UE1-EC2-C1.1.2.3 Digestive System Physiology PDF

LAS 2 – UE1 Appareil Digestif PHYSIOLOGIE DIGESTIVE Dr C BOUTELOUP PRESENTATION GENERALE DU SYSTEME DIGESTIF CAPSULE I - INTRODUCTION L’appareil digestif comprend le tube digestif, ou tractus gastro-intestinal (la bouche, le pharynx, l’œsophage, l’estomac, le duodénum, l’intestin grêle (jéjunum et i...

LAS 2 – UE1 Appareil Digestif PHYSIOLOGIE DIGESTIVE Dr C BOUTELOUP PRESENTATION GENERALE DU SYSTEME DIGESTIF CAPSULE I - INTRODUCTION L’appareil digestif comprend le tube digestif, ou tractus gastro-intestinal (la bouche, le pharynx, l’œsophage, l’estomac, le duodénum, l’intestin grêle (jéjunum et iléon), le colon, le rectum, l’anus) et des organes glandulaires (les glandes salivaires, le foie (+ son réservoir, la vésicule biliaire - non glandulaire), le pancréas). L’appareil digestif a plusieurs fonctions : - transformation des aliments ingérés, d’origine animale ou végétale, en des formes moléculaires assimilables pouvant être transférées vers le milieu intérieur ; c’est l’objectif fonctionnel principal. - participation à l’équilibre hydro-électrolytique via les flux entrants et sortants dans la lumière digestive ; - participation à la défense de l’organisme vis-à-vis des organismes étrangers grâce à la sécrétion de substances bactériostatiques, de mucus, d’enzymes, d’acide chlorhydrique, la présence d’un tissu lymphoïde riche et du microbiote intestinal. Les glandes annexes peuvent avoir en plus des rôles spécifiques : - Le foie intervient ainsi dans la biotransformation et l’élimination de déchets (via la synthèse de l’urée et de la bilirubine) et des xénobiotiques (médicaments et toxiques), et intervient également dans l’hémostase (synthèse de facteurs de coagulation) - le pancréas via son tissu endocrine et la sécrétion d’insuline et glucagon intervient dans l’homéostasie glucidique Ces multiples fonctions sont assurées grâce à quatre mécanismes : 1) La digestion : elle comporte - une composante mécanique, motrice responsable de la transformation des aliments par broyage et brassage. - une composante sécrétrice, chimique avec les sécrétions, par des glandes très individualisées ou par un système glandulaire diffus, de différentes enzymes et substances qui attaquent les aliments pour les transformer en molécules plus petites. 2) L’absorption, qui correspond au transfert actif ou passif de molécules simples, de la lumière digestive vers le milieu intérieur. 3) La motilité/motricité Le tube digestif est capable de mouvements grâce à la contraction des muscles, ce qui assure le transit et la propulsion des aliments puis des résidus alimentaires le long du tube digestif dans le sens oral-aboral. 4) La sécrétion Il existe une sécrétion à visée digestive correspondant au transfert d’eau et d’électrolytes du milieu intérieur (liquide interstitiel) vers la lumière du tube digestif et une sécrétion 2 non digestive qui correspond à la libération de substances (hormones pour l’essentiel) synthétisées par l’épithélium soit vers la lumière du tube digestif soit vers le liquide interstitiel. La régulation des différentes fonctions et des différents mécanismes sous-tendants ces fonctions est extrêmement complexe. Elle est contrôlée par un système nerveux et des cellules endocrines avec des interrelations entre les deux (système neuroendocrine). 