L’automatisme intestinale et le contrôle nerveux des différentes fonctions digestives PL Toutain Update 11 septembre 2010

Automatisme: mise en évidence in vitro d’activités phasiques Tension temps Contractions spontanées Fragment isolé d’intestin

Régulation des fonctions digestives Les fonctions de sécrétion, de motricité et d’absorption doivent être intégrée pour assurer la digestion et l’absorption optimale des aliments Le tube digestif possède un système nerveux intrinsèque qui lui donne une large autonomie (ex: automatismes moteurs), le système nerveux extrinsèque assurant les intégrations spatiales et temporelles des fonctions.

Le système nerveux de l’intestin Système nerveux intrinsèque Fait partie du système nerveux autonome (SNA) Parasympathique Nerfs vagues et pelviens Sympathique Système nerveux extrinsèque (ou entérique) Forment des réseaux dont les plexus myentériques et sous-muqueux sont les plus importants Sont interconnectés avec le système nerveux extrinsèque

1-Le système nerveux intrinsèque

La paroi musculaire digestive Deux couches musculaires de fibres lisses Couche longitudinale Manchon (IG) ou bande (Tenia coli) Couche circulaire Une Couches oblique supplémentaire dans l’estomac Muscle strié Œsophage, sphincter anal externe

Les couches musculaires du tube digestif Epithelium Muscularis mucosa Muscularis interna Couche (fibres) circulaire Muscularis externa Couche (fibres) longitudinale

Les 2 couches musculaires de l’intestin Muscularis Interna (circular) Muscularis externa (longitudinal)

La fibre lisse intestinale Petites fibres (10 µm de diamètre, 50-200µm de long) Possède beaucoup d’actine et peu de myosine Sont regroupées pour former des faisceaux (fasciae) entourés de conjonctif. Les fasciae forment les couches musculaires

Les 2 types de fibres lisses: Unitaires et multiunitaires

Fibres lisses unitaires et multiunitaires Synaptic vesicles Synaptic vesicles Motor axon varicosities Motor axon Unitaires la plupart des fibres lisses gastro-intestinales Couplées entre-elles (assure la synchronisation) avec des jonctions serrées ou nexus) Activité spontanée (myogénique) l’étirement provoque la contraction contraction indépendante d’une commande nerveuse Pas de jonctions neuromusculaires Coordonnées par les cellules de Cajal Multi-unitaire .Réticulo-rumen, vessie Pas d’activité spontanée pas de réponse à l’étirement activation par des neurones moteurs présence de jonctions neuromusculaires

Automatisme des fibres musculaires: rôle du système nerveux Fibre musculaire striées pas d’automatisme mais commande nerveuse Fibre lisse unitaire (ex. intestin) automatisme Genèse de l’activité indépendante du système nerveux (origine myogénique) mais contrôle (modulation) de l’activité motrice Fibres lisses multi-unitaires (ex. réseau/rumen, vessie) Pas d’automatisme Commande nerveuse

Les cellules de Cajal: Cellules à l’origine de l’automatisme des fibres lisses gastro-intestinales

Les cellules interstitielles de Cajal forment un réseau qui interconnectent entre-elles les fibres lisses musculaires Les cellules de Cajal ne sont pas des cellules nerveuses mais des cellules d’origine mésenchymateuse Le mésenchyme s'oppose au parenchyme qui désigne les tissus des organes nobles. Le mésenchyme est un tissu considéré comme un tissu de remplissage et de soutien. Elles jouent le rôle de pacemaker de l’intestin et elles assurent la genèse des ondes lentes Elles contrôlent la fréquence et la propagation des contractions intestinales car connectées aux fibres lisses qui elles-mêmes sont interconnectées par des jonctions serrées (points de faible résistance facilitant le passage de la dépolarisation entre 2 cellules)

Les contractions musculaires du tube digestif Contractions phasiques (fréquence de l’ordre de le seconde ou de la minutes) Intestin grêle, antre gastrique… Contractions toniques (fréquence de l’ordre de l’heure) Sphincter œsophagien inférieur (LES), sphincters iléo-caecal et anal.

