Physiologie Digestive — Université de Biologie

Digestion

Le système digestif transforme les aliments complexes en nutriments assimilables par l'organisme — un voyage de 9 mètres, 40 enzymes différentes, 38 trillions de bactéries, et environ 24 heures de traitement continu.

~9 mlongueur totale du tube digestif
1.5 Lsuc gastrique produit par jour
38 Tbactéries dans le côlon (microbiote)
250 m²surface d'absorption de l'intestin grêle

01 — Vue d'Ensemble

Le système digestif

Définition : la digestion est l'ensemble des processus mécaniques et chimiques par lesquels les aliments sont fragmentés en molécules assimilables (glucose, acides aminés, acides gras), absorbées puis distribuées à toutes les cellules de l'organisme.

Le tube digestif — parcours de 24 heures

1
Bouche & pharynx
Mastication, insalivation, déglutition. Durée : 15–30 secondes. Volume salive : 1–1,5 L/jour. Début de la digestion de l'amidon (amylase salivaire).
2
Œsophage
Transport du bol alimentaire par péristaltisme. Longueur : ~25 cm. Durée transit : 5–10 secondes (liquides) à 30 secondes (solides). Sphincter supérieur et inférieur (SOI).
3
Estomac
Digestion mécanique (brassage) et chimique (HCl pH 1-2, pepsine). Volume : 50 mL à vide → 1,5–2 L plein. Durée de séjour : 2–5 h. Chyme évacué progressivement vers le duodénum.
4
Duodénum
Première portion de l'intestin grêle (~25 cm). Réception du suc pancréatique (enzymes + bicarbonates) et de la bile. Neutralisation du chyme acide (pH 6–7). Digestion intense.
5
Jéjunum & iléon
Absorption de 90 % des nutriments. Jéjunum : glucides, protéines, graisses, vitamines hydrosolubles. Iléon : vitamine B12 (récepteur cubam), sels biliaires, vitamine B12. Durée : 3–5 h.
6
Caecum & côlon
Réabsorption d'eau (1–2 L/jour), électrolytes, fermentation bactérienne des fibres (AGCC). Durée de transit : 25–72 h. Côlon droit → transverse → gauche → sigmoïde → rectum.
7
Rectum & canal anal
Stockage temporaire des selles. Réflexe de défécation via le système nerveux entérique. Durée séjour : variable. 2 sphincters anaux (interne involontaire, externe volontaire).

Glandes annexes

  • Glandes salivaires : parotides (amylase), submandibulaires, sublinguales — 1–1,5 L de salive/jour.
  • Foie : production de bile (600–1 000 mL/jour), métabolisme des nutriments absorbés.
  • Vésicule biliaire : stockage et concentration de la bile (×10). Éjection lors des repas.
  • Pancréas exocrine : 1,5 L de suc pancréatique/jour — la plus grande concentration d'enzymes digestives.

02 — Début du Trajet

Bouche — première transformation

Mastication

La mastication fragmente les aliments (surface × 40), les imbibe de salive et forme le bol alimentaire. Les molaires développent une force de ~700 N. La langue mélange et positionne pour la déglutition. On mâche en moyenne 6 000 fois par jour.

Salive

Composition de la salive : eau (99,5 %), amylase salivaire (ptyaline), lipase linguale, mucines (lubrification), immunoglobuline A sécrétoire (défense), lysozyme, lactoferrine, ions (Na⁺, K⁺, HCO₃⁻, Cl⁻). pH = 6,5–7,5. Commence la digestion de l'amidon (α 1-4 glycosidase) et des lipides.

Déglutition

Processus en 3 phases : orale (volontaire — bol poussé vers pharynx), pharyngée (réflexe — fermeture voies aériennes par épiglotte) et œsophagienne (péristaltisme — onde de contraction 2–6 cm/s). Le sphincter œsophagien supérieur (SOS) s'ouvre sur pression du bol, le sphincter inférieur (SOI) empêche le reflux gastro-œsophagien.

03 — Creuset Acide

Estomac

pH 1,5–3 : l'estomac est l'organe le plus acide du corps. Cette acidité extrême tue la plupart des bactéries ingérées, dénature les protéines (les déplie pour faciliter la protéolyse) et active le pepsinogène en pepsine. La muqueuse gastrique est protégée par une couche de mucus de 0,6 mm et des jonctions serrées épithéliales.