3 CAPSULE II - INNERVATION DE l’APPAREIL DIGESTIF Elle est représentée par le système nerveux végétatif ou système nerveux autonome Ce système nerveux est non contrôlé par la volonté. Il est composé de deux grands ensembles qui possèdent des interconnexions étroites : 1) le système nerveux intrinsèque ou entérique ou intramural 2) le système nerveux extrinsèque avec ses composantes parasympathique et (ortho)sympathique. II-1 - Le système nerveux intrinsèque (SNI) ou système nerveux entérique a) Anatomie Il se trouve en totalité et exclusivement dans la paroi tout le long du tube digestif. Il est capable d’initier et de réguler à lui seul les principales fonctions du tube digestif car il possède tous les éléments nécessaires avec des neurones moteurs, des interneurones et des neurones sensitifs : il a une autonomie propre. Le SNI est en interconnexion étroite avec le système nerveux extrinsèque (SNE). Les fibres parasympathiques et sympathiques du SNE rejoignent les deux plexus du SNI. Ainsi, - le SNE relie le SNI au système nerveux central. - le SNE exerce son action sur le tube digestif par l’intermédiaire du SNI. Bien que le SNI puisse fonctionner de manière autonome et indépendamment du SNE, la stimulation des systèmes sympathiques et parasympathiques peut entraîner une activation supplémentaire ou à l’inverse une inhibition des fonctions gastro-intestinales. Le SNI est organisé en deux plexus : - le plexus myentérique ou plexus d’Auerbach, localisé entre les deux couches de la musculeuse, circulaire interne et longitudinale externe. Il contrôle et coordonne l’activité motrice de la musculeuse donc les mouvements gastro-intestinaux. - le plexus sous-muqueux ou plexus de Meissner situé entre la couche circulaire interne de la musculeuse et la sous-muqueuse. Il innerve l’épithélium et la muscularis mucosae. Il contrôle plus particulièrement les sécrétions gastro-intestinales et le débit sanguin local. b) Fonctionnement Le SNI peut fonctionner en autonomie, grâce à ses différents éléments constitutifs : des neurones moteurs, des interneurones et des neurones sensitifs. ➢ Les neurones moteurs véhiculent les efférences motrices et sont de trois types : • les neurones moteurs « purs » constitutifs du plexus d’Auerbach innervent le muscle lisse et régulent la motricité digestive ; • les neurones sécréto-moteurs constitutifs du plexus de Meissner innervent l’épithélium muqueux et contrôlent les phénomènes de sécrétion ou d’absorption ; • les neurones vasomoteurs également constitutifs du plexus de Meissner innervent le muscle lisse vasculaire et contrôlent le débit sanguin. Ces neurones moteurs intrapariétaux sont soit excitateurs soit inhibiteurs. Les neurones excitateurs libèrent des neurotransmetteurs qui stimulent les cellules effectrices pour une fonction donnée. Les neurones inhibiteurs agissent en supprimant l’activité physiologique des effecteurs. Il s’agit d’une véritable inhibition active et pas seulement d’une suppression de l’excitation. 4 Les neuromédiateurs impliqués dans le SNI sont nombreux : il existe au moins une douzaine de substances neuro-transmettrices différentes libérées par les terminaisons nerveuses. On trouve : • deux médiateurs classiques : - l’acétylcholine qui a une action excitatrice sur le muscle lisse - la noradrénaline qui a une action inhibitrice sur la motricité • des amines : sérotonine, histamine • des neuropeptides : somatostatine, cholécystokinine (CCK), le VIP, la substance P, le Gastrin Releasing Peptide (GRP), enképhalines, Neurotensine... ➢ Les interneurones communiquent entre eux et forment des réseaux denses ; ➢ Les neurones sensitifs véhiculent les afférences sensitives en provenance du tube digestif, à partir de récepteurs sensitifs. Les récepteurs sensitifs localisés dans la muqueuse sont des chimiorécepteurs, des osmorécepteurs et des thermo-récepteurs. Ils vont être stimulés, respectivement, par une irritation de la muqueuse et certaines molécules chimiques (HCl, acides gras, acides aminés...), l’osmolarité ou encore la température du contenu intraluminal. Les récepteurs sensitifs localisés dans les couches musculaires et la séreuse sont des mécanorécepteurs et ils sont stimulés par une distension excessive. Ces neurones sensitifs sont plus ou moins longs et remontent l’information plus ou moins loin dans le système nerveux : - certains neurones sensitifs sont