Chapitre III Digestion et excrétion

Plan du cours Introduction 1. définitions 2. évolution des systèmes digestifs II. L’appareil digestif des mammifères 1. le trajet des aliments 2. digestion et absorption des nutriments 3. régulation de la digestion 4. bilan hydrique III. L’appareil excréteur : le rein 1. fonctions 2. anatomie 3. La diurèse 4. excrétion 5. régulation

1. Définitions a. La nutrition processus par lesquels un être vivant transforme des aliments pour assurer son fonctionnement (énergie, croissance, fonctionnement) Organismes autotrophes Organismes ayant la capacité de produire de la matière organique à partir de composés inorganiques, comme le carbone (CO2) ou l’azote NO3 . Les organismes autotrophes sont donc capables de se développer dans un milieu ne contenant que du carbone minéral. (végétaux, certaines bactéries) Organismes hétérotrophes : Organismes nécessitant un apport de composés organiques (glucides, lipides, protides). tributaires d’un apport régulier de nutriments provenant d’autres organismes. (animaux) I. Introduction

b. Les différents modes de nutrition Ingestion par filtration Ex des animaux aquatiques Filtration des aliments contenus dans l’eau Chez les palourdes et les huitres les particules nutritives sont retenues au niveau des branchies puis sont propulsés par des cils dans la bouche. La baleine utilise des fanons (lames cornées fixées à la mâchoire) Peut avaler jusqu’à 5 tonnes d’eau et de plancton 1. Définitions

Ingestion du substrat Organismes vivant à l’intérieur de leur nourriture Ver de terre (saprophage) tordeuse Matière en décomposition b. Les différents modes de nutrition

Ingestion par aspiration Aspiration de liquides riches en nutriments parasites colibri Ingestion en vrac Ingestions de gros morceaux de nourriture ou d’organismes entiers. Mâchoires, dents, pinces, crochets pour tuer et déchiqueter la nourriture. b. Les différents modes de nutrition

c. La digestion Processus de dégradation de la nourriture, quelque soit le mode d’ingestion. Les animaux ne peuvent pas utiliser directement les nutriments qui composent les aliments : macromolécules trop grosses pour traverser les membranes macromolécules utilisables par l’animal sont différentes de celles des aliments Besoin de décomposer les macromolécules en monomères pour reformer ses propres molécules. La digestion décompose : les polysaccharides (sucres complexes) en glucides simples les lipides en glycérol et acides gras les protéines en acides aminés les acides nucléiques en nucléotides. Elle implique l’intervention d’enzymes spécifiques

Hydrolyse enzymatique : La décomposition des nutriments se fait par des enzymes qui coupent les liaisons entre les molécules grâce à des molécules d’eau (=hydrolyse) Cette réaction doit avoir lieu dans un compartiment spécifique pour éviter que les enzymes ne s’attaquent à la cellule. Une fois la digestion terminée, les molécules passent le compartiment digestif pour pénétrer dans les cellules. c. La digestion

2. Evolution des systèmes digestifs a. Vacuoles digestives – digestion intracellulaire Ex la paramécie L’incorporation des aliments se fait par phagocytose ou endocytose. Les vésicules fusionnent ensuite avec des lysosomes puis deviennent des vacuoles nutritives.

b. Cavité gastrovasculaire Digestion et circulation. Ex de l’hydre d’eau douce, vers plats Ramène la proie dans la cavité gastrovasculaire. Des cellules spécialisées secrètent des enzymes digestives qui fragmentent les tissus. Les particules entrent par phagocytose dans les cellules puis fusionnent avec les vacuoles digestives. Digestion extracellulaire + intracellulaire 2. Evolution des systèmes digestifs

Organismes plus complexes c. Le tube digestif Organismes plus complexes Le tube digestif relie la bouche et l’anus. Sens de passage : spécialisation de régions pour la digestion et l’absorption Bouche pharynx œsophage jabot, gésier, estomac Morceaux d’aliments intestin hydrolyse des molécules (Enzymes digestives) Absorption Anus Évacuation des résidus.

