Cours sur la régulation de la glycémie(LTICS)

REGULATION DE LA GLYCEMIE
Le sang contient divers composés chimiques dont la teneur est normalement constante,
malgré les événements perturbateurs comme l’alimentation, le
jeun non prolongé,
l’effort, les émotions, …
Parmi ces composés du sang, le glucose est la principale source d’énergie des cellules
vivantes. Il provient des aliments et est transporté jusqu’aux différentes cellules de
l’organisme par la circulation sanguine.
La teneur du sang en glucose est appelée la glycémie. Pour une personne normale
(c’est-à-dire en bonne santé), la valeur moyenne de la glycémie est d’environ 1g/l, soit
5,8 milli moles/l. Cette glycémie est une constante biologique, mais elle peut
présenter des variations ou fluctuations physiologiques normales ou anormales.
I-
VARIATION DE LA GLYCEMIE
La glycémie est considérée comme normale quand elle ne s’écarte pas de plus de
20% de la valeur normale. Ainsi, si le taux sanguin de glucose est inférieur ou égale à
0,7 g/l, on dit qu’il y a hypoglycémie ; par contre si ce taux est supérieur à 1,2 g/l, on
dit qu’il y a hyperglycémie.
Exemple : On compare les variations de la glycémie chez deux sujets en réalisant des
tests d’hyperglycémie provoquée. Cela consiste à faire ingérer à chacun de ces sujets
50 g de glucose, puis à doser la glycémie et le taux de glucose dans les urines
(glycosurie) toutes les 30 minutes. Les résultats obtenus permettent de tracer les
documents suivants :
1
1)- Analyse :
Chez le sujet sain l’ingestion de glucose entraine une légère hyperglycémie qui est
passagère car corrigée en moins de 2 heures environ ; avec une glycosurie
constante et nulle ; par contre chez le diabétique, on constate une hyperglycémie
initiale qui augmente considérablement après l’ingestion de glucose. Cette forte
hyperglycémie provoque l’apparition d’une glycosurie lorsqu’elle atteint 1,8 g/l.
2)- Interprétation :
L’hyperglycémie passagère suivie du retour à la normale montre qu’il existe dans
l’organisme des mécanismes régulateurs efficaces permettant d’assurer la
constance de la glycémie à sa valeur de référence (1 g/l).
L’apparition de la glycosurie montre que les reins contribuent à la régulation de la
glycémie lorsque le seuil d’élimination urinaire du glucose est atteint (1,8 g/l).
II-
MECANISME REGULATEURS DE LA GLYCEMIE
A/ LE FOIE : organe de régulation de la glycémie
1)- Expérience d’ablation : soit le document
L’ablation du foie ou hépatectomie entraine une chute progressive de la glycémie
provoquant beaucoup de troubles puis la mort de l’animal à moins de 10 heures. Ce
résultat prouve que le foie est un organe régulateur de la glycémie qui joue un
rôle globalement hyperglycémiant.
Observations :
Chez l’Homme et la plupart des Mammifères, tout le sang qui provient de l’intestin
grêle traverse d’abord le foie avant de regagner le système veineux de la circulation
générale. (Voir schéma)
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** Après un repas riche en glucides, la glycémie peut atteindre 2,5 g/l dans la veine
porte hépatique alors qu’elle est de 1 g/l dans la veine sus hépatique.
**A jeun, la glycémie est d’environ 0,5 g/l dans la veine porte hépatique et de
1 g/l
dans la veine sus-hépatique.
Ces observations respectives montrent que le foie stocke l’excès de glucose si la
tendance est à l’hyperglycémie (rôle hypoglycémiant) alors qu’il compenserait le
déficit si la tendance est à l’hypoglycémie (rôle hyperglycémiant).
2)- Expérience du « foie lavé » :
Claude Bernard a découvert la fonction glycogénique du foie en dosant le glucose
du sang et en procédant à l’expérience dite du « foie lavé ». Il fit passer un courant
d’eau par la veine porte et recueillit le liquide qui s'écoulait par les veines sushépatiques d’un foie isolé de l’organisme. Il nota des traces de glucose dans le liquide
recueilli mais ces traces disparurent rapidement. Il s’agit là vraisemblablement de
glucose provenant du sang des capillaires hépatiques. Ensuite, puisqu’il n’y a plus de
sang, ni de glucose, le foie est « lavé ». Ce foie lavé jeté dans l’eau bouillante ne réduit
plus la liqueur de Fehling ; donc il ne contient plus de glucose.
