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INTRODUCTION A LA PHYSIOLOGIE DIGESTIVE
I. Rappels anatomo-histologiques
A. Généralités
L’appareil digestif est constitué d’un élément principal, le tube digestif, qui mesure 4 à 5 mètres de long et s’étend entre la cavité buccale et l’anus. Le tube digestif est ininterrompu : c’est une canalisation en continuité avec l’environnement extérieur. Les parois constituent une interface entre milieu extérieur (lumière du tube) et milieu intérieur (sang).
L’estomac, le foie et le pancréas sont greffés dessus et versent leurs substances dans le tube digestif pour faciliter l’absorption des aliments.
Il existe des organes digestifs accessoires situés à l’extérieur du tube digestif:
Les glandes salivaires parotides, submaxillaire et sublinguale qui vont participer à la digestion dans la bouche.
Le pancréas exocrine, le foie et la vésicule biliaire. Ces derniers déversent leurs sécrétions dans le tube digestif.
Il existe également des cellules sécrétrices situées dans la paroi du tube digestif. Elles sécrètent du mucus, des enzymes et participent à la dégradation de ce qui a été ingéré.
Noémie VAUCHERKevin CHEVALIER 1
B. Les différents segments du tube digestif
Il comporte 6 segments avec des fonctions différentes mais complémentaires :
La bouche pour l’ingestion et la mastication à l’aide des dents
Le pharynx pour la déglutition et la formation du bol alimentaire (ce qui est déglutit après avoir été malaxé dans la bouche)
L’œsophage pour le transport du bol alimentaire jusqu’à l’estomac. Le sphincter inférieur de l’œsophage est une porte à ouvrir pour que le bol alimentaire entre dans l’estomac. C’est à ce niveau qu’existent les reflux gastro-œsophagiens (brulures dues à l’acidité au niveau de l’œsophage)
L’estomac pour la mise en réserve des aliments dans sa partie supérieure. On a un phénomène de dilatation passive, de distension pour le stock des aliments. Il a également un rôle de mélange et de transport grâce au péristaltisme assuré par l’activité musculaire (manière dont se fait la contraction au niveau du diaphragme afin de pousser les aliments vers le bas et de les mettre en contact avec les parois pour pouvoir les traverser, phénomène nécessitant une certaine pression). A ceci s’ajoutent les fonctions de broyage, de brassage des sucres, des enzymes et des acides qui permettent la digestion partielle par le biais d’une activité mécanique (première partie de la digestion)
L’intestin grêle (duodénum, jéjunum, iléon), démarrant derrière l’estomac, pour l’essentiel de la digestion, l’essentiel de l’absorption. Il assure le transport et la propulsion du bol alimentaire par segmentation (il le pousse au fur et à mesure, mécanisme différent du péristaltisme).
Le gros intestin (caecum, appendice non indispensable à la vie, colon, rectum) présente des haustrations (replis sur le colon). Il permet la mise en réserve au niveau de l’anus avant la défécation.
C. Structure des parois du tube digestif
La structure générale des parois du tube digestif est commune sur toute sa longueur. Elle est stratifiée, sous forme de couches.
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1. La muqueuse
La muqueuse sert de protection. Elle peut être altérée en cas de gastrite, d’inflammations, d’ulcères. Elle va participer à la sécrétion grâce à ses glandes muqueuses ainsi qu'à l’absorption.
Les cellules exocrines (dont les sécrétions vont vers l’extérieur) vont sécréter les sucs digestifs.
Les cellules endocrines vont sécréter les hormones gastro-intestinales qui régulent la digestion et l’absorption (laquelle se fait via des cellules épithéliales).
Les cellules épithéliales vont servir à l’absorption des aliments.
Le tissu conjonctif est recouvert d’un épithélium non lisse, caractéristique du tube digestif.
Il va exister de manière modérée dans l’estomac via les invaginations gastriques dans lesquelles se font les sécrétions, et de manière maximale dans le grêle via les villosités du grêle qui participent à l’absorption.