Plan du cours Introduction 1. définitions 2. évolution des systèmes digestifs II. L’appareil digestif des mammifères 1. le trajet des aliments 2. digestion et absorption des nutriments 3. régulation de la digestion 4. bilan hydrique III. L’appareil excréteur : le rein 1. fonctions 2. anatomie 3. La diurèse 4. excrétion 5. régulation

Temps de passage (à partir de l’ingestion) II. L’appareil digestif des mammifères : - le tube digestif : de la bouche à l’anus - organes annexes : la langue, les dents, la vésicule biliaire - des glandes digestives :foie, pancréas, glandes salivaires: libération de sucs digestifs Temps de passage (à partir de l’ingestion) Sphère oropharyngée 10 sec Œsophage Aorte abdominale Foie Estomac Vésicule biliaire Rate 1 à 3h Duodénum Pancréas Côlon 7 à 9h Iléon Intestin grêle 25 à 30h Appendice 30 à 120h Rectum

1. Le trajet des aliments a. La cavité buccale digestion mécanique (dents) digestion chimique (salive) La salive : 0,1 à 4 mL/min soit 0,5 à 1,5 L/ jour solution antibactérienne solution tampon : neutralise l’acidité mucine : protection de la muqueuse, lubrification des aliments enzymes digestives : amylase salivaire qui va découper les sucres complexes (début) lipase pour les lipides Parotides Sublinguales Sous-maxillaires La langue : forme une boule : le bol alimentaire Les glandes salivaires

b. cavité buccale-œsophage : la déglutition 1 3 Langue pousse le bol alimentaire Obturation de la cavité nasale (réflexe) Respiration suspendue Voies respiratoires obturées (épiglotte) Bol alimentaire entraîné vers l’estomac (péristaltisme) 2 Ouverture du sphincter œsophagien supérieur 1. Le trajet des aliments

De l’œsophage au gros intestin, le tube digestif des mammifères possède une paroi composée de 4 couches d’épaisseur Muqueuse Tissu épithélial 2. Sous-muqueuse Nerfs, v. sanguins 3. Musculeuse Muscle lisse 4. Séreuse Lien avec le mésentère b. cavité buccale-œsophage

b. cavité buccale-œsophage La contraction du muscle lisse provoque des ondes rythmiques : c’est le péristaltisme Muscle contracté Muscle relâché 1. Le trajet des aliments

c. œsophage-estomac Fonction : stocker (jusqu’à 2L) et dégrader les aliments éliminer les bactéries. Œsophage Fundus Cardia Estomac proximal Stockage sphincters Corps Pylore Estomac distal Dégradation Antre pylorique Duodénum Chyme acide : bol alimentaire + sucs gastriques ½ vie d’un liquide: 20 minutes ½ d’un solide: 1-4 heures 1. Le trajet des aliments

Cellule à mucus fermée (ou bordante) L’estomac Estomac : peut contenir jusqu’à 2L aliments + liquide (environ) Secrète le suc gastrique : liquide digestif qui se mélange avec les aliments très concentré en Hcl (pH acide entre 1,5 et 3,5) suffisamment acide pour dissoudre du fer! Fonction : dégrader les aliments et les bactéries. Contient aussi de la pepsine qui va dégrader les protéines (Pepsinogène) Les cellules de l’estomac secrètent aussi du mucus qui va protéger la paroi du milieu acide Pétrissage par des contractions du muscle lisse toutes les 20 secondes. Bouillie appelée chyme alimentaire. Secrète le suc gastrique : liquide digestif qui se mélange avec les aliments très concentré en HCl (pH acide entre 1,5 et 3,5) 3 à 4L de suc/ jour Régénération cte Du mucus Sinon ulcère Muqueuse fundique Plis gastriques Cellule à mucus fermée protection Cellule pariétale (ou bordante) Digestion aspécifique HCl Cellule principale Digestion spécifique Lipases Pepsinogène pepsine