2-Genèse des ondes lentes, ondes rapides (potentiels de pointe) et activité mécanique des fibres lisses

Contraction musculaire lisse et mouvements des ions intracellulaires Les contractions musculaires sont associées à des mouvements intracellulaires de calcium On observe des variations régulières du potentiel de membrane nommées ondes lentes (OL); ces ondes lentes ne sont associées à aucun mouvement (pour l’intestin mais pas l’estomac). Des signaux électriques appelés potentiels d’action ou potentiel de pointe (PP) (spikes) se superposent aux OL

Relation entre dépolarisation et activité mécanique

Les Ondes lentes Potentiel de repos faible (-60 mV) Dépolarisation partielle de 10-15 mV Fréquence détermine le rythme électrique de base (REB) 3/min au niveau du fundus 12-15/min: duodénum 8 /min :iléon Ont pour origine une interaction entre les cellules de Cajal et les autres cellules lisses (forment un cable)

Electrical activity occurs at different frequencies in stomach, small intestine and colon

Ondes rapides ou potentiels de pointes Vrai potentiel d’action Passe au dessus des - 40 mV pour atteindre presque le 0 Durée d’un potentiel de pointe: 20 ms Dépolarisation liée à des canaux calciques (pénétration de Ca++) et très peu de Na+

Couplage des fibres lisses intestinales de la couche longitudinale Présence de jonctions serrées entre les cellules (tight junctions) des fibres lisses Assure une solution de continuité entre les cellules Donne à l’ensemble des propriétés de syncytium Le système nerveux n’est pas indispensable à la propagation des OL

Ondes lentes (couche longitudinale) & activité rapide (couche circulaire) Pour l’intestin, le plateau de dépolarisation des OL de la longitudinale n’est jamais surchargé de potentiels rapides (contrairement à ce qui est vu pour l’estomac) mais l’activité électrique de l’OL se propage de façon électrotonique à la couche circulaire qui pourra ou non se trouver dépolarisée par cette OL

L’onde péristaltique implique une propagation synchrone sur une section intestinale des OL Temps zéro 5 secondes plus tard

Propagation électrotonique des OL sur la longitudinale Intestin grêle Colon Propagation synchrone des OL sur une section : péristaltisme Propagation asynchrone des OL sur une section: mixage

3-Le système nerveux intramural: les plexus sous-muqueux et myentériques

Plexuses innervate muscle & secretory cells of the GI tract

Les plexus Le système nerveux entérique est constitué de deux plexus ganglionnaires qui s'étendent sur toute la longueur du tube digestif le plexus myentérique qui se trouve entre les couches musculaires longitudinale et circulaire et qui contrôle la motricité le plexus sous-muqueux situé entre la couche musculaire circulaire et la muqueuse intestinale et qui contrôle les sécrétions

Les cellules de Cajal assurent le relais entre l’innervation intrinsèque intramurale et la musculature lisse varicosités axonale Innervation extrinsèque Cellule de Cajal Muscle lisse Les neurotransmetteurs diffusent à partir des varicosités axonales vers les cellules interstitielles de Cajal (organisation synaptique dite en passage)

le système nerveux intrinsèque: les plexus Les plexus sont des structures type système nerveux central avec vésicules synaptiques, des cellule gliales… d'où son nom anglais : brain gut axis (littéralement : cerveau viscéral). Il est connecté au système nerveux central via le nerf vague.

Le système nerveux intrinsèque: les plexus Les plexus sont reliés entre eux par des axones non myélinisés Des plexus partent des axones qui cheminent entre les fibres musculaires Pas de véritables synapses neuromusculaires

Les neurones des plexus Neurones cholinergiques Excitateur Neurones inhibiteur non-adrenergique Purinergiques (récepteurs à l’adénosine, ATP…) Présence d’un tonus inhibiteur permanent le VIP & le l’oxyde nitrique (NO) sont les 2 principaux neuromédiateurs des motoneurones inhibiteurs Responsable de l’iléus paralytique Ils représentent la voie terminale de l’innervation extrinsèque

Les plexus de la paroi digestive sont contrôlés par l’innervation extrinsèque Système nerveux extrinsèque

Contrôle du système nerveux intrinsèque par le système nerveux extrinsèque (parasympathique & sympathique)

