Physiologie du pancréas exocrine Journée DES octobre 2013 Rouen

Plan Anatomie du pancréas exocrine Sécrétion hydro-bicarbonatée Sécrétion enzymatique Régulation Pathologie

I. pancréas exocrine Cellule ductale : sécrétion Hydro-bicarbonatée 90% de la masse pancréatique Canal pancréatique principal Canal ductulaire HCO3- H2O HCO3- H2O HCO3- H2O Canal ductulaire Pancréas exocrine : 90 % de la masse pancréatique totale 2 populations cellulaires : Cellules acineause : sécrétion enzymatique, environ 2 à 20 grammes d’enzymes par jour - cellules ductale : cécrétion hydrobicarbonnatée Elles se déversent dans le canal ductulaire puis de canal pancréatique principal puis le duodénum Canal ductulaire Cellule acineuse : sécrétion enzymatique , 2 à 20 grammes d’enzymes par jour (2,5L) duodénum

II. Sécrétion Enzymatique

Enzymes Enzymes amylolytique: Enzymes lipolytiques : α-amylase lipase Pro-phospholipase A1-A2 Esterases HCO3- H2O 80% pancréas exocrine Nucléase: Desoxyribonucléase Ribonucléase La sécrétion enzymatique est assurée par les cellules acineuses pancréatiques, qui représentent 80% de la sécrétion exocrine Il existe 4 familles d’enzymes : les amylolytiques, les lypolytiques; les protéolytiques et les nucléases Enzymes protéolytiques : Endopeptidases : Trypsinogène Chymotrypsinogène Proélastase Exopeptidases : Procarboxypeptidase A Procarboxypeptidase B aminopeptidases

Mécanismes sécrétoires Pole apical GZ Vacuole condensation Voie constitutive Voie régulée Golgi ATTENTION ANIMATION 1- les protéines sont synthétisées dans le noyau, puis transportées dans le réticulum endoplasmique rugueux 2- elles sont transportées vers appareil de golgi pour modification et tri 3- puis séparées en 2 voies : - voie constitutive : permet une libération en continue, protéines dirigées dans des petites vésicules vers le pole apical et basolatéral de la cellule - voie régulée : libération sous l’influence d ’agent de libération,NEURO-HORMONAUX ( sécrétine + cholécystokinine) les protéines sont empaquetées dans les vacuoles de condensation, dirigées vers le pole apical seulement, stockage dans les grains de zymogènes (GZ) Exocytose par fusion membranaire, à ce stade ceux sont des pro-enzymes inactifs REG Noyau Cellule acineuse Pole basolatéral

Activation enzymatique Pro-enzymes inactives pancréatiques Trypsinogène Entérokinase pH6-7 Trypsine Activation des autres proenzymes par la trypsine Chymotrypsinogène Chymotrypsine Proélastase Elastase Au niveau du duodénum, de Facon optimale de pH6-7: l’entérokinase transforme le trypsinogène en trypsine : qui va ensuite déclenché la cascade d’activation des autres enzymes pancréatiques Annoncer la prochaine diapo : plusieurs mécanismes de protection pour éviter cette activation enzymatique au sein des canaux pancréatiques Procarboxypeptidase Carboxypeptidase Prophospholipase A Phospholipase A Procolipase Colipase Lumière duodénum

Enzymes sécrétées sous forme de zymogène inactifs Trypsine activées au niveau du duodénum Protection pancréatique contre activation inappropriée de zymogène l’inhibiteur sécrétoire pancréatique de trypsine, synthétisé par le foie, crée un complexe avec la tryspine et l’inhibe Les inhibiteurs de protéase plasmatique Inhibiteurs des protéases plasmatiques : α1-antitrypsine - α2-macroglobuline - α&-antichymotrypsine Inter-α1-inhibiteur trypsique Inhibiteur sécrétoire pancréatique de trypsine (PSTI)

Effets Digestion des lipides enzymes pancréatiques Triglycérides Principale source d’énergie enzymes pancréatiques Triglycérides Lipase Colipase Absorption au niveau des entérocytes Absorption Acides gras + monoglycérides Lumière duodénum

Effets Digestion glucides et des protéines enzymes pancréatiques Amidon disaccharides Protéines Gros polypeptides Petits polypeptides Acides aminés Amylase pancréatique Trypsine Chymotrypsine carboxypeptidase Aminopeptidase Carboxypeptidase dipeptidase Oligosaccharides monosaccharides Absorption au niveau des entérocytes galactose fructose glucose Absorption Absorption Lumière duodénum