d. Estomac – intestin grêle segment le plus long du tube digestif (+ de 6m). Fonction : Digestion, absorption, transport vers le système circulatoire Foie Pancréas exocrine Bile Duodénum Jéjunum Iléon Hydrolases bicarbonate digestion absorption absorption 1. Le trajet des aliments

e. intestin grêle – circulation sanguine Le trajet des aliments e. intestin grêle – circulation sanguine L’absorption des nutriments Entrée des nutriments dans l’organisme Cellule à mucus Cellule à Plateau strié Réseau capillaire Circulation lymphatique Circulation sanguine Chylifère Veinule Artériole

Deux couches de cellules seulement entre la lumière intestinale et la lumière capillaire Bordure en brosse Lumière de l’intestin Absorption des nutriments Mb apicale Cellule intestinale polarisée Mb basale Liquide interstitiel Cellule endothéliale Lumière du capillaire capillaire e. intestin grêle – circulation sanguine

e. intestin grêle – gros intestin (itinéraire bis) Fonction : formation et élimination des matières fécales, réabsorption d’eau. Côlon : réabsorption de l’eau (7-9l de liquide sécrété par jour dans le tube digestif) Formation de la matière fécale Digestion (bactéries.) Rectum : stockage des selles. Canal anal : 2 sphincters Intestin grêle + côlon = 90 % de la réabsorption. Mauvaise réabsorption : diarrhées, constipation. Matière fécale : Composants non digérés, cellulose, gaz, pigments biliaires (couleur), sels, bactéries (E.Coli) 1. Le trajet des aliments

Flore intestinale Chez un humain adulte, la flore intestinale est composée de 1014 bactéries Notion d’équilibre Les bonnes bactéries : Vont digérer des composés que l’organisme ne peut pas digérer Synthèse de la vitamine K.

2. Digestion et absorption des nutriments L’absorption des nutriments Entrée des nutriments dans l’organisme Bordure en brosse A lieu en grande majorité dans l’intestin grêle au niveau des microvillosités Muqueuse intestinale : replis qui augmentent l’aire d’absorption, jusqu’à 600 m². Plis villosités microvillosités

a. Digestion et absorption des glucides Digestion dans la cavité buccale et l’intestin grêle Absorption dans l’intestin grêle sous forme de monosaccharides (comme le glucose).

Passage à travers les cellules grâce à des transporteurs de glucose a. Digestion et absorption des glucides

b. Digestion et absorption des protéines Digestion dans l’estomac et l’intestin Absorption se fait sous forme de peptides et d’acides aminés

Voies d’absorptions : Canaux Vésicules b. Digestion et absorption des protéines

c. Digestion et absorption des lipides Triglycérides Digestion Glycérol Acides gras

Après digestion, il se produit une émulsion par les sels biliaires

3. Régulation de la digestion a. Régulation hormonale Présence d’aliments dans l’estomac Sécrétion de gastrine Stimulation de la sécrétion d’HCl

b. Régulation nerveuse: Le système nerveux Le cerveau (système nerveux central) informe contrôle Système nerveux périphérique (ou autonome ou végétatif) Système nerveux entérique sympathique parasympathique Stimulé lors du stress ou de l’effort Stimulé au repos

a. Régulation nerveuse: Le système nerveux périphérique (ou autonome) Système parasympathique : Pupilles Glandes salivaires Cœur Bronches pulmonaires Foie Estomac Intestin grêle Côlon Rectum Vessie Organes génitaux Processus anaboliques Mode repos Augmente la motilité et les sécrétions Neurotransmetteur : l’acetylcholine

a. Régulation nerveuse: Le système nerveux périphérique (ou autonome) Système (ortho)sympathique T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T 1 T12 L1 L2 L3 Pupilles Glandes salivaires Cœur Bronches pulmonaires Foie Estomac Intestin grêle Glande surrénale Rein Côlon Rectum Vessie Organes génitaux Système du stress Voies cataboliques Inhibe ou ralentit La motilité et les sécrétions Neurotransmetteur : L’adrénaline

