L’automatisme intestinal et le contrôle nerveux de la motricité intestinale P.L. Toutain Update 25 septembre 2008

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)

Le système nerveux intramural: les plexus sous-muqueux et myentérique

Plexuses innervate muscle & secretory cells of the GI tract

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

Les 2 types de fibres lisses: Unitaires et multiunitaires

Fibres lisses unitaires et multiunitaires Synaptic vesicles Synaptic vesicles Motor axon varicosities Motor axon Multi-unitaire .Réticulo-rumen, vessie Pas d’activité spontanée pas de réponse à l’étirement activation par des neurones moteurs présence de jonctions neuromusculaires Unitaires la plupart des fibres lisses gastro- intestinales Activité spontanée (myogénique) l’étirement provoque la contraction contraction indépendante d’une commande nerveuse Pas 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) 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 interconnecte la musculature gastro-intestinale 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

Genèse des ondes lentes et des potentiels de pointe

Ondes lentes, ondes rapides (potentiels de pointe) et activité mécanique

Electrophysiologie de la cellule intestinale 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

Relation entre dépolarisation et activité mécanique Potentiels rapides

Relation entre dépolarisation et activité mécanique

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

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

Electrophysiologie de la cellule intestinale 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+

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

Système nerveux intramural

Les cellules de Cajal assurent le relais entre l’innervation intrinsèque intramurale et la musculature lisse varicosités axonales Innervation extrinsèque Cellules 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 Distance importante entre les neurones et les fibres musculaires Peu de fibres musculaires sont en contact direct avec les neurones (syncytium)

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 (Auerbach) qui se trouve entre les couches musculaires longitudinale et circulaire et qui contrôle la motricité le plexus sous-muqueux(Meissner) situé entre la couche musculaire circulaire et la muqueuse intestinale et qui contrôle les sécrétions

Plexuses innervate muscle & secretory cells of the GI tract

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).

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

Réflexe péristaltique

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

le système nerveux intrinsèque: les plexus Il sont connecté au système nerveux central via le nerf vague.

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

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

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

Les neurones des plexus Neurones cholinergiques Excitateur Neurones inhibiteur non-adrénergique Purinergiques Présence d’un tonus inhibiteur permanent Responsable de l’iléus paralytique Ils représentent la voie terminale de l’innervation extrinsèque

Neurotransmetteurs du péristaltisme Les deux principaux neurotransmetteurs impliqués dans le contrôle du péristaltisme intestinal sont l'acétylcholine et le VIP (Vasoactive Intestinal Peptide). L’onde péristaltiques a deux composantes : une contraction en amont et une relaxation en aval (loi de l’intestin) L'acétylcholine contrôle la contraction et le VIP la relaxation. Les neurones à acétylcholine et VIP sont modulés par d'autres agents dont les opioïdes endogènes.

Contrôle des fonctions digestives (motricité, sécrétions…) par le système nerveux périphérique

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 extrinsèque du tube digestif Double innervation Parasympathique Sympathique

Sympathique Parasympathique

Le système parasympathique

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

Le système parasympathique: fonctions Rôle majeur dans l’inhibition de la motricité (relaxation vagale de l’estomac, réflexe de déglutition..) 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

Le 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

Fight or flight: maximally use the body’s resources to increase your chance to survive a threatening situation = high level of sympathetic activity— Pupils dilate Blood vessels of skin and gut constrict to redirect blood to inner core Hair stands on end (piloerection) Bronchi of lungs dilate and respiration increases Heart rate and the force with which it contracts increases Digestive functions suppressed Stimulate adrenal medulla: adrenalin Stimulate glucagon from pancreas to mobilize glucose

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

Le nerf splanchnique transmet des informations sensorielles d’origine digestive à la moelle épinière et en retour renvoie des signaux centraux vers le TD

Réflexes viscéraux Les réflexes viscéraux ont la même organisation que les muscles somatiques Ils sont toujours polysynaptiques Les fibres afférentes sont trouvées dans les nerfs spinaux et du Système Nerveux Autonome Figure 14.7

Douleur rapportée Convergence d’afférences somatiques et viscérales sur les mêmes neurones de la moelle épinière