III. Sécrétion hydro-bicarbonatée

Assurer excrétion enzymes en évitant précipitations Rôles Assurer excrétion enzymes en évitant précipitations Neutraliser l’acidité gastrique ( pH suc pancréatique 7.5 à 8.2 ) pH duodénal favorable pour activité optimale des enzymes pancréatiques

Mécanisme de sécrétion Milieu intérieur Cellule ductale Canal pancréatique 1.CO2 H2O + CO2 Cl- Anhydrase carbonique Ca2+ 2. H2CO3 Cl- 4. NaH+ ATPase 3. H+ + HCO3- H+ 5. HCO3 - Na+ 4. NaK ATPase Dans les cellules ductales : Diffusion du CO2 à travers le membrane vers le cytoplasme de la cellule canalaire Elle s’hydrolyse en acide carbonique (H2CO3) grave à l’action de l’anhydrase carbonique, 3. Puis acide carbonique se dissocie en HCO3- + H+ 4. m’ion H+ : est transporté à travers la membrane basolatérale vers le millieu intérieur par NaH+ATPase et /ou un échangeur Na+/H+ 5. Les ions HCO3- sortent ensuite vers la lumière par la membrane apicale en utilisant un échangeur Cl-/HCO3-, le flux à travers cet échangeur dépend de la biodisponibilité du chlorure du coté luminal, qui dépend lui-même d’un canal chlorure apical, activé par l’AMPc (6) : ce canal chlore est la protéine CFTR 7. La sécrétine agit à ce niveau en activant la formation d’AMPc qui permet la sortie de Cl- K+ Na+ Cl- Gs AMPc 6. CFTR Sécrétine D’après C. Rozé, physiologie du pancréas exocrine 1998

[Cl-]+[HCO3-]=[Na+]+[K+] La sécrétion hydrocarbonnatée composée principalement : Na+, k+, Cl-, HCO3- Sous stimultation sécrétinique, il existe une relation réciproque entre les concentration de bicarbonates et de chlorure dans le suc Les concentrations de Na+ et de K+ ne varient pas en fonction du débit quand le débit du suc augmente, la concentration en HCO3- augmente jusqu’à un maximum pendant que la concentration en chlore diminue en miroir Explication : les cellules canalaires sécrètent un fluide primaire riche en bicarbonates, et que lorsque ce fluide voyage le long de l’arbre canalaire pancréatique, une partie de son bicarbonates est échangé contre du chlore Ainsi, a des débits très élevés, lorsque peu de temps est disponible pour l’échange, la concentration de bicarbonates reste très élevée Fonction ? : joue un role dans protection du pancréas contre l’autodigestion : En période inter-digestive, lorsque pas de stimulation, l’arbre canalaire contient une colonne statique de fluide renfermant une mixture potentiellement dangereuse de pro-enzymes. : échange anionique ductal (résorption de bicarbonates, protection de l’épithélium en abaissant le pH luminal Sécrétine Suc pancréatique HCO3- ++++ HCO3- ++ Cl- ++ pH luminal Protection pancréas Contre autodigestion HCO3- +++ Cl- + Progression, Débit Arbre canalaire pancréatique D’après Argent et Case, Physiology of the gastro-intestinal tract, 1994

IV. Régulation de la sécrétion pancréatique A. Activateurs

1. En période inter-digestive Variation périodiques (complexes moteurs migrants) Temps Sécrétion pancréatique exocrine Sécrétion basale pancréatique Exocrine ( sécrétion constitutive des Cellules acineuses + peptides régulateurs dans sang) En période interdigestive : il existe une sécrétion basale enzymatique d’environ 20%de la réponse à la cholecystokinine, et hydrocarbonatée d’environ 1-2 % de la réponse à la sécrétine. Notamment due à la sécrétion constitutive par la cellule acineuse des enzymes pancréatiques ( cf diapo 6) et à la présence de peptides régulateurs dans la circulation sanguine Se rajoute des variations périodiques (les pics sur le schéma) qui correspondent aux complexes moteurs migrants dans le duodénum Konturek SJ. Physiology of pancreatic secretion. J Physiol Pharmacol. 1993