Stimulation du système parasympathique c. Boucle de régulation Phase céphalique Vue des aliments, odorat, goût Stimulation du système parasympathique Phase gastrique Système nerveux entérique Augmentation des sécrétions Distension gastrique Augmentation de la motilité gastrique et de la sécrétion gastrique

Stimulation du système sympathique Le système nerveux central Phase intestinale Stimulation du système sympathique Distension intestinale diminution de la motilité gastrique et de la sécrétion gastrique Forte concentration en Hcl c. Boucle de régulation

1,5L: Alimentation, boisson 4. Bilan hydrique 1,5L: Alimentation, boisson 7L: Suc gastrique, pancréatique, intestinal, bile Réabsorption de 8,4L/ jour Iléon & Jéjunum, côlon 0,1L/ jour dans les fèces Les substances difficilement absorbables jouent un rôle laxatif

Plan du cours Introduction 1. définitions 2. évolution des systèmes digestifs II. L’appareil digestif des mammifères 1. le trajet des aliments 2. digestion et absorption des nutriments 3. régulation de la digestion 4. bilan hydrique III. L’appareil excréteur : le rein 1. fonctions 2. anatomie 3. La diurèse 4. excrétion 5. régulation

Apport sanguin aux organes 1. Fonctions Fonction du rein : maintien de l’équilibre hydro-électrolytique Régulation homéostatique du contenu en ions du sang. Élimination des déchets métaboliques. Régulation du volume du liquide extracellulaire et de la pression artérielle Pour assurer un apport sanguin aux organes suffisant. Apport sanguin aux organes Vol LEC Pression artérielle 2. Régulation de l’osmolarité Les modifications de pression osmotique entraine des flux de liquide Les reins régulent le comportements de soif, qui servent au maintien d’une osmolarité constante (290 mOsM)

3. Maintien de l’équilibre ionique Maintien des concentrations de Na+ K+ et Ca2+ Les reins équilibrent les pertes urinaires avec l’apport alimentaire Signalisation Osmolarité concentration Interne Externe Na+ 14 140 K+ 160 3 Ca2+ 10-4 1 Cl- 14 150 4. Régulation de l’équilibre acido-basique Maintien du pH. Si le pH est trop acide, le rein élimine des ions H+ et épargne Le bicarbonate (HCO3-) et inversement. Correction moins rapide que celle des poumons 1. Fonctions

5. Elimination des déchets déchets métaboliques : créatinine (muscle), l’urée (excrétion de l’azote) Acide urique Urobilinogène (hémoglobine) couleur jaune de l’urine Substances étrangères (toxines, médicaments) Toxines, Médicaments Substances chimiques (saccharine, benzoate) 6. Production d’hormones EPO (érythropoïétine) régule la production de globules rouges rénine régule l’homéostasie du sodium, la pression artérielle calcitriol dérivé de la vit D3 équilibre calcique. 1. Fonctions

2. Anatomie a. L’appareil urinaire = reins + uretères + vessie + urètre.

(lumière des tubules rénaux) Chemin de l’eau Plasma (sang) Néphron (lumière des tubules rénaux) Modification du liquide diurèse Uretère Vessie (réservoir d’urine) Urètre

Masse corporelle < 1 % Reçoit 20 % du sang corporel b. Organisation du rein Un néphron 2. Anatomie

L’irrigation des reins se fait par l’aorte (artère principale partant du cœur) et le sang repart directement dans la veine cave.