La muqueuse est séparée de la sous muqueuse par une mince couche de muscle lisse : la musculaire muqueuse.
2. la sous muqueuse
La sous muqueuse est une couche épaisse de tissu conjonctif.
Elle a plusieurs rôles :
Mécanique pour la distensibilité et l’élasticité.
Vasculaire : Elle contient les vaisseaux sanguins et les vaisseaux lymphatiques pour la muqueuse et la musculeuse.
Neurologique : Le plexus sous muqueux en son sein est un réseau de cellules nerveuses qui va exercer une régulation locale comme les plexus d’Auerbach (de Meissner pour la sous-muqueuse). Ce plexus va réguler la sécrétion de gastrine et la contraction locale, notamment le péristaltisme (qui n’a pas besoin d’interaction avec le système nerveux végétatif). On peut avoir des réflexes courts quand ces plexus muqueux sont sollicités : c’est le syncytium neuronal sous muqueux ou myentérique.
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3. La musculeuse
La musculeuse est divisée en 2 couches :
Une couche circulaire interne (dont la contraction provoque la réduction du diamètre et le rétrécissement de la lumière du tube digestif)
Une couche longitudinale externe (dont la contraction provoque le raccourcissement et la réduction de la longueur de ce tube digestif).
Elle va servir au brassage, à la mise en contact du bol alimentaire contre les parois, et à la propulsion.
Entre les deux couches va se placer un réseau de cellules nerveuses : le plexus myentérique qui contribue à l’activité locale de l’intestin.
4. La séreuse
Le tissu conjonctif externe est relié à la paroi par les mésentères. Il sert au maintien et va produire une sécrétion aqueuse lubrifiante qui facilite le glissement entre les organes.
II. Les grandes fonctions du tube digestif
Le système digestif n’a pas pour fonction principale de participer à l’homéostasie (maintien de certaines caractéristiques du milieu intérieur comme le système respiratoire par exemple).
La régulation des concentrations en eau, sels et nutriments dans le milieu intérieur est assurée par le rein (système rénine angiotensine qui régule la quantité d’eau dans le corps) et le système endocrinien.
La régulation de l’activité digestive est commandée par la composition du contenu du bol digestif et non par l’état nutritionnel.
La fonction digestive relève de 5 processus.
A. Le transport
Le tube digestif va assurer le transport de l’eau, des sels minéraux et des molécules organiques (monosaccharides, acide gras, acides aminés, vitamines, lipides, protides).
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B. Digestion
Le tube digestif va servir à la dégradation des molécules complexes en molécules plus petites absorbables :
MOLECULE COMPLEXE LIEU DE DIGESTION MOLECULE SIMPLE
Glucides De la bouche au grêle Monosaccharides
Protéines Estomac et grêle Acides aminés
Lipides Grêle Acides gras
C. Absorption
L’absorption est le passage des petites molécules du tube digestif dans le sang et la lymphe.
Elle nécessite des systèmes de transport :
La diffusion selon le gradient de concentration (du + vers le –) Le transport actif contre le gradient de concentration du (– vers le +) Des mécanismes spécifiques comme l’endocytose et l’exocytose (qui est une invagination, la
muqueuse va piéger les substances du milieu intérieur vers le milieu extérieur et inversement).
D. Sécrétion
Les sécrétions peuvent être exocrines, endocrines ou paracrines et modifient les caractéristiques du bol alimentaires.
Le mucus est sécrété à tous les niveaux du tube digestif. Il facilite le déplacement du bol alimentaire grâce à une lubrification. Il protège la muqueuse, notamment celle de l’estomac.
Les enzymes facilitent la digestion. Elles fonctionnent à un certain niveau de pH et sont sécrétées dans les glandes, l’estomac, le pancréas, le grêle et le colon. Celles des glandes salivaires et de la muqueuse linguale vont servir à la digestion des glucides et des lipides. Celles de l’estomac vont servir au début de la digestion des protéines par la pepsine. Celles du pancréas, du grêle et du colon vont servie à la digestion des glucides, des lipides et des protéines.
