Digestion du système digestif - Cours de Thierry Brun PDF

Fonctions sécrétoires et d’absorption du système digestif  Digestion d’un repas  Biochimie de la digestion Dr Thierry BRUN, PhD Département de Physiologie Cellulaire et Métabolisme [email protected] 28 janvier 2025 1 ...

Fonctions sécrétoires et d’absorption du système digestif  Digestion d’un repas  Biochimie de la digestion Dr Thierry BRUN, PhD Département de Physiologie Cellulaire et Métabolisme [email protected] 28 janvier 2025 1  Objectifs d’apprentissage (I) Dans la première partie du cours, nous traitons de la digestion d’un repas en abordant les thèmes suivants:  Fonctions majeures des organes impliqués dans la digestion  La bouche et la salive  L’estomac et les sécrétions gastriques  Le pancréas exocrine et les sécrétions pancréatiques  Le foie, la vésicule biliaire et la bile  Rôle des principales hormones gastro-intestinales Au terme de ce cours, l'étudiant devrait être capable d’expliquer et mettre en relation les connaissances suivantes: les fonctions sécrétoires et d’absorption de l’estomac, du foie, du pancréas exocrine et de l’intestin grêle 2 Fonctions principales du système digestif (cours du Prof. C. Dibner) 3  Digestion d’un repas Principaux composants d’un repas normal Macronutriments: Glucides – 50-55% de l’apport énergétique total Lipides – 30-35% de l’apport énergétique total Protéines – ~20% (~ 0.8 g/kg poids corporel) Eau Micronutriments: Sels minéraux (Na+, Cl-, K+, Ca++,...) métaux (Mn++, Mg++, Fe++, …) Vitamines liposolubles et hydrosolubles Fonctions principales des organes du système digestif en relation avec la digestion et l’absorption Bouche et Ingestion glandes salivaires Digestion mécanique (mastication) Estomac Digestion chimique (amidon, 1.5 l de salive produite et sécrétée par jour) Pancréas exocrine Foie Vésicule biliaire Intestin grêle Côlon Rectum, anus 5  Ingestion, digestion mécanique et chimique La mastication est la première fonction mécanique du tube digestif, réalisée par des muscles squelettiques. Il s’agit d’un automatisme moteur inné avec des mouvements volontaires et réflexes. Autres automatismes moteur inné: la déglutition le vomissement la défécation, soit l’élimination des résidus non digestibles sous forme 6 de fèces  La salive Produite par les glandes salivaires mineurs (en continue) et majeures (parotides, sous-maxiliaires et sublinguales, sous stimulation 1.5 l de salive produite et sécrétée par jour, avalée et réabsorbée Sécrétion stimulée par la présence de nourriture Pas de régulation hormonale Régulation par le Système Nerveux Autonome : Activation du système nerveux parasympathique grand volume de salive fluide + amylase (la vue de nourriture fait saliver) Activation du système sympathique salive visqueuse, riche en mucus. (en cas de stress, on a la bouche sèche) Composition de la salive Eau, ions Dissolution des molécules du bol alimentaire qui réagissent avec les chémorécepteurs goût (sucré, salé,..) Mucus Lubrification (glycoprotéines, mucopolysaccharides) Amylase Débute la digestion des polysaccharides (amidon) HCO3- Importance du pH pour la protection de l’émail des dents Lysozyme Enzyme bactéricide 7 Fonctions principales des organes du système digestif en relation avec la digestion et l’absorption Oesophage Transit du bol alimentaire Estomac Digestion mécanique (brassage, segmentation) et propulsion (péristaltisme) Digestion chimique (protéines, pepsine) Absorption (alcool, médicaments, ex. aspirine, AINS) Production d’hormones (gastrine) 8 Types cellulaires présents dans l’épithélium de l’estomac et leurs sécrétions (cours Prof. C. Dibner) Muqueuse gastrique 9 Sécrétions des cellules principales 10 Sécrétions des cellules pariétales 11  Interactions entre pepsinogène et HCl, permettant la digestion des protéines Précurseur  enzyme active Activé par pepsinogène  pepsine HCl gastrique, pepsine 12  La production d’acide est due à l’activité d’une pompe à protons H+/K+ ATPase 1) L’anhydrase carbonique produit du H2CO3 qui se dissocie en H+ et HCO3- 2) La H+/K+ ATPase pompe les ions H+ hors de la cellule et des ions K+ dans les cellules contre leur gradient électrochimique (besoin ATP). 