Cellules de la muqueuse gastrique

CelluleLocalisationSécrèteFonction
Cellules pariétales (bordantes)Corps et fundusHCl (pompe H⁺/K⁺-ATPase) + Facteur intrinsèqueAcidité gastrique, absorption vit. B12
Cellules principales (pepsiques)FundusPepsinogène (→ pepsine en milieu acide)Protéolyse gastrique (endopeptidase)
Cellules muqueusesToute la surfaceMucine (mucus) + bicarbonateProtection de la muqueuse contre l'HCl
Cellules GAntreGastrine (hormone)Stimule HCl et motilité
Cellules ECLFundusHistamineStimule les pariétales via récepteurs H2
Cellules DAntre et fundusSomatostatineInhibe gastrine et HCl (régulation)

Vidange gastrique

Le chyme passe progressivement (2–4 mL/contraction pylorique) dans le duodénum selon la composition du repas : les glucides passent en ~1–2 h, les protéines 3–4 h, les lipides 4–5 h. La CCK (cholécystokinine) ralentit la vidange gastrique quand le duodénum est trop chargé.

Ulcère gastrique : 90 % des ulcères duodénaux et 80 % des ulcères gastriques sont associés à Helicobacter pylori (Marshall & Warren, Nobel 1994). Cette bactérie résiste à l'acide gastrique (uréase → NH₃ qui neutralise localement). Traitement : trithérapie (IPP + 2 antibiotiques). Autres facteurs : AINS, stress sévère, tabac, alcool.

04 — Glandes Majeures

Foie, vésicule biliaire & pancréas

Foie — laboratoire central du métabolisme

Le foie (1,5 kg) est le plus grand organe glandulaire. Il reçoit deux afférences vasculaires : artère hépatique (sang oxygéné) et veine porte (sang chargé de nutriments absorbés). Les hépatocytes réalisent plus de 500 fonctions métaboliques :

Métabolisme glucidique

Glycogenèse (glucose→glycogène), glycogénolyse (glycogène→glucose), néoglucogenèse (AA, lactate→glucose), voie pentose-phosphate. Le foie tamponne la glycémie post-prandiale.

Métabolisme lipidique

β-oxydation des AG, synthèse des corps cétoniques (jeûne), synthèse des lipoprotéines (VLDL, HDL), cholestérol et acides biliaires. Stockage glycogène et triglycérides.

Production biliaire

600–1 000 mL de bile/jour : sels biliaires, bilirubine, cholestérol, phospholipides, eau. La bile émulsionne les graisses → formation de micelles → absorption. Sels biliaires recyclés (cycle entéro-hépatique, 95 %).

Détoxification

Métabolisme de phase I (cytochromes P450 — oxydation, réduction, hydrolyse) et phase II (conjugaison → glucuronidation, sulfatation) → molécules hydrophiles → éliminées dans la bile ou les urines. Alcool, médicaments, toxines.

Pancréas exocrine

Le pancréas produit 1–1,5 L de suc pancréatique/jour, sécrété dans le duodénum via le canal de Wirsung. Composition :

  • Bicarbonates (HCO₃⁻) : neutralisent le chyme acide → pH duodénal 6–7 pour l'activité enzymatique optimale. Sécrétés par les cellules canalaires sous stimulation de la sécrétine.
  • Enzymes protéolytiques : trypsine (proenzyme : trypsinogène → activé par l'entéropeptidase duodénale), chymotrypsine, élastase, carboxypeptidases A et B.
  • Enzymes lipolytiques : lipase pancréatique (avec colipase), phospholipase A2, estérase cholestérol.
  • Enzymes amylolytiques : α-amylase pancréatique — digère l'amidon non digéré par l'amylase salivaire.
  • Nucléases : DNase I, RNase A — digestion des acides nucléiques alimentaires.
Pancréatite aiguë : autodigestion du pancréas par activation prématurée des proenzymes dans les acini pancréatiques (trypsine intrapancréatique → cascade). Causes : alcool (45 %), lithiase biliaire (35 %), médicaments, hypertriglycéridémie. Douleur épigastrique en ceinture irradiant vers le dos, élévation lipase sérique (>3× normale = diagnostic).

05 — Absorption

Intestin grêle — génie de l'absorption

L'intestin grêle (6–7 m chez l'adulte) est le site principal d'absorption des nutriments. Sa surface effective est 250 m² grâce à trois niveaux d'amplification :

Valvules conniventes

Replis circulaires de la muqueuse et sous-muqueuse — visibles à l'œil nu. Amplification de surface ×3.

Villosités intestinales

Projections de 0,5–1 mm — vascularisées (capillaires + chylifères). 20–40 villosités/mm². Amplification ×10. Renouvelées en 3–5 jours.

Microvillosités (brush border)

~1 000 microvillosités/entérocyte. Portent les enzymes de la bordure en brosse (maltase, sucrase, lactase, peptidases). Amplification ×20.