2. Réponse pancréatique aux repas A. Phase céphalique Faible abondance (50% réponse CCK) Brève 1 2 X réponse cholinergique Phase céphalique : La vue, l’odeur, la mastication non suivie de déglutition entraine une sécrétion pancréatique exocrine faible (50% de réponse à la cholecystokinine, et brève) Mécanisme : -1. stimulation du nerf vague -2. voie indirecte : par stimulation de la sécrétion gastrique par le repas fictif Sécrétion enzymatique + hydro-bicarbonnatée

B. Phase gastrique Réflexe oxyntopancréatique (20% réponse CCK) 1. Réflexes vaso-vagaux excitateurs Réflexe oxyntopancréatique (20% réponse CCK) Gastrine Réflexe oxyntopancréatique : la distension du fundus stimule une sécrétion riche en enzymes pancréatiques, d’environ 20% de la réponse à la cholecystokinine Réflexe antropancrétique : la distension de l’antre stimule s écrétion pancréatique riche en enzymes, d’environ 50% de la réponse à la CCK Ce n’est pas la sécrétion de gastrine qui est responsale de cette sécrétion, contrairement à ce qui a longtemps été dit Réflexe antropancréatique (50% réponse à la CCK) Sécrétion enzymatique +++

B. Phase gastrique HCl sécrétine 2. Digestion 1. 2. HCl sécrétine Principal rôle de l’estomac dans la phase gastrique : digestion ! 1.Réduit la taille des molécules et hydrolyse les protéines et les lipides 2. Libération suc gastrique + sécrétine Sécrétion enzymatique + hydrocarbonatée

C. Phase intestinale : site majeur de régulation pancréatique Sécrétion hydro-bicarbonatée 2.Acides aminés Protides, protéines 1.l’acidité : les acides fort comme le HCL stimule la sécrétion de bicarbonates +++ : la réponse carbonatée est reliée à la quantité d’acide administrée, correspond à acide titrable AU-DESSOUS de ph 4.5 (pour un pH entre 4.5-7 : pas d’effet stimulant sur la sécrétion pancréatique 2. Acides aminés, protides, protéines : stimulent sécrétion enzymatique + hydrocarbonatée , le plus puissant AA : VALINE, PHENYLALANINE 3. Acides gras, TG et monglycérides, les acides gras en Carbone 18 > C12>C, stimulent à la fois sécrétion enzymatique et bicarbonée, stimulation par AG = réponse quasi égale à la stimultation max avec CCk , c’ est donc le stimulant physiologique LE PLUS EFFICACE 4. Distension intestinales est : stimulante si elle est au niveau du duodénum, inhibitrice si elle est au niveau du jéjunum 3.Acides gras, (C18>C12>C8) triglycérides Monoglycérides Sécrétion enzymatique 4.Distension duodénale 4. Distension jéjunale

Cholecystokinine : sécrétion enzymatique protéines Acides aminés graisses Cellule acineuse Pole basolatéral 1. Cholecystokinie : princpal activateur de la sécrétion enzymatique pancréatique La cholecystokinine est sécrétée par le duodénum en réponse à un repas riche en protéine, graisses, acides aminés Elle exerce : un rétrocontrole négatif sur la sécrétion acide de l’estomac Elle active par les cellules acineuses, par leur pole basolatéral : la sécrétion enzymatique pancrétique avec libération de trypsinogene, chymotripsinogene, amylase, lipase… Elle active l’excrétion par le pancréas exocrine de monitor peptide : qui exerce un rétrocontrole positif sur la sécrétion enzymatique Elle active l’ Cholecystokinine Monitor peptide Enzymes pancréatiques ( voie régulée)

Sécrétine : sécrétion hydro-bicarbonatée graisses H+ H+ H+ Cellule ductale H+ Activation par l’acidité gastrique principalement, mais aussi par les graisses de la sécrétion de sécrétine par les cellules S pancréatiques Qui : Inhibe la sécrétion acide gastrique par rétrocontrole négatif Active le nerf vague , qui active les cellules ductales pancrétiques qui libèrent la sécrétion hydrocarbonatée : ions HCO3- ++++ dans le duodénum où les ions HCO3- exercent un rétrocontrole négatif sur les cellules S La sécrétine agit aussi sur la sécrétion enzymatique en potentialisant l’effet de la cholecystokinine X Sécrétine HCO3- Potentialise Effet cholecystokinine