3) L’excès de HCO3- sort du côté basolatéral, selon son gradient électrochimique via un contre transport Cl-/HCO3-. Il rejoint les capillaires. 4) Le Cl- sort du côté apical par un canal chlore Cl- 5) Le K+ ressort de la cellule côté apical par un canal K+ (perte de K+ lors de vomissements)  Des modifications morphologiques augmentent la production d’acide chlorhydrique Cellule pariétale Au repos En activité Système tubulo-vésiculaire Mitochondries abondantes (production d’ATP) Au repos: En activité: Canalicules intracellulaires Fusion du système tubulo-vésiculaire Système tubulo-vésiculaire riche en avec la membrane, canalicules sécrétoires pompes à protons H+/K+ ATPase Augmente la quantité de H+/K+ ATPase à la surface cellulaire Sécrétions des cellules entéroendocrines 15 La production de HCl est régulée au cours d’un repas La fusion du système tubulo-vésiculaire avec la membrane plasmique est augmentée: par l’acétylcholine (ACh, neurotransmetteur) par la gastrine et l’histamine et est diminuée par la somatostatine Possibilité d’agir: au niveau des récepteurs (antagonistes H2, ACh, vagotomie) antiacides (neutralisent l’acidité gastrique, ex: hydroxyde d’aluminium, carbonates de calcium) directement sur la H+/K+ ATPase (inhibiteurs de la pompe à protons) Les mêmes stimuli augmentent ou diminuent la production du facteur intrinsèque, nécessaire à l'absorption intestinale de la vitamine B12 16 Sécrétions des cellules mucoïdes mucoïdes. 17  Le mucus et la sécrétion de bicarbonate permettent le maintien d’un pH neutre au voisinage des cellules épithéliales La paroi gastrique se défend contre la pepsine et le milieu acide par: La sécrétion de mucus Les jonctions serrées entre les cellules épithéliales Le renouvellement rapide des cellules de surface La présence de bicarbonate Le bicarbonate secrété des cellules pariétales du côté baso-latéral passe dans le sang et diffuse dans le mucus. Une déficience de la défense de la paroi gastrique peut entraîner un ulcère (atteinte de la paroi de gravité diverse) Fonctions principales des organes du système digestif en relation avec la digestion et l’absorption Pancréas exocrine Production d’enzymes digestives et de HCO3- (jus pancréatique= 1,5 l/jour) 19 Le pancréas exocrine produit toutes les enzymes nécessaires à la digestion et du bicarbonate Cellules acineuses remplies de granules de zymogène contenant les enzymes digestives: - amylases - lipases et colipase - DNAses, RNAses - protéases sous forme inactive - trypsinogène - chymotrypsinogène - procarboxypeptidase Cellules épithéliales des canaux excréteurs (ductales) intralobulaires libèrent de l’eau et du bicarbonate Les protéases pancréatiques sont activées par l’entérokinase Les protéases inactives sont activées dans le duodénum par l’entérokinase, une enzyme située sur la membrane en brosse des cellules intestinales (entérocytes) L’entérokinase active le trypsinogène en trypsine, qui à son tour active les autres protéases 21 Rôle des hormones gastro-intestinales sur la sécrétion du pancréas exocrine La cholécystokinine (CCK) stimule la production d’un suc pancréatique riche en enzymes digestives La sécrétine favorise la production d’un suc pancréatique aqueux, riche en bicarbonate Le parasympathique augmente et le sympathique diminue le volume des sécrétions pancréatiques Fonctions principales des organes du système digestif en relation avec la digestion et l’absorption Foie (exocrine) Production de la bile (500 ml/jour) Vésicule biliaire Concentration de la bile et stockage Sécrétion (émulsion des graisses dans le duodénum) 23  Composition de la bile Production continue par les hépatocytes de 500 ml/jour