Mécanismes d'absorption par nutriment

NutrimentForme absorbéeMécanismeTransporteur
Glucose, galactoseMonosaccharidesTransport actif secondaire (avec Na⁺)SGLT1 (apical) → GLUT2 (basolatéral)
FructoseMonosaccharideDiffusion facilitéeGLUT5 (apical) → GLUT2
Acides aminésAA libres, dipeptidesTransport actif (Na⁺, H⁺)PepT1 (di/tripeptides), multiples AA transporters
Acides gras >12CMicelles → monoglycérides + AG libresDiffusion + protéines FAT/CD36→ chylomicrons → lymphe → canal thoracique
Acides gras <12C (AGCC)AG libresDiffusion simple→ veine porte directement
Vitamines liposolubles (A, D, E, K)Micelles mixtesDiffusion avec graissesAvec chylomicrons
Vit. B12Complexe B12-facteur intrinsèqueEndocytose récepteur-médiéeRécepteur cubam (iléon terminal)
Fer (Fe²⁺)Fe²⁺ libre ou hèmeTransport actifDMT1 (apical) → ferroportine (basolatéral)
CalciumCa²⁺ libreCanal + pompe Ca²⁺ (vit. D-dépendant)TRPV6 → calbindine-D9k → PMCA1b
EauH₂OOsmose par aquaporines + jonctionsAQP1, AQP7, AQP8 dans l'entérocyte

06 — Fermentation

Côlon — eau, électrolytes & fermentation

Le côlon (~1,5 m) reçoit ~1,5 L de chyme liquide/jour et élimine ~150 mL de selles. Fonctions principales :

  • Réabsorption hydrique : 90 % de l'eau → 150 mL de selles avec ~70–75 % eau.
  • Réabsorption électrolytes : Na⁺ (avec aldostérone), Cl⁻, HCO₃⁻.
  • Fermentation bactérienne : fibres non digestibles → acides gras à chaîne courte (AGCC : acétate, propionate, butyrate) par fermentation anaérobie.
  • Production de gaz : CH₄, H₂, CO₂, H₂S — jusqu'à 2 L/jour de gaz intestinaux selon le microbiote et le régime alimentaire.
Butyrate : l'acide gras à chaîne courte le plus important. Carburant préférentiel des colonocytes. Régule l'expression génique via inhibition des HDAC (effets anti-inflammatoires, anti-prolifératifs). Protège contre le cancer colorectal. Produit principalement par Roseburia, Faecalibacterium prausnitzii, Eubacterium rectale. Réduit avec un régime pauvre en fibres.

Mouvements du côlon

  • Segmentation haustra : brassage lent, augmente contact muqueuse–contenu → absorption.
  • Péristaltisme propulsif : progression lente (5 cm/h).
  • Mouvements de masse (3–4/jour) : contraction puissante sur 20–30 cm, déclenché par le réflexe gastro-colique (1h après un repas). Urgent pour beaucoup de personnes après le petit-déjeuner.

07 — Biochimie

Enzymes digestives

Amylase salivaire
Glandes parotides
Hydrolyse α(1→4) de l'amidon → maltose, dextrines. pH optimum 6,8. Inactivée en milieu gastrique acide.
Pepsine A
Estomac (cellules principales)
Endopeptidase, cleave Phe-Phe, Leu-Phe. pH optimum 1,5–2. Prédigestion des protéines en peptides.
Trypsine
Pancréas → duodénum
Endopeptidase (Arg, Lys). Active les autres zymogènes pancréatiques. pH opt. 8. Sérine protéase.
Chymotrypsine
Pancréas → duodénum
Endopeptidase (Phe, Trp, Tyr, Leu). Complémentaire à trypsine pour digestion protéique complète.
Lipase pancréatique
Pancréas
Hydrolyse TG en 2-monoglycéride + 2 AG libres. Nécessite colipase et bile (sels biliaires). pH opt. 8.
α-amylase pancréatique
Pancréas
Poursuit la digestion de l'amidon → maltose, maltotriose, dextrines α-limites. 100× plus puissante que salivaire.
Maltase-glucoamylase
Bordure en brosse (entérocytes)
Hydrolyse maltose → 2 glucoses. Également α-dextrines → glucose. Fixe à la membrane apicale.
Saccharase-isomaltase
Bordure en brosse (jéjunum)
Hydrolyse saccharose → glucose + fructose. Aussi isomaltose. Déficit → intolérance congénitale au saccharose.
Lactase (β-galactosidase)
Bordure en brosse (jéjunum)
Hydrolyse lactose → glucose + galactose. Diminue après l'enfance chez 65 % des humains → intolérance au lactose.
Entéropeptidase
Cellules glandulaires duodénales
Active trypsinogène → trypsine. Enzyme clé qui déclenche la cascade d'activation de toutes les enzymes pancréatiques.
Aminopeptidases
Bordure en brosse
Exopeptidases libèrent les AA N-terminaux des oligopeptides. Complémentaires aux endopeptidases.
Phospholipase A2
Pancréas
Hydrolyse position sn-2 des phospholipides → lysophospholipides + AA (dont arachidonique → prostaglandines).

