades transmitidas por los alimentos se refieren a infecciones o intoxicaciones que se originan con patógenos o toxinas ingeridas en alimentos o agua contaminados.