L’eau et les électrolytes vont moduler le pH pour optimiser l’action des enzymes. Dans l’estomac, des ions H+ sont sécrétés pour que les enzymes de l’estomac puissent être actives. Dans le grêle, la sécrétion de HCO3
- par le pancréas et le foie va tamponner l’acidité du bol alimentaire (à cause du contact avec le milieu gastrique) pour que les enzymes soient actives.
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Les sels biliaires produits par le foie servent à la solubilisation des lipides insolubles dans l’eau.
Les hormones et les peptides gastrointestinaux
E. Motilité
1. Rôle
La motilité participe à la digestion et à l’absorption.
Elle permet une fragmentation (notamment grâce à la mastication), un brassage par l’estomac des aliments avec les sécrétions et la mise en contact avec la paroi intestinale des aliments.
Elle assure le transit qui est la progression du contenu dans le sens oral vers le sens aboral grâce à la contraction coordonnée des deux couches musculaires
La motilité est régulée dans le temps de manière locale par des capteurs automatiques. Elle est soumise à une régulation végétative par la peur et les émotions.
2. Durée du transit
La durée du transit est inégale selon le segment. C’est un processus lent qui va mettre au total 5 jours pour tout éliminer.
Il dure 10 secondes dans le pharynx et l’œsophage.
Le temps de demi-vidange de l’estomac est de 10 minutes à 3 heures selon la nature liquide ou solide (si le bol alimentaire est principalement constitué d’eau, la vidange se fait plus rapidement) et selon la taille des particules alimentaires.
La tête du repas va mettre 2 heures pour commencer à franchir la valve iléocaecale. Le grêle contient les aliments pendant 4 à 6 heures.
Dans le colon, les déchets apparaissent 1 à 3 jours après l’ingestion (15%) et l’évacuation totale prend au moins 5 jours (95%). Les substances non digérées et non absorbées sont éliminées sous forme de déchets. Ils sont les produits terminaux du métabolisme (comme la bilirubine).
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III. L’aspect quantitatif des échanges
A. Bilan des échanges entre milieu intérieur et milieu extérieur
ENTREE SORTIEAlimentation : 2L + 800g
Grêle : 7 à 8L + 750 gGlandes salivaires : 1,5 LEstomac : 2L
Foie + vésicule biliaire : 0,5LSelles : 0,15L + 50gPancréas: 1,5L
Intestinale : 1,5L
B. Provenance des différents nutriments
TYPE DE SUBSTANCE ORIGINE CONSTITUANTS
ELECTROLYTESAlimentaire
Sécrétions
Na+ alimentation 15% K+ alimentation 45% Cl- alimentation 20%
GLUCIDES Alimentaire
Polysaccharides : Amidon (2/3) Cellulose (non dégradée)
Disaccharides : Saccharose Lactose
Monosaccharides (petite quantité) : Fructose Glucose
LIPIDESAlimentaire
Bile
Triglycérides Phospholipides Ester de cholestérol
PROTEINES
Alimentaire
Enzymes sécrétées
Désintégration de cellules épithéliales
VITAMINES Alimentaire Liposoluble ADEK Autres vitamines
hydrosolubles
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IV. Le contrôle nerveux
A. Musculature
Le tube digestif est constitué de fibres musculaires lisses sur la totalité de sa longueur sauf au niveau du tiers supérieur de l’œsophage et du sphincter externe de l’anus qui sont constitués de fibres musculaires striées.
Le muscle lisse est de type unitaire avec des gap junction qui permettent le passage de potentiels d’action d’une fibre à l’autre rapidement sans médiateurs chimiques et sans intermédiaires.
Les contractions toniques prolongées nécessitent donc peu d’énergie contrairement aux muscles striés.
Le potentiel de repos est instable : on a des variations rythmiques depuis l’estomac distal en l’absence de toute stimulation. Le potentiel d’action nait à partir d’un seuil de dépolarisation mais l’amplitude des potentiels d’action n’est pas constante. Le potentiel de repos est instable donc on peut avoir des potentiels d’action en dehors de toute stimulation : c’est l’activité contractile myogène inhérente.