en totalité (corps cellulaires et axones) localisés au niveau du SNI et les afférences sensitives sont destinées à la paroi du tube digestif pour déclencher des réflexes locaux ; ils génèrent les réflexes courts ; - d’autres neurones sensitifs ont leurs corps cellulaires dans le SNI mais leurs axones cheminent dans les nerfs autonomes pour se terminer dans les ganglions sympathiques prévertébraux (ganglions cœliaques, mésentériques et hypogastriques), qui génèrent des signaux réflexes retournant vers le tractus digestif ; ce sont des réflexes longs. - d’autres neurones sensitifs enfin remontent jusqu’à la moelle épinière ou au tronc cérébral en cheminant dans les mêmes troncs nerveux que les fibres effectrices du SNE, sympathiques ou parasympathiques (par exemple : 80% des fibres du nerf vague - X, pneumogastrique - sont afférentes et non efférentes). Ces fibres transmettent des signaux afférents vers la moelle qui, en retour, initie de nombreux signaux réflexes (vagaux) retournant vers le tractus digestif ; ce sont aussi des réflexes longs. II – 2 Le système nerveux extrinsèque (SNE) Le SNE est divisé en : - système (ortho) sympathique - système parasympathique L’innervation efférente du tube digestif est constituée par une chaîne neuronale comprenant au moins deux éléments connectés synaptiquement au niveau d’un relais ganglionnaire (synapse entre une fibre pré-ganglionnaire et une fibre post-ganglionnaire). Selon la localisation anatomique de ce ganglion, on distingue des efférences (ortho)sympathiques ou parasympathiques : - pour le système nerveux sympathique, le relai synaptique se fait dans un ganglion situé en dehors de l’organe. - pour le système nerveux parasympathique, le relais synaptique est situé au niveau même de l’organe. 5 a) Le système orthosympathique Le centre végétatif, c’est-à-dire les corps cellulaires des neurones pré-ganglionnaires, est situé dans la moelle épinière thoracique et lombaire entre T5 et L3. Après avoir quitté la moelle par les racines ventrales des nerfs rachidiens, les fibres pré ganglionnaires (fibres myélinisées) se réunissent pour former les nerfs splanchniques thoraciques et lombaires. Les neurones font synapse avec les éléments nerveux post-ganglionnaires au niveau d’une chaîne ganglionnaire discontinue constituant les ganglions pré-vertébraux (ganglions cœliaques, mésentériques supérieurs et inférieurs). Le médiateur pré ganglionnaire est l’acétylcholine. Les fibres post-ganglionnaires (fibres amyéliniques) se rendent aux viscères en longeant les vaisseaux ou en formant des filets nerveux (nerfs hypogastriques et nerfs coliques lombaires). Ils se terminent principalement au niveau des plexus du SNI. Le médiateur post ganglionnaire est la noradrénaline. D’une manière générale, la stimulation du système sympathique inhibe l’activité du tube digestif. Deux mécanismes sont en cause : - soit un effet direct de la noradrénaline sur le muscle lisse par action sur les récepteurs  ou β adrénergiques ; - soit un effet indirect via l’inhibition des neurones du SNI par action sur les récepteurs  adrénergiques. b) Le système parasympathique Les corps cellulaires (centres végétatifs) des neurones parasympathiques sont localisés aux deux extrémités du névraxe : le bulbe (noyau ambigu et noyau dorsal moteur du vague) et la partie dorso médiane de la moelle sacrée S2, S3, S4. Le parasympathique crânien né au niveau du bulbe est distribué par les deux nerfs vagues (ou X ou pneumogastrique). Il assure l'innervation de l'œsophage, l'estomac, le pancréas, la première moitié du côlon. Il intervient modérément dans l’innervation du grêle. Le parasympathique sacré né au niveau de la moelle sacrée chemine dans les nerfs pelviens et assure l’innervation de la moitié distale du côlon. Ces fibres pré-ganglionnaires vont jusqu’aux viscères. Elles font synapse dans la paroi des