Concentrée 5-10X et stockée dans la vésicule biliaire (50-100 ml) Sels biliaires : acides cholique et chénodéoxycholique Phospholipides, surtout lécithine Eau et sels minéraux Protéines Pigments biliaires (produits de dégradation de l’hémoglobine, bilirubine) Produits de détoxification, voie d’élimination de certains médicaments Cholestérol (dont c’est la seule voie d’élimination, solubilisé par les sels biliaires et la lécithine  dans la vésicule biliaire, risques de saturation et formation de calculs biliaires) 24 Rôle de la bile 25  Les sels biliaires Les sels biliaires sont synthétisés par les hépatocytes à partir du cholestérol Ce sont des molécules amphipathiques (1 pôle hydrophobe, 1 pôle hydrophile) Les parties non polaires hydrophobes adhèrent aux molécules de lipides Ils sont indispensables pour l’absorption des graisses 26  La bile est produite par les hépatocytes et déversée dans les canalicules biliaires Les cellules épithéliales des canaux biliaires sécrètent H2O et bicarbonate HCO3- 27  Entre les repas, le sphincter d’Oddi est contracté, la bile s’accumule dans la vésicule biliaire Canal de Wirsung Canal cholédoque Sphincter d’Oddi (ampoule de Vater) 28  Les sels biliaires sont recyclés: cycle entéro-hépatique Les sels biliaires sont conservés par un mécanisme de recyclage et sont: Réabsorbés dans le sang par la partie distale de l’intestin grêle Renvoyés au foie par le sang du système porte hépatique Sécrétés à nouveau dans la bile (plusieurs cycles par repas) Env. 5-10% perdus dans les selles et resynthétisés (voie d’élimination du cholestérol). 4-12 cycles par jour 29 29 Fonctions principales des organes du système digestif en relation avec la digestion et l’absorption Digestion mécanique Digestion chimique Intestin grêle Absorption (nutrients, eau,…) Propulsion Production d’hormones (CCK, sécrétine) 30  Les hormones gastro-intestinales Produites par des cellules endocrines dispersées dans l’épithélium de l’estomac et de l’intestin Des changements dans la composition du chyme (distension, acidité, osmolarité, graisse, peptides…) vont stimuler la sécrétion d’hormones dans le sang Ces hormones gastro-intestinales sont nombreuses Parmi les plus importantes: – Gastrine – Ghréline – Cholécystokinine (CCK) – Sécrétine – GIP (Peptide Insulinotrope Glucodépendant) – GLP-1 (Glucagon-like peptide-1) 31  Les hormones gastriques Hormone Où Stimulus Effets principaux Stimulation du Stimule la sécrétion d’HCl parasympathique Augmente la motilité gastrique Estomac, Acides aminés et Exerce un rôle trophique sur la Gastrine peptides digérés cellules G muqueuse gastrique (stimule sa Sécrétion inhibée à croissance) pH < 3.0 Ghréline  Avant repas Stimule l’appétit via un effet sur Estomac Pour info  Après repas l’hypothalamus seulement 32 Régulation de la sécrétion gastrique 33  Les hormones intestinales Hormone Où Stimulus Effets principaux Sécrétion Ralentit la vidange gastrique stimulée Stimule sécrétion de bile et contraction de la Cholécys Duodénum par acides vésicule biliaire, -tokinine cellules I gras et Relâche le sphincter d’Oddi (CCK) peptides stimule la production d’un suc pancréatique digérés riche en enzymes digestives Régule le pH du duodénum (neutralisation) Antagonise la gastrine Sécrétion Ralentit la vidange gastrique Duodénum stimulée Sécrétine par acidité Stimule la sécrétion pancréatique (cellules cellules S de canalaires) et duodénale (glandes de Brunner) l’estomac de bicarbonate Inhibe directement et indirectement la sécrétion d’acide par les cellules pariétales 34 Régulation de la sécrétion gastrique 35  La cholécystokinine est indispensable pour la digestion des graisses et des protéines Acides gras et protéines partiellement digérées dans le duodénum  Sécrétion CCK  CCK plasmatique Pancréas Vésicule biliaire Sphincter d’Oddi CONTRACTION RELACHEMENT  SÉCRÉTION ENZYMATIQUE Écoulement de la Écoulement de la  digestion des lipides36 bile dans le cholédoque bile dans le duodénum et des protéines L’acidité dans le duodénum est rapidement corrigée par la production d’une sécrétion pancréatique riche en bicarbonate: rôle de la sécrétine 37  Quelques autres hormones intestinales Hormone Où Stimulus Effets principaux GIP (Peptide Inhibe sécrétion et motilité gastrique Insulinotrope Duodénum Chyme gras Glucodépendant)  sécrétion d’insuline GLP-1 Lipides et (Glucagon-like Duodénum hydrates de  sécrétion d’insuline peptide-1) cellules L carbone  appétit Pour info seulement….. 