On distingue les fibres lisses à potentiel de repos stable sans activité myogène (l’œsophage et l’estomac proximal nécessitent une stimulation nerveuse pour obtenir une dépolarisation) et les fibres lisses à potentiel de repos instable avec une activité myogène inhérente (rythme électrique de base).
B. Innervation sensitive
1. Les récepteurs
La paroi du tube digestif contient des interocepteurs qui sont des terminaisons libres, des formations différenciées (la déformation du corpuscule de Pacini permet de générer un potentiel d’action sur la terminaison libre en cas de déformation par exemple)
On peut avoir des informations sur l’état de distension, de pression des aliments sur les parois grâce aux mécanorécepteurs, sur la température grâce aux thermorécepteurs, sur la pression osmotique grâce aux osmorécepteurs, sur les produits de la digestion grâce aux chémorécepteurs (pH, monosaccharides, acides gras, peptides, acides aminés).
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2. Les neurones
Les neurones en T se trouvent au niveau des ganglions rachidiens et du ganglion plexiforme pour les réflexes longs.
Les neurones sensitifs intrinsèques se trouvent dans les plexus intramuraux de la sous muqueuse pour les réflexes courts.
C. Innervation motrice
Il existe plusieurs types d’innervations selon la musculature.
1. Muscles striés
Les muscles striés servent à la mastication, la déglutition et à la défécation.
Les motoneurones se trouvent dans le bulbe (nerfs crâniens) et dans la moelle sacrée (nerfs sacrés).
2. Muscles lisses
Il existe 2 niveaux d’innervation :
L’innervation extrinsèque par le système nerveux autonome : les neurones sont en dehors de la paroi. Les nerfs crâniens innervent l’œsophage, l’estomac, le grêle, le colon proximal.
Les nerfs sacrés innervent le colon distal et le sphincter anal interne par le biais du parasympathique.
Les nerfs de la chaîne sympathiques para-vertébrale innervent l’estomac, le grêle, le côlon et le sphincter anal interne par le biais de l’orthosympathique.
L’innervation intrinsèque dans la paroi du tube digestif (système entérique ou intra-mural) : les neurones sont situés dans la paroi et sont modulés par le système nerveux central.
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Système parasympathique Système sympathique
Fibre préganglionnaire
Longues : Tractus gastro-intestinal Colon transverse
Courtes
Localisation du corps cellulaire
Noyau dorsal du vagueLes axones suivent le nerf vague.
Substance grise intermédiolateralis sacrée.
Moelle dorsolombaire. Les axones traversent la chaine sympathique.
Contingents Contingents bulbaire et sacré (colon descendant et rectum)
Chaîne sympathique para-vertébral
Réunion Les nerfs sacrés se réunissent en nerfs pelviens
Se réunissent en nerf splanchnique et hypogastrique.
Relais Relais dans la paroi du tube digestif. Relais dans les ganglions : Prévertébraux Cœliaques Mésentériques
Fibres post ganglionnaires
Courtes Longues pour les fibres splanchniques (tractus gastro intestinal et colon transverse) et pour les fibres hypogastriques (colon descendant et sphincter anal interne)
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1. Innervation intrinsèque
L’innervation intrinsèque est un réseau très dense de neurones. 108 neurones sont situés dans la paroi de tout le tube digestif et sont en étroite relation avec le système extrinsèque qui modulera l’activité du système intrinsèque. Les neurones sont groupés au sein de ganglions : les ganglions intramuraux.
Dans la sous muqueuse, on a le plexus sous muqueux de Meissner qui va plutôt avoir un rôle dans la sécrétion.
Entre les deux couches de la musculeuse, on a le plexus myentérique d’Auerbach (plus grand et plus varié) qui va plutôt avoir un rôle sur la musculature lisse.
Le système intrinsèque est en relation avec son environnement local grâce aux fibres musculaires lisses, aux interneurones et aux neurones afférents courts pour la constitution de reflexes courts intramuraux (régulation locale).
