Comment les ondes péristaltiques favorisent les mouvements du bol alimentaire dans l'intestin

Dans l'intestin, les ondes péristaltiques sont des alternances de contractions et de relaxations de la paroi, qui produisent l'avancement du bol alimentaire dans le tube digestif. Des ondes de faible amplitude sont générées dans le muscle par la dépolarisation électrique de certaines cellules, tandis que des ondes de forte amplitude proviennent du système nerveux entérique (les neurones du système digestif). L'intestin produit ainsi des ondes qui se superposent, et qui peuvent même se propager dans des directions opposées.

Pour mieux comprendre les différents régimes de ces ondes, et leur rôle dans le comportement du fluide dans l'intestin, des chercheurs du laboratoire Matière et systèmes complexes (MSC, CNRS/Université de Paris) ont étudié expérimentalement et numériquement le flux du bol alimentaire sous l'effet des ondes péristaltiques. Leurs résultats sont publiés dans la revue Physical Review Fluids.

L'étude expérimentale a été menée avec des intestins d'embryons de souris et de poulet, qui ont l'avantage d'être translucides (ce qui permet d'observer les mouvements du bol alimentaire), et dont le fonctionnement est plus simple que celui des adultes. Les chercheurs ont par ailleurs établi un modèle analytique simple permettant de prédire le flux dans l'intestin en fonction des paramètres des ondes, et un modèle numérique de calcul par éléments finis. Les résultats expérimentaux et numériques ont montré un bon accord.

Lorsqu’une seule onde est produite, la trajectoire du bol alimentaire n'a rien d'intuitif : il est d'abord poussé dans le sens de l'onde, puis tiré en arrière sous l'effet d'une dépression. Ce reflux est maximal pour une certaine distance entre deux ondes successives, distance qui est bien celle que l'on observe chez un grand nombre d'animaux, et produit sans doute un mélange optimal. Les chercheurs ont aussi étudié le cas de plusieurs ondes se propageant simultanément. Lorsque deux ondes se propagent en sens opposés (ondes contra-propagatives), une zone de haute pression se forme entre les deux, et leur rencontre crée un brassage beaucoup plus efficace qu'avec des ondes de même direction.

Ces résultats fondamentaux permettent de mieux comprendre le rôle des ondes dans la fonction intestinale. Pour aller plus loin, l'équipe veut maintenant prendre en compte un autre phénomène : la manière dont la pression mécanique du bol alimentaire lui-même influence la génération des ondes péristaltiques.

Références:

Flow and mixing induced by single, colinear and colliding contractile waves in the intestine
Richard J. Amedzrovi Agbesi & Nicolas Chevalier
Physical Review Fluids, March 2022
https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.7.043101