viscères avec les fibres nerveuses post-ganglionnaires. Les fibres post-ganglionnaires sont situées au niveau des plexus nerveux myentérique et sous-muqueux du SNI. Le médiateur pré- et post-ganglionnaire est l’acétylcholine. La stimulation des nerfs parasympathiques provoque une stimulation de l’activité de la totalité du SNI et donc une augmentation de la plupart des fonctions gastro-intestinales (mais pas toutes car il y a des neurones entériques inhibiteurs). II-3 Le système de régulation neuro-endocrine Le système de régulation neuro-endocrine est composé : - de cellules endocrines réparties de façon diffuse dans la muqueuse le long du tube digestif et dans le pancréas. - d’un réseau de fibres nerveuses - d’une sécrétion d’amines et de peptides 6 a) Les cellules endocrines Elles synthétisent des amines et/ou des peptides. Certaines cellules produisent plusieurs peptides différents. Les cellules endocrines reçoivent des informations - du milieu intraluminal par voie directe - des cellules endocrines situées à distance par voie sanguine = voie endocrine - des cellules endocrines situées au voisinage par voie interstitielle = voie paracrine - des fibres nerveuses arrivant à leur contact = voie neurocrine ou paraneurocrine Les cellules endocrines envoient leurs informations - à distance par voie sanguine = voie endocrine - localement aux cellules voisines par voie interstitielle = voie paracrine - dans la lumière digestive par excrétion de leur sécrétion par voie exocrine. b) Le réseau de fibres nerveuses Il correspond au SNE (ortho et para) et au SNI (plexus myentérique d’Auerbach et plexus sous muqueux de Meissner) décrits ci-dessus. Les fibres nerveuses du système nerveux autonome et en particulier du SNI peuvent libérer des neuromédiateurs de nature peptidique : ce sont des neurones peptidergiques. Une même fibre nerveuse peut contenir et libérer plusieurs types de neuropeptides. c) Les peptides et amines On trouve • des peptides uniquement d’origine cellulaire Peptides Cellules Site Sécrétine S Duodénum/jéjunum Motiline M Duodénum/jéjunum Gastrine G Estomac/duodénum GIP gastric inhibitory peptide K Duod/jéjunum/pancréas Glucagon* A Ilots de Langerhans Insuline* B Ilots de Langerhans Entéroglucagon L Iléon terminal Polypeptide Pancréatique (PP) PP Pancréas Peptide YY (PYY) L Iléon * cours d’endocrinologie – régulation du métabolisme glucidique • des peptides et amines d’origine mixte cellulaire et nerveuse Peptides Cellules Site Cholécystokinine I Duodénum/jéjunum 7 Somatostatine D Estomac/Grêle/Pancréas Neurotensine NT Iléon Substance P F. nerv. ++ c/ duodénales Enképhalines F. nerv. ++ c/ diffuses Principales amines : - Sérotonine secrétées par les c/ entérochromaffine (EC) + fibres nerveuses - Histamine secrétées par les c/ entérochromaffine like (ECL) + fibres nerveuses 8 CAPSULE III - MOTILITE DU TUBE DIGESTIF La motilité du tube digestif a pour rôle de permettre la progression du bol alimentaire puis des résidus alimentaires depuis la bouche jusqu’à l’anus mais elle joue aussi un rôle dans le mécanisme de digestion-absorption des aliments par des actions de broyage qui permettent l’obtention de petites molécules et des actions de brassage qui permettent le mélange avec les sucs digestifs. La motilité du tube digestif est sous-tendue par des cellules musculaires lisses, des cellules interstitielles et une activité électrique particulière. IV-1 La paroi musculaire Au sein de la paroi du tube digestif, on trouve deux couches musculaires de fibres lisses - la couche longitudinale externe - la couche circulaire interne, s’épaississant pour former un sphincter au niveau du pylore, de la jonction iléocæcale et du sphincter interne de l’anus - il existe une 3ème couche oblique dans l’estomac (la plus interne, n’existe qu’en région proximale) On trouve aussi du muscle strié au niveau du pharynx, de