Urine définitive… c. Le néphron : unité fonctionnelle du rein. Chaque rein peut contenir jusqu’à 1 million de néphrons Artériole efférente Capsule de Bowman Cortex 1 3 1 Artériole afférente 3 2 4 2 4 Medulla 1: Tube Proximal 3: Tube distal 2: Anse de Henlé 4: Tube collecteur Urine définitive…

Vers le tube proximal… Corpuscule rénal (ou de Malpighi) = Capsule de Bowman + glomérule Artériole afférente Sang non filtré Capillaires Glomérulaires Sang filtré Artériole efférente Urine Primitive Glomérule : l’unité de filtration Vers le tube proximal… c. Le néphron : unité fonctionnelle du rein.

Filtration: urine primitive non-sélective Réabsorption: sélective 3. La diurèse : formation de l’urine Filtration: urine primitive non-sélective Réabsorption: sélective Sécrétion: sélective : urine définitive

3. La diurèse : formation de l’urine a. La filtration Passage de substances des capillaires glomérulaires vers la capsule de Bowman => formation d'ultrafiltrat (urine primitive) Dépend de ∆ Pression hydrostatique (P) ∆ Pression oncotique (π) Perméabilité des substances à travers la paroi Filtration glomérulaire L'élaboration de l'urine commence par une filtration passive des constituants du plasma du glomérule dans la capsule de Bowman. L'intensité de ce phénomène est appelée taux de Filtration Glomérulaire (FG) ou GFR (Glomérule Filtration Rate). A ce niveau, le sang et la lumière du tube urinaire ne sont séparés que par une très mince membrane poreuse perméable à toutes les substances dont les dimensions ne dépassent pas celles des pores. Cette filtration est assurée par la pression sanguine, suffisante pour forcer le passage d'eau et de nombreux solutés. En effet, la pression hydrostatique sanguine mesurée au niveau du rein est de 45 à 50 mm Hg et supérieure à la somme de la pression oncotique (20-35 mm Hg), due aux protéines qui ne peuvent filtrer et qui tendent à retenir l'eau, et de la pression interne dans la lumière du néphron qui n'est que de l'ordre de 10 mm Hg. La filtration est conditionnée par l'ensemble des trois couches formant barrière entre le sang et l'intérieur de la capsule de Bowman : la paroi endothéliale du capillaire, la membrane basale et l'épithélium de la capsule. Existence de pores à travers la Paroi.

Filtration différentielle L'eau et les petits solutés comme les ions, le glucose et l'urée filtrent librement. Par contre, la perméabilité est limitée pour les particules colloïdales de poids moléculaire élevé comme les grosses protéines et les lipides. La paroi est complètement imperméable aux éléments cellulaires du sang. Le produit de cette filtration est appelée urine primitive ou ultrafiltrat; sa composition est fort semblable à celle du plasma excepté l'absence de lipides et de grosses protéines. Le rapport entre les concentrations des substances de diamètre inférieur à 15 Å dans l'ultrafiltrat et le plasma est de 1. Il diminue progressivement pour les molécules de taille supérieure, car bien que les fenêtres des capillaires atteignent 500-1000 Å, les podocytes ne laissent filtrer que ce qui mesure au maximum 25 Å. La filtration représente 15 à 25% de l'eau et des solutés entrant dans le rein, soit environ 10% du poids corporel de l'individu par heure. Chez l'homme, le GFR est de l'ordre de 150 à 200 litres par jour ! Contrôle de la filtration glomérulaire La GFR est régie par deux paramètres principaux, la perméabilité de la barrière glomérulaire et les forces dont la résultante pousse le liquide à traverser cette barrière. La perméabilité est le produit de la perméabilité hydraulique intrinsèque de la barrière et de la surface de filtration; cette perméabilité appelée coefficient de filtration (kF) peut varier dans des conditions pathologiques mais reste normalement assez stable. Les forces de filtration sont d'une part les pressions hydrostatiques de part et d'autre de la barrière et les pressions osmotiques dues aux substances qui ne peuvent filtrer (les protéines), appelées pressions oncotiques. Ainsi, plus la différence entre les pressions enregistrées dans le capillaire glomérulaire (Pcg) et dans l'espace de Bowman (Peb) est grande, plus la filtration est importante. De même, plus la pression onchotique dans le plasma sanguin (πcg) est élevée, plus la rétention de liquide est importante et moins la filtration est importante (en considérant les conditions normales où la perméabilité aux protéines est nulle et donc la pression onchotique dans l'espace de Bowman nulle aussi). La relation peut alors s'écrire: GFR = kF (Pcg – Peb – πcg) Pcg vaut environ 45 à 50 mm Hg que ce soit dans l'artériole afférente ou l'efférente car le glomérule offre peu de résistance; toute variation du diamètre de l'une de ces artères va en modifier la résistance et faire varier Pcg. Peb est stable en conditions physiologiques et de l'ordre de 10 mm Hg. πcg augmente progressivement du début à la fin du glomérule puisque l'eau s'échappe dans l'espace de Bowman. Il passe de 25 à 35 mm Hg environ, ce qui fait que, en conditions normales, la filtration devient nulle avant la fin du passage du sang dans le glomérule. Dans les conditions normales, cet équilibre de filtration intervient lorsque 20% du RPF environ a subi la filtration. Cette fraction ne peut augmenter que si Pcg augmente ou πcg diminue. a. La filtration