08 — Régulation Neuroendocrine

Hormones digestives

HormoneSourceStimulusEffets principaux
GastrineCellules G (antre)Distension gastrique, AA, acétylcholine (nerf vague)↑ HCl, ↑ pepsine, ↑ motilité gastrique, ↑ croissance muqueuse
SécrétineCellules S (duodénum)Chyme acide (pH <4) dans duodénum↑ HCO₃⁻ pancréatique, ↓ HCl gastrique, ↑ bile
Cholécystokinine (CCK)Cellules I (duodénum, jéjunum)Graisses et protéines dans duodénum↑ enzymes pancréatiques, ↑ contraction vésicule, ↓ vidange gastrique, satiété
GIP (Glucose-dépendant Insulinotropic Peptide)Cellules K (duodénum)Glucose et graisses↑ insuline (effet incrétine), ↓ HCl, ↑ stockage graisseux
GLP-1 (Glucagon-Like Peptide-1)Cellules L (iléon, côlon)Nutriments dans intestin distal↑ insuline, ↓ glucagon, satiété puissante, ↓ vidange gastrique (base des agonistes GLP-1 : sémaglutide)
MotilineCellules Mo (duodénum)État interprandial (jeûne)Complexe moteur migrant (CMM) — nettoyage du tube digestif entre les repas
GhrélineCellules X/A (fundus gastrique)Estomac vide (jeûne)↑ appétit puissant, ↑ GH, ↑ motilité gastrique (orexigène majeur)
Peptide YY (PYY 3-36)Cellules L (iléon, côlon)Graisses et fibres dans intestin distal↓ appétit (frein iléal), ↓ motilité, ↓ sécrétion gastrique

Système nerveux entérique (SNE)

Le SNE — « deuxième cerveau » — compte ~100–500 millions de neurones dans deux plexus :

  • Plexus myentérique d'Auerbach : entre les couches musculaires — contrôle la motilité (péristaltisme).
  • Plexus sous-muqueux de Meissner : régule les sécrétions et le flux sanguin local.

Le SNE peut fonctionner autonomement sans le SNC. L'axe intestin-cerveau (gut-brain axis) via le nerf vague (80 % afférences, 20 % efférences) relie états intestinaux et comportements.

09 — Écologie Intestinale

Microbiote intestinal

Le microbiote intestinal comprend ~38 trillions de bactéries, ~1 milliard de virus (virome) et ~10 millions de gènes microbiens (microbiome) — soit 3× plus de gènes microbiens que de gènes humains. Le côlon est l'écosystème le plus densément peuplé du monde vivant (~10¹¹ bactéries/mL de contenu).

Phyla dominants

Phylum% approximatifReprésentantsRôle principal
Firmicutes~50 %Lactobacillus, Clostridium, Faecalibacterium, RoseburiaFermentation fibres → butyrate, équilibre immunitaire
Bacteroidetes~30 %Bacteroides, Prevotella, PorphyromonasDégradation polysaccharides complexes, propionate
Actinobacteria~10 %Bifidobacterium, CollinsellaFermentation, production acide lactique, vitamines B
Proteobacteria<5 %Escherichia coli, HelicobacterNormalement minoritaires — surreprésentés dans dysbioses
Verrucomicrobia<1 %Akkermansia muciniphilaDégradation mucus, barrière intestinale, métabolisme

Fonctions du microbiote

Métabolisme

Fermentation des fibres (AGCC), production de vitamine K2, bioconversion des acides biliaires, métabolisme des xénobiotiques. Certaines bactéries décomposent des médicaments réduisant leur efficacité.

Immunité

Développement du système immunitaire (GALT — tissu lymphoïde associé à l'intestin). Régulation des lymphocytes T régulateurs (Treg). Compétition avec pathogènes. Les souris axéniques (sans microbiote) ont un système immunitaire sévèrement déficient.

Axe intestin-cerveau

Production de neurotransmetteurs : ~90 % de la sérotonine corporelle est produite dans l'intestin (entérochromaffines). Le microbiote influence humeur, cognition, anxiété. Corrélations avec autisme, dépression, Parkinson (α-synucléine colique).