38 Fonctions principales des organes du système digestif en relation avec la digestion et l’absorption Gros intestin : Pas de digestion et d’absorption des nutriments Absorption de l’eau et des électrolytes résiduels (Na+, Cl-) Côlon Sécrétion possible de K+ et de bicarbonate Rectum, Propulsion anus Stockage des fèces et défécation  Objectifs d’apprentissage (II) Biochimie de la digestion Dans la deuxième partie de ce cours, nous traitons de la biochimie de la digestion en abordant les nutrients suivants:  Lipides  Protéines  Glucides Au terme de ce cours, vous serez capable d’expliquer et mettre en relation les connaissances suivantes: la digestion et l’absorption des nutrients 40 Utilisation des principaux nutriments par les cellules de l’organisme Lipides 30-35% de l’apport énergétique total 41 42  Digestion des triglycérides alimentaires Triglycéride (TG) acides gras libres (AGL) LIPASE PANCREATIQUE + monoglyceride (MG) (+ colipase et sels biliaires) Les triglycérides alimentaires ne sont pas absorbés directement par les cellules. Les lipides absorbables sont: les acides gras libres (AGL) les monoglycérydes (MG) 43 le cholestérol Les grandes étapes de la digestion des lipides 44 Les grandes étapes de la digestion des lipides 1. Emulsification des graisses 2. Hydrolyse des lipides 3. Formation des micelles 4. Absorption du contenu micellaire par diffusion simple et par le biais de transporteurs 45  Digestion des lipides: 1) émulsification des graisses Les graisses ingérées sont insolubles dans l’eau et forment de gros agrégats L’émulsification consiste à disperser ces gros agrégats sous forme de petites gouttelettes. Ceci se fait par: - le fractionnement mécanique de ces agrégats (commence dans l’estomac) - la présence de sels biliaires et de phospholipides (lécithine) dans le duodénum qui, en se fixant sur les gouttelettes de lipides, empêche leur réagrégation. Gouttelettes 46  Digestion des lipides: 2) hydrolyse des lipides 3) formation de micelles L’hydrolyse des triglycérides en acides gras libres et en monoglycérides se fait grâce à la lipase pancréatique La lipase pancréatique (hydrosoluble) ne peut agir qu’en surface (d’où l’importance de l’émulsification) La colipase enrobe les gouttelettes émulsifiées pour y accrocher la lipase Il y a formation de micelles, complexes hydrosolubles comprenant: - des acides gras libres (AGL) - des monoglycérides (MG) - des sels biliaires Fraction polaire des sels biliaires tournée vers l’extérieur Micelles 47  Absorption des vitamines liposolubles Les vitamines liposolubles: A: rétinol, pigments des photorécepteurs D: calciférol, métabolisme du calcium E: tocophérols, antioxydant K: synthétisée par les bactéries intestinales, rôle dans la coagulation Suivent la voie d’absorption des lipides Sont solubilisées dans les micelles et traversent l’épithélium par diffusion. Si problèmes d’absorption des lipides  mauvaise absorption des vitamines liposolubles Les vitamines liposolubles sont stockées dans les tissus (foie, tissu adipeux, peau) 48  Micelles (lumière intestinale) 49  Digestion des lipides: 4) absorption des lipides Les acides gras libres et les monoglycérides quittent les micelles et entrent dans les entérocytes par diffusion Les sels biliaires sont exclus de ce processus et sont libérés dans la lumière intestinale pour être réabsorbés dans l’iléon C’est le cycle entéro- hépatique 