Modification du filtrat a. La filtration

b. réabsorption / sécrétion Tubule Proximal : réabsorption / secretion réabsorption active 75% NaCl réabsorption passive eau et Cl- réabsorption active glucose et acides aminés Anse de Henlé : concentration de l’urine par réabsorption Branche descendante: augmentation de l’osmolarité La partie descendante est perméable à l'eau et imperméable au sodium. Branche ascendante mince : diminution de l'osmolarité branche imperméable à l'eau et perméable au sodium. Tubule distal : réabsorption /secretion Réabsorption de NaCl si besoin Lieu d’intervention de la rénine Tube collecteur : élaboration de l’urine définitive perméable à l’eau mais pas aux électrolytes Concentration de l’urine Réabsorption de l’urée

La réabsorption d’eau et de sel b. La réabsorption

remplissage de la vessie 2. miction et contraction 4. Excrétion La miction remplissage de la vessie 2. miction et contraction (contrôle volontaire) Excrétion = filtration – réabsorption + secretion 4. La miction Sortant du rein au niveau du bassinet, l'urine pénètre dans l'uretère, tube musculeux d'environ 30 cm chez l'homme, pour gagner la vessie. La progression est assurée par des ondes péristaltiques naissant dans le bassinet. C'est la présence d'urine dans les bassinets qui stimule un pacemaker déclenchant les ondes péristaltiques. Le nombre d'ondes est directement proportionnel à la quantité d'urine produite et il est contrôlé par un plexus nerveux entourant le rein. Lors de chaque contraction péristaltique, un jet d'urine pénètre dans la vessie. L'insertion en biais de l'uretère dans la vessie et la tension à laquelle est soumise la paroi de celle-ci empêchent le reflux de l'urine qui s'y accumule La vessie comprend trois couches de fibres musculaires lisses (muscle detrusor, composé d'une couche circulaire en sandwich entre deux couches longitudinales) qui, à l'orifice urétral, se regroupent pour former le sphincter interne. Ce sphincter possède son propre tonus; la structure des couches musculaires est telle qu'il est fermé quand le detrusor est relâché et vice-versa. Un sphincter externe, constitué de fibres musculaires striées, suit le sphincter interne.

5. Régulation a. Boucle de rétrocontrôle de l’osmolarité sanguine Hormone antidiurétique (ADH) : modifie la perméabilité du canal collecteur

b. Boucle de rétrocontrôle de la pression et du volume sanguin Régulation locale : la rénine Appareil juxtaglomérulaire réagit à une baisse de pression artérielle ou de concentration en Na+ : sécrétion de rénine : contraction des artérioles

FIN