Pour maintenir un équilibre sain entre l’absorption des nutriments et les populations bactériennes, l’intestin humain alterne probablement entre deux schémas distincts de contraction musculaire, selon une étude menée par des chercheurs allemands et américains. Grâce à des simulations, une équipe dirigée par Karen Alim au Université technique de Munich ont montré que ces schémas sont intrinsèquement liés à la vitesse du fluide circulant dans l’intestin.
La manière dont notre système digestif absorbe les nutriments est fortement influencée par les contractions musculaires de nos intestins. Cela peut se produire de deux manières possibles : lors du péristaltisme, les muscles entourant l’intestin grêle se contractent et se détendent radialement. Ces contractions se propagent sous forme d’onde, entraînant des flux rapides de nourriture digérée le long du tube. Un transport plus faible est entraîné par la segmentation – où les muscles des parois internes de l’intestin se contractent et se détendent selon un motif ressemblant à un damier ondulant.
Un autre facteur crucial derrière l’absorption des nutriments dans l’intestin est le grand nombre de bactéries vivant à l’intérieur des intestins, connues sous le nom de « microbiote ». Ces microbes entrent en compétition avec l’intestin en absorbant les nutriments et jouent un rôle crucial dans le fonctionnement et la santé générale de l’intestin – mais peuvent également déclencher des effets secondaires dangereux si leur densité devient trop élevée.
Chacun de ces trois phénomènes a été étudié indépendamment de manière assez détaillée, mais jusqu'à présent, les chercheurs n'ont pas encore réfléchi à la manière dont ils pourraient être connectés. Pour répondre à cette question, l’équipe d’Alim a modélisé l’intestin grêle comme un cylindre creux et déformable traversé par un liquide chargé en nutriments. Ils ont ensuite utilisé des simulations de dynamique des fluides pour examiner les différences entre les vitesses d'écoulement générées par le péristaltisme et la segmentation, leur permettant ainsi de surveiller les effets résultants sur les populations de bactéries circulant dans l'intestin.
Le modèle a montré que les vitesses d’écoulement plus lentes associées à la segmentation faisaient que les nutriments restaient plus longtemps dans l’intestin. Cela permettrait au corps d’absorber les nutriments plus efficacement, en mélangeant les nutriments inégalement répartis en concentrations plus uniformes. Simultanément, cela permettrait au microbiote de grossir avant d’être évacué de l’intestin. En revanche, le péristaltisme accélère la vitesse de circulation dans l’intestin, ce qui entraîne une diminution des niveaux d’absorption des nutriments, tout en éliminant les bactéries à un rythme plus rapide.
Une pilule comestible imprimée en 3D peut scanner le microbiome intestinal
D’après leurs résultats, l’équipe d’Alim suggère que l’intestin alterne entre les deux modes de contraction pour optimiser l’efficacité de l’absorption des nutriments, tout en régulant la croissance du microbiote. Leur découverte offre une nouvelle compréhension de la dynamique complexe qui lie le microbiote aux contractions musculaires de l’intestin, et fournit également des informations importantes sur le fonctionnement de notre système digestif. En s’appuyant sur ces résultats, les chercheurs pourraient développer de nouvelles façons de diagnostiquer et de traiter les maladies intestinales.
L'équipe décrit l'étude dans Physical Review Letters.