50 4) absorption des lipides par diffusion ou par transporteurs (CD36, FATP) 51 Absorption des lipides et formation de chylomicrons Dans les cellules épithéliales, les acides gras à longue chaîne sont réestérifiés en triglycérides, « enrobés » de phospholipides et de protéines = chylomicrons (CM) Les chylomicrons sortent de la cellule par exocytose et pénètrent dans les lactéals (capillaires lymphatiques présents dans les villosités) Dans les entérocytes, les acides gras à courte chaîne, relativement hydrosolubles sont directement absorbés dans la circulation sanguine 52  Chylomicron (vaisseau lymphatique) Complexes macromoléculaires permettant le transport des lipides insolubles dans un milieu aqueux composés de :  lipides (TG, CE, C, PL) en proportion variable selon la classe de lipoprotéines.  Apolipoprotéines spécifiques  structure des lipoprotéines  ligand pour les récepteurs  co-facteur enzymatique Les chylomicrons ont une durée de vie très courte dans la circulation sanguine 53  Les chylomicrons sont transportés hors de l’intestin par les vaisseaux lymphatiques chylomicrons Les muqueuses digestives sont très vascularisées Les chylomicrons entrent dans la circulation lymphatique (lactéals ou vaisseaux chylifères = capillaires lymphatiques) et se déverseront dans le sang veineux par l’intermédiaire du canal thoracique 54 Digestion et absortion des lipides 55 Après leur absorption et passage dans le sang, les lipides sont stockés et utilisés par les différents tissus Lipoprotéine lipase VLDL (LPL) En période post- prandiale, l’insuline (et la glycémie) sont élevés. Les TG des chylomicrons vont être préférentiellement stockés sous forme de triglycérides dans les cellules adipeuses Chylomicrons (CM)  Dans les muscles et le myocarde, les acides gras des chylomicrons sont utilisés comme substrat énergétique (cours Prof. P. Maechler) Dans la circulation sanguine, les triglycérides des chylomicrons sont hydrolysés en acides gras libres et glycérol par la lipoprotéine lipase (LPL), associée à la surface de l’endothélium des capillaires. En période post-prandiale, avec insuline: stockage sous forme de TG dans la TA TG : triglycérides AG : acides gras CM : chylomicrons VLDL : very low density lipoproteins (LPL) (LPL) 57  Lors du jeûne, les acides gras sont utilisés comme substrat énergétique (cours Prof. P. Maechler) Avec la baisse de l’insuline (et augmentation des hormones de contre-régulation de l’insuline), les TG sont hydrolysés en acides gras libres et glycérol par la lipase intracellulaire hormone- sensible des adipocytes LIPOLYSE TG : triglycérides AG : acides gras CM : chylomicrons VLDL : very low density acides gras libres lipoproteins (associés à l’albumine) 58 Triglycéride (CM et VLDL) Oxydation des acides gras (cours Prof. P. Maechler) lipoprotéine lipase LPL acides gras + glycérol Oxydation des acides gras principalement dans le cœur, les acide gras activé muscles et le foie Glycérol-3-P TG Les acides gras sont dégradés dans la mitochondrie par la beta- acide gras activé oxydation (élimination séquentielle de 2 unités carbonées, produisant de La carnitine l’acétyl CoA) acetyl CoA permet aux acides gras d’entrer dans la Dans la mitochondrie NADH TCA l’oxydation nette d’une molécule mitochondrie d’acide palmitique produit 129 ATP ATP Utilisation des principaux nutriments par les cellules de l’organisme Protéines 20% de l’apport énergétique total (~ 0.8 g/kg poids 60 corporel) Utilisation des principaux nutriments par les cellules de l’organisme Protéines 20% de l’apport énergétique total (~ 0.8 g/kg poids 61 corporel) Séquence et sites de la digestion des protéines Site d’action Enzyme & source Aliments Protéine Pepsine (cellules principales Estomac des glandes gastriques) et présence de HCl Gros polypeptides Intestin grêle Enzymes pancréatiques: trypsine, chymotrypsine, carboxypeptidase Petits polypeptides Intestin grêle Enzymes intestinales