Il est en relation avec le système extrinsèque grâce :
Aux axones pré-ganglionnaires parasympathiques qui constituent le relais du système parasympathique.
Aux axones post-ganglionnaires sympathiques et aux neurones afférents spinaux et vagaux
Ce système extrinsèque permet la constitution de réflexes longs extramuraux (régulation générale).
2. Les neuromédiateurs et neuromodulateurs
a. Les amines
L’acétylcholine est présente pour les neurones intrinsèques dont le neurone post ganglionnaire parasympathique. Elle a un effet direct excitateur muscarinique pour la contraction et un effet indirect sur les autres neurones.
La noradrénaline est présente pour les neurones post ganglionnaires sympathiques. Elle a un effet direct inhibiteur relaxant béta et inhibiteur de la libération intrinsèque de l’acétylcholine
On a un effet antagoniste entre acétylcholine et noradrénaline
La sérotonine (5HT) est présente pour les neurones intrinsèques. Elle a un effet inhibiteur ou excitateur des neurones intrinsèques selon les récepteurs.
b. Les neuropeptides
Les neuropeptides sont présents pour 50-70% des neurones du plexus sous muqueux et 40% des neurones du plexus myentérique. Ils ont tous un effet relaxant sauf la substance P.
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La substance P est un excitateur qui stimule la libération de l’acétylcholine
Les opiacés (N. Enképhaline) sont des inhibiteurs directs (constipation des morphinomanes)
La somatostatine (SST) est un inhibiteur de la libération de l’acétylcholine, elle stimule les interneurones inhibiteurs
Le peptide intestinal vasoactif (VIP) est inhibiteur, relaxant pour la musculeuse et les sphincters
Le GRP (peptide libérant de la gastrine) a une action sur le pancréas et l’estomac
D'autres neuromédiateurs : GABA, purines (ADP, AMP, adénosine), NO, …
Les seuls neuromédiateurs excitateurs sont l’acétylcholine, la sérotonine et la substance P.
V. Les médiateurs
A. Hormones et Peptides gastro-intestinaux
Ces hormones et peptides sont sécrétés par :
Les cellules nerveuses qui sécrètent la substance P, les opiacés, la somatostatine, le VIP et le GRP.
Les cellules endocrines via les glandes annexes du tube digestif (glandes salivaires, pancréas, foie) et via les cellules sécrétrices de la muqueuse du tube digestif.
Leur voie d’action peut être :
Neurocrine (action sur les fibres nerveuses) Endocrine (action dans le sang) Exocrine (action dans la lumière du tube digestif) Paracrine (action locale par diffusion du liquide extracellulaire) Autocrine (action sur la cellule sécrétrice).
Il existe plusieurs cibles pour chacun d’entre eux, ce qui va induire un phénomène de potentialisation des autres hormones.
Quatre d’entre eux ne sont pas des hormones car ils ont une action circulante à distance. Ils sont regroupés au sein de 2 familles selon leurs similitudes structurales :
La famille de la gastrine qui regroupe la gastrine et la CCK La famille de la sécrétine qui regroupe la sécrétine et le GIP.
B. Gastrine, Cholécystokinine, Sécrétine et GIP
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Gastrine Cholécystokinine (CCK) Sécrétine GIP (peptide inhibiteur gastrique)
Origine
Cellules G endocrines de l’antre de l’estomac, du duodénum et du jéjunum.
Cellules endocrines du duodénum et du jéjunum (intestin proximal).
Cellules endocrines, cellules S du duodénum et du jéjunum (intestin proximal)
Cellules endocrines, cellules K du duodénum et du jéjunum (intestin proximal)
RécepteursCellules de la muqueuse de l’estomac :Cellules bordantes et à somatostatine
Pancréas, foie, estomac +++
Facteurs de libération
En réponse à un repas (intraluminale) entraînant la distension de l’estomac
En présence de petits peptides (phénylalanine, tryptophane).