Dysbiose : déséquilibre du microbiote associé à de nombreuses pathologies : MICI (diminution Firmicutes, augmentation Proteobacteria), obésité (ratio Firmicutes/Bacteroidetes élevé), diabète de type 2, maladies cardiovasculaires (TMAO via métabolisme de la choline), cancers colorectaux. La transplantation de microbiote fécal (FMT) traite efficacement les infections récidivantes à C. difficile (taux succès >90 %).

10 — Pathologies

Principales pathologies digestives

PathologiePrévalenceMécanismeTraitement de référence
RGO (Reflux gastro-œsophagien)~15–20 % adultesInsuffisance du SOI, hernie hiatale → reflux acide → œsophagiteIPP (oméprazole), règles hygiéno-diététiques, chirurgie (fundoplicature)
Ulcère gastro-duodénal~10 % vie entièreH. pylori (70–90 %), AINS, déficit en mucusTriple thérapie anti-HP + IPP ; éviction AINS
Maladie cœliaque~1 % populationAuto-immunité au gluten (HLA-DQ2/DQ8) → atrophie villositaire → malabsorptionRégime sans gluten strict (à vie)
MICI (Crohn + RCH)~0,4 % pays occidentauxDysrégulation immunitaire (Th1/Th17) contre le microbiote → inflammation chronique5-ASA, corticoïdes, immunosuppresseurs, anti-TNF, anti-IL-12/23, vedolizumab
SII (Syndrome intestin irritable)~10–15 %Hypersensibilité viscérale, dysbiose, motilité altérée, axe gut-brainRégime FODMAP, rifaximine, antispasmodiques, TCC, probiotiques
Cancer colorectal3e cancer mondialAdénome → carcinome (séquence adenome-carcinome, ~10–15 ans). Mutations APC, KRAS, TP53Chirurgie + FOLFOX/FOLFIRI ± bevacizumab/cétuximab ; dépistage CCR (coloscopie, FIT)
Intolérance au lactose65 % adultes mondiauxDiminution lactase → fermentation colique → ballonnements, douleurs, diarrhéeÉviction ou réduction lactose, lactase exogène, produits fermentés
Pancréatite chronique~50/100 000/anAlcool (70 %), mutations PRSS1 (trypsine) → fibrose progressive → insuffisance exocrine et endocrineArrêt alcool, enzymes pancréatiques, antidouleurs, insuline si diabète

11 — Chronologie

Histoire de la physiologie digestive

Antiquité
Hippocrate & Galien — Premières théories
Galien décrit le tube digestif comme transformant les aliments en « chyle » puis en « sang », via le foie. Théorie de la chaleur naturelle gastrique.
1752
René Antoine de Réaumur — Digestion chimique
Démontre que la digestion est un processus chimique (non mécanique) en faisant ingérer des éponges à un oiseau et analysant le suc gastrique récupéré.
1822–1833
William Beaumont & Alexis St. Martin
Étude de la digestion gastrique chez Alexis St. Martin (fistule accidentelle de l'estomac) — première observation directe in vivo du suc gastrique humain.
1836
Theodor Schwann — Découverte de la pepsine
Isole et nomme la pepsine — première enzyme animale identifiée. Établit l'existence de la digestion enzymatique.
1846
Claude Bernard — Rôle du pancréas
Démontre le rôle central du suc pancréatique dans la digestion des graisses et des protéines. Découvre la glycogénolyse hépatique.
1902
Bayliss & Starling — Première hormone
Découvrent la sécrétine — première hormone identifiée. Inventent le concept même d'hormone (du grec « exciter »). Nobel à Starling refusé.
1921
Banting, Best, Macleod & Collip — Insuline
Isolation de l'insuline pancréatique et première injection à un diabétique humain — sauvent des millions de vies. Nobel 1923.
1984
Marshall & Warren — Helicobacter pylori
Découvrent que la bactérie H. pylori cause les ulcères — contre le dogme que l'acide seul en était responsable. Marshall s'auto-inocule la bactérie. Nobel 2005.
1998
Gershon — Le deuxième cerveau
Publication de « The Second Brain » — officialise le concept du système nerveux entérique comme organe autonome majeur. Fondateur de la neurogastroentérologie.
2006–présent
Human Microbiome Project — Révolution du microbiote
Séquençage métagénomique massif → caractérisation des 38 T bactéries intestinales. Liens avec obésité, immunité, neurologie, cancer. Transplantation fécale, probiotiques de 2e génération.