Rôle des neurones des plexus Indispensable à la formation de l’onde péristaltique c’est-à-dire à la coordination temporelle des différents événements: de contraction en amont de relâchement en aval loi de l’intestin

4-Le système nerveux extrinsèque

Rôle du système nerveux extrinsèque: contrôle des fonctions digestives (motricité, sécrétions…)

Système nerveux périphérique Système nerveux autonome Système nerveux somatique Système nerveux parasympathique Système nerveux sympathique Activation Diffuse Activation Selective Muscle squelettique Glandes, Muscle lisse & coeur

Système nerveux Somatique Système nerveux autonome Muscle squelettique Posture, locomotion Commande centrale: cortex moteur; système pyramidal Dernier neurone (Motoneurone) partant du SNC (corne ventrale de la ME) Fibres sensitives dans les muscles Cœur, muscles lisses, glandes Homéostasie Contrôle central: hypothalamus, tronc cérébral & ME Dernier neurone ( neurone post-ganglionnaire) partant d’un ganglion ou d’un plexus situé en dehors du SNC Fibres sensitives issues des viscères

Organisation neuronale du SNA

Système nerveux extrinsèque du tube digestif Double innervation Parasympathique Sympathique

Parasympathique Fibres préganglionnaires (longues, en bleues) Fibres postganglionnaires (courtes, enrouges)

Le système parasympathique Origine Bulbe Moelle sacrée Importance au niveau de l’estomac et de la partie proximale de l’intestin Transmission cholinergique excitatrice Innervent les fibres intrinsèques aussi bien inhibitrice qu’excitatrice

Sympathique Fibres préganglionnaires (bleues) Fibres postganglionnaires (rouges)

Le système sympathique Issu de la moelle épinière (ME) entre T1 et L2 Point de départ du neurone préganglionnaire dans la corne latérale de la ME Les neurones préganglionnaires forment les rameaux communicants blancs, passent dans la chaîne des ganglions paravertébraux et vont faire synapse avec les fibres postganglionnaires. Les fibres postganglionnaires innervent les fibres musculaires lisses, les glandes….

Innervation extrinsèque et couplage aux plexus Plexus myentérique Plexus sous-muqueux

Comparaison des systèmes nerveux somatique et autonome

Moelle épinière sacrée Parasympathetique Sympathetique SNC Noyau dorsal du vague Moelle épinière sacrée Fibres préganglionnaires Fibres post-ganglionnaires Ganglion sympathique plexus myentériques Plexus sous-muqueux SN entérique Muscle lisse Cellules sécretoires Vaisseaux Cellules endocrines

Fonctions du système parasympathique

Le système parasympathique: fonctions Rôle majeur dans l’inhibition de la motricité (relaxation vagale de l’estomac, réflexe de déglutition..) via par le système purinergique Effets inotrope et chronotrope négatifs sur les contractions de l’estomac Stimulation de la motricité intestinal (rôle modeste ou nul) Stimulation des sécrétions digestives

Fonctions du système sympathique

Le système nerveux sympathique Inhibiteur Libère de la noradrénaline action directe via les récepteur β Action indirecte par inhibition présynaptique des fibres parasympathiques postganglionnaires Nombreux réflexes inhibiteurs à point de départ digestif

Le système sympathique inhibe la motricité digestive et contracte les sphincters

Réflexes intestinaux longs Réflexe iléo-gastrique La distension de l’iléon inhibe la motricité intestinale Réflexe intestino-intestinal Iléus paralytique

Iléus paralytique Absence de toute activité motrice Ex. Après une chirurgie abdominale Coliques de stase chez le cheval Péritonite Inhibition ayant pour origine des nocicepteurs intraparietaux Voie afférente et efférente splanchniques

Le système nerveux afférent

Le système nerveux afférent Nombreuses fibres nerveuses partent du TD pour remonter vers le SNC 80% des fibres vagales sont sensitives Fibres afférentes du nerf splanchnique

Réflexes viscéraux Visceral reflexes have the same elements as somatic reflexes They are always polysynaptic pathways Afferent fibers are found in spinal and autonomic nerves Figure 14.7