de la bordure en brosse: Acides aminés, entérokinase, dipeptidase et aminopeptidase (quelques dipeptides et tripeptides) 62 64  Les acides aminés provenant de l’alimentation sont utilisés par les différents tissus, principalement pour la synthèse de protéines Au cours du jeûne, certains acides aminés servent de précurseurs pour la néoglucogenèse au niveau du foie sous l’action du 65 glucagon Utilisation du glucose par les cellules de l’organisme 50-55% de l’apport énergétique total  Glucides de l’alimentation Amidon Cellules végétales Glycogène Cellules animales Polysaccharides Mammifères n’ont pas de cellulase (polymère du glucose)  pas absorbée Cellulose Constitue les fibres non digérées  ballast intestinal, ( volume des selles et améliore l’efficacité des contractions) Sucrose Glucose - fructose = saccharose Disaccharides Lactose Glucose - galactose Maltose Glucose - glucose Glucose Monosaccharides Fructose Galactose  Séquence et sites de la digestion des glucides Site Enzyme et sources Glucides d’action Lactose Amidon Saccharose Bouche Amylase salivaire Intestin Amylase grêle pancréatique Lactose Maltose Saccharose Intestin Enzymes intestinales grêle (de la bordure en brosse) : lactase maltase saccharase Galactose Glucose Fructose68 69  Transport secondairement actif de glucose dans l’entérocyte par co-transporteur de glucose Na-dépendant, le SGLT1  Na+ H 2O Le transport de glucose s’accompagne d’un co-transport de Na (2 Na+/glucose) augmentation de Na+ intracellulaire Le Na+ est expulsé de l’entérocyte par une Na+/K+ ATPase située sur le côté baso-latéral, 3 Na+ sortent pour 2 K+ entrant L’augmentation de Na+ dans l’espace interstitiel va augmenter la pression osmotique et créer un appel d’eau. Passage paracellulaire d’eau, les jonctions serrées sont perméables à eau Mécanisme important dans la réhydratation 70  Dans le sang, le glucose provenant de la digestion sera utilisé par les différents tissus 71 En période post- prandiale, l’insuline et la glycémie sont élevés Situation favorable pour le stockage du glucose sous différentes formes: Glycogène (muscles, foie), TG (tissu adipeux)  Utilisation du glucose par le foie Selon la situation nutritionnelle, le foie: glucose synthétise ou dégrade le glycogène oxyde le glucose en CO2 + ATP G-6Pase glucose-6P glycogène Glycogène ou synthétise des acides gras pentose pyruvate en cas de jeûne physiologique, produit acides gras du glucose à partir de pyruvate ou d’autres composés = néoglucogenèse TCA acides CO2 gras synthétise des corps cétoniques NADH + ATP = cétogenèse (jeûne court et prolongé) CO2 ATP Le foie relâche du glucose dans le sang; la dégradation du glycogène permet de maintenir la glycémie Pentose = voie des pentoses  Utilisation du glucose par le muscle glucose Selon les conditions, le muscle: synthétise ou dégrade le glycogène glucose utilise le glucose via la glycolyse et produit du lactate glucose-6P glycogène lactate oxyde le glucose en CO2 + ATP pyruvate lactate lactate TCACO2 NADH+ ATP Le muscle ne relâche pas de glucose; la CO2 dégradation du glycogène musculaire ATP fournit de l’énergie à "usage interne"  Utilisation du glucose par le tissu adipeux (cours Prof. P. Maechler) Selon la situation nutritionnelle, le glucose tissu adipeux : glucose oxyde le glucose en CO2 + ATP glucose-6P glycogène glycérol TG synthétisent du glycérol et des acides gras, pyruvate estérification en triglycérides = lipogenèse acides TCA gras acides en cas de jeûne, dégradation des NADH gras triglycérides en acides gras et glycérol Triglycérides = lipolyse CO 2 ATP En résumé, l’absorption des aliments par le système digestif: Est très efficace Tous les nutriments sont absorbés A un certain coût énergétique (il faut de l’ATP) dû aux: - sécrétions - mouvements, contractions, péristaltisme etc. - transports de ions, de nutriments, etc - re-synthèse après absorption (lipides et triglycérides, glycogène, protéines) 75