En présence de calcium : Nerveux (parasympathique) via
l’acétylcholine et le GRP. Circulant (GRP et catécholamines
(adrénaline effet béta).
Intraluminaux :
En présence de produits de la digestion des graisses (acides gras et monoglycérides)
En présence de produits de la digestion des protéines (acides aminés : phénylalanine et tryptophane) et petits peptides
Intraluminaux :
pH duodénum (4,5-3) donc présence d’ions H+
Intraluminaux :
Présence de glucose
Présence d'acides aminés
Présence de lipides émulsifiés
Acidification duodénale
Action biologique
Action Essentiellement stimulante Essentiellement stimulante Essentiellement stimulante Essentiellement stimulante
Sécrétion Sécrétion acide de l’estomac, de facteurs intrinsèques et de pepsinogène.
Stimule : Sécrétion enzymatique
du pancréas (Cellules acineuses)
Sécrétion HCO3-du
pancréas et du foie
Potentialisation des effets de la sécrétine via le pancréas exocrine.
Stimule : Sécrétion de HCO3
- du pancréas et du foie
Sécrétion d'enzymes du pancréas (potentialisation des effets CCK)
Sécrétion biliaire d’eau et d’électrolytes.
Inhibe : La sécrétion acide de l’estomac
Augmente production de gastrine quand gastrinome (test diagnostic)
Libération d’insuline par le pancréas exocrine si glycémie > 1,2 g/L => glucose plus efficace par voie orale que par IV pour faire libérer de l’insuline
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Motricité
Motricité gastrique et des voies biliaires.
Contraction de la vésicule biliaire (action sur le muscle lisse)
Relâchement du sphincter d’Oddi (action indirecte)
Contraction du pylore (inhibe la vidange gastrique)
Inhibe les contractions de l’antre gastrique Inhibe les contractions de l’antre gastrique
Différenciation épithéliale
Renouvellement cellulaire des muqueuses du tube digestif.
Renouvellement cellulaire des muqueuses de la vésicule biliaire
Inhibe l’action de la gastrine sur la trophicité de l’estomac
Inhibe l’action de la gastrine sur la trophicité de l’estomac.
Rétrocontrôle
Inhibé par les ions H+ et participant ainsi au rétrocontrôle négatif de la sécrétion de gastrine
Elle exerce un rétrocontrôle positif en stimulant la sécrétion de bile, de sucs pancréatiques et de CCK, ce qui va faciliter la digestion des graisses et des protéines.
On a un arrêt de la sécrétion de CCK quand les produits de la digestion arrivent dans l’iléon.
Elle exerce un rétrocontrôle négatif. La sécrétion de sécrétine va induire une libération de suc pancréatique, ce qui va alcaliniser le milieu. Cette neutralisation du pH va provoquer une diminution de la libération de sécrétine.
Pathologies
On peut avoir une hyperproduction de gastrine dans le syndrome Zollinger Ellison, dans l’ulcère duodénal (associé à une hypersécrétion acide) ou dans la diarrhée (associée à une hypermotricité).
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C. Autres peptides
1. Agissant sur la sécrétion et la motilité
Le VIP :
Inhibe la sécrétion acide de l’estomac Stimule la sécrétion d’eau et de NaCl Inhibe la motilité gastrique et intestinale
La somatostatine (cellules D proches des cellules à gastrine) :
Inhibe la sécrétion de gastrine, de CCK, de GIP et d'acide de l’estomac Stimule les sécrétions enzymatiques et de HCO3
- du pancréas Inhibe la motilité gastrique et intestinale Stimule la contraction de la vésicule biliaire
La bombésine (GRP) :
Stimule la sécrétion acide et de gastrine Inhibe la motilité gastrique
2. Agissant sur la sécrétion
Les polypeptides pancréatiques inhibent la sécrétion exocrine du pancréas.
La ganyline augmente la sécrétion de Cl-.
3. Agissant sur la motilité
Ils inhibent les opioides, la neurotensine.
Ils stimulent la substance P (grêle), la motiline (interprandial) et la villikinine.
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