l’œsophage, et du sphincter anal externe. IV-2 Les cellules interstitielles de Cajal Les cellules interstitielles de Cajal ne sont pas des cellules nerveuses mais des cellules d’origine mésenchymateuse (mésenchyme = tissu de remplissage et de soutien). Elles forment un réseau qui connecte les fibres musculaires lisses gastro-intestinales entre elles. Elles rentrent en contact avec les cellules musculaires lisses non pas au niveau de jonction neuromusculaire mais de jonction communicante. Elles sont responsables de l’activité automatique (origine myogénique) des cellules musculaires lisses ; elles jouent le rôle de pacemaker de l’intestin en étant à l’origine de la genèse des ondes lentes et contrôlent donc la fréquence et la propagation des contractions intestinales. A noter que si la genèse de l’activité motrice est indépendante de la commande nerveuse, elle reste sous le contrôle des SNI et SNE. IV-3 L’activité électrique du muscle lisse Le muscle lisse gastro-intestinal présente une activité électrique quasi continue mais de basse fréquence. Le potentiel de repos membranaire est normalement compris entre -50 et -60 millivolts Ajoutés à ce potentiel membranaire de repos, on distingue 2 types d’ondes électriques : - des ondes lentes - des spikes ou potentiels d’action ou potentiels de pointe De plus, le potentiel membranaire de repos de la cellule musculaire lisse gastro-intestinale peut varier sans générer d’ondes électriques. a) Les ondes lentes Ce sont de lents changements ondulants du potentiel de repos membranaire. Cela correspond au rythme électrique de base REB. Leur intensité varie de 5 à 15 millivolts et leur fréquence est de 3 à 12 par minute selon leur localisation dans le tube digestif (3/mn dans le fundus, 12/mn dans le duodénum, 8-9/mn dans l’iléon) 9 La fréquence des ondes lentes détermine le rythme de survenue des contractions de la paroi gastro-intestinale mais elles ne sont pas directement à l’origine des contractions musculaires (qui sont dues aux potentiels de pointe). b) les potentiels de pointes Les potentiels de pointes ou spikes apparaissent systématiquement lorsque le potentiel membranaire de repos du muscle lisse gastro-intestinal devient plus positif que -40 millivolts. Chaque fois que le sommet de l’onde lente dépasse transitoirement la valeur -40 millivolts des potentiels d’actions apparaissent à son sommet. Plus le sommet de l’onde lente dépasse le niveau seuil de -40 millivolts, plus la fréquence des potentiels de pointe est élevée, s’échelonnant habituellement entre 1 et 10 spikes par seconde. Ces potentiels d’action sont dus à des canaux calcium-sodium qui font rentrer des quantités importantes d’ions calcium dans la cellule musculaire lisse et de moindre quantité d’ions sodium (différents des canaux sodiques des fibres nerveuses). Ces potentiels sont à l’origine des contractions musculaires. c) changement de voltage du potentiel membranaire Le niveau de voltage du potentiel membranaire peut varier sous l’effet de différents facteurs. Dans les conditions normales, le potentiel membranaire de repos est voisin de -56 millivolts. Le potentiel de membrane peut devenir plus positif, c’est la dépolarisation de la membrane et la fibre musculaire lisse devient alors plus excitable. Les facteurs responsables de la dépolarisation sont : • l’étirement du muscle • la stimulation par l’acétylcholine • la stimulation par les nerfs parasympathiques (sécrètent de l’acétylcholine à leurs extrémités) • la stimulation par différentes hormones gastro-intestinales A l’inverse, le potentiel de membrane peut devenir plus négatif, c’est l’hyperpolarisation et la fibre musculaire lisse devient alors moins excitable. Les facteurs responsables d’une hyperpolarisation sont : • la noradrénaline • la stimulation des nerfs sympathiques qui sécrètent de la noradrénaline à leurs terminaisons