Autres activateurs PACAP Acétylcholine VIP Cellule ductale HCO3- H2O Canal ductulaire Canal pancréatique principal duodénum Cellule ductale PACAP : pituitary adenylate cyclase activating peptide : stimule

IV. Régulation de la sécrétion pancréatique B. Inhibiteurs

Somatostatine : inhibition sécrétion enzymes pancréatiques Acetylcholine La somatostatine : libérée par les cellules D du pancréas endocrine Inhibition de la sécrétion enzymatique pancréatique en : 1. inhibant la sécrétion de cholecystokinine par les cellules S duodénales, 2. inhibant l’acétylcholine : effet CCK-like Cholecystokinine Cellule acineuse Enzymes pancréatiques

Somatostatine : inhibition sécrétion hydro-bicarbonatée X La somatostatine inhibe la sécrétion hydrocarbonatée en inhibant la sécrétion de sécrétine Dernier effet : diminue la sécrétion pancréatique interdigestive en diminuant la motricité gastrique Cellule ductale Sécrétine HCO3- Potentialise Effet cholecystokinine

Autres inhibiteurs Polypeptide pancréatique Glucagon Peptide Y Cellule ductale Canal pancréatique principal Canal ductulaire HCO3- H2O HCO3- H2O HCO3- H2O Canal ductulaire duodénum

V. Pathologie

Si =90% parenchyme atteint Conséquence clinique de l’insuffisance pancréatique exocrine Lumière duodénum 1. malabsorption des graisses +++ enzymes pancréatiques Triglycérides Lipase Colipase Triglycérides Atteinte clinique : seulement si 90% du parenchyme atteint !! Principale conséquence clinique : malabsorption des graisses !!! stéatorrhée secondaire à une malabsorption des graisses, en l’absence de lipase et colipase en quantité suffisante Absorption Acides gras + monoglycérides Si =90% parenchyme atteint Stéatorrhée +++ Perte de poids Asthénie

Principales étiologies Mucoviscidose Pancréatite chronique alcoolique Pancréatite chronique Héréditaire - PRSS1 - SPINK1 - chymotrypsinogène Chirurgie Pancréatique DPC++(40-60%) Pancréatite chronique héréditaire par : mutation PRSS1 mutation SPKINK1, mutation chymotrypsinogène

Mucoviscidose Cellule ductale CO2 H2O + 2. H2CO3 3. H+ + HCO3- Anhydrase carbonique Cl- HCO3 - 1.CO2 K+ Na+ H+ Milieu intérieur 6. CFTR Gs AMPc 5. Canal pancréatique Défaut excrétion enzymatique Obstruction petits Canaux pancréatiques Épaississement mucus Détail sur le mécanisme de la mucoviscidose : cette diapo va très probablement sauter !!!! Mutation gène CFTR : aboutit à l’absence de canal chlore CFTR ou une anomalie du canal chlore : défaut d’excrétion du chlore dans la canal pancrétique Ce qui entraine la production d’un mucus plus épais : qui bouche les petits canaux pancréatiques et empêche la sécrétion des enzymes pancrétiques dans l’intestin entraine une insuffisance pancréatique exocrine Diminution Cl- Mutation CFTR

Conclusion Pancréas exocrine = 90% de la masse pancréatique 2 populations cellulaires - cellules acineuses responsables de la sécrétion enzymatique cellules ductulaires responsables de la sécrétion hydro- bicarbonatées 2 hormonses régulatrices principales : SECRETINE + CHOLECYSTOKININE

Bibliographie Physiopathology of exocrine pancreatic insufficiency and treatment, Louis Buscail and al., hepatogastro et oncologie digestive, 2010 Traité de pancréatologie clinique, Philippe Levy, 2005 Physiology of the exocrine pancreas, N. Vaysse, EMC-hépato-gastroentérologie, 2005 Physiologie du pancréas exocrine, J-P Bernard, EMC-hépato-gastroentérologie, 2006 Histoire naturelle de l’insuffisance pancréatique exocrine, P. Levy, Hépato-Gastro, 2002 Physiologie du pancréas exocrine, M. Dufresne, EMC-Hépatologie, 2012 Pancréatite chronique et insuffisance pancréatique, J-L Frossard, 2007 Physiologie humaine, 4ème édition, Silverthorn, édition Pearson, 2007 Physiologie médicale, W. F. Ganong, 2ème édition, 2007 Physiologie Humaine, E. Widmaier, 6ème édition, Vander, 2013