Claude Bernard abandonna le foie sans précautions particulières dans son labo. En
reprenant la même expérience le lendemain, il constata à nouveau la présence de
glucose dans le liquide de perfusion et il conclut : « l’expérience du foie lavé dans
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laquelle je voyais réapparaitre la substance sucrée un certain temps après avoir
enlevé par l’eau celle qu’il contenait déjà, m’apprit que la substance génératrice du
sucre n’était pas un élément du sang mais une matière incorporée au tissu du foie
assez fortement que l’eau froide ne pût l’en arracher. Pour ne rien préjuger sur
sa nature, je l’appelai substance glycogène ».
Deux ans après cette expérience, il apprit que le glycogène est une macromolécule
glucidique (polyholoside) qui est la forme de réserve des glucides chez les animaux
(comme l’est l’amidon chez les végétaux) :c’est ainsi qu’autrefois, le glycogène fut
appelé « amidon animal ».
***Lorsque le glucose est très abondant (lors d’un repas sucré par exemple), la
tendance étant à l’hyperglycémie, il stocke le glucose en poly condensant sous forme de
glycogène : c’est la glycogénogenèse.
n
(C6H12O6)
(C6H10O5)
n
+ n H2 O
avec n = 5000 à 30000
***Lorsque le glucose manque dans le sang (pendant le jeun ou au cours d’un effort
physique), la tendance étant à l’hypoglycémie, le foie fournit du glucose en hydrolysant
le glycogène : c’est la glycogénolyse.(C6H10O5)
n
+
n
H 2O
n
(C6H12O6)
Remarques:
**La quantité de glycogène que peut fixer le foie étant limitée, l’excès de glucose
sanguin est stocké sous forme de glycogène dans les muscles, ou transformé en lipides
et fixé dans les tissus adipeux (graisse).
** Durant le jeun de longue durée, le foie peut, lorsque sa réserve de glycogène est
épuisée, synthétiser du glucose par hydrolyse des graisses et des tissus musculaires.
Ainsi il utilise le glycérol et les acides aminés libérés dans le sang pour synthétiser du
glucose permettant alors le maintien de la glycémie normale : c’est la néoglycogenèse.
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Le foie est donc un organe régulateur fondamental et incontournable dans la
régulation de la glycémie mais son fonctionnement n’est pas autonome car il agit
en réponse à des signaux qui stimulent soit le stockage de glucose (action
hypoglycémiante), soit une libération de glucose (action hyperglycémiante).
B-REGULATION DANS LE CAS D’UNE HYPERGLYCEMIE
1)- Le système hypoglycémiant :
a)- Observations cliniques
Chez certaines personnes la glycémie anormalement élevée est responsable d’une
maladie appelée diabète. Il existe plusieurs formes de diabète :
***Le diabète juvénile ou diabète sucré ou diabète maigre : C’est la forme la plus
sévère et atteint surtout l’individu jeune d’âge inférieur à 40 ans. Ce diabète se
caractérise par une hyperglycémie supérieure ou égale à 2 g/l provoquant une
glycosurie et une polyurie. Il en résulte alors une déshydratation du corps d’où une soif
intense (polydipsie) et une hypotension. L’utilisation du glucose par les cellules est
réduite ; de ce fait les cellules consomment les réserves lipidiques d’où une faim
intense (polyphagie) et un amaigrissement.
***Le diabète « d’âge mûr » ou diabète gras : c’est la forme la plus fréquente et
frappe surtout les obèses et les personnes consommant excessivement des lipides et
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des glucides. Les troubles sont moins graves que le cas précédent mais le diabète peut
évoluer de façon extrêmement alarmante.
b)- Structure du pancréas :
Au microscope, le pancréas apparait formé de deux types de cellules :
***Les acini : Ce sont des cellules sécrétrices arrondies en relation avec des canaux
excréteurs qui convergent vers l’intestin grêle. Ces acini sécrètent le suc pancréatique,
assurant ainsi la fonction exocrine du pancréas.
***Les ilots de Langerhans : Ils sont beaucoup moins nombreux ; ce sont des amas de
cellules insérées entre les acini dépourvues de canaux excréteurs mais richement
vascularisées.
L’observation au fort grossissement montre que chaque ilot de Langerhans est
constitué de cellules présentant un important ergastoplasme et un chondriome
(appareil de golgi développé) très développé : ce sont les cellules alpha et les cellules
béta des îlots de Langerhans.
c)- Etude expérimentale de l’action du pancréas :
c1)- Ablation totale ou pancréatectomie :
Pratiquée chez le chien, on mesure heure par heure la glycémie, la glycosurie et le taux
de glycogène hépatique (voir document).
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A longue échéance, l’animal présente des troubles graves : un diabète sucré intense
mais aussi des troubles digestifs.
Sachant que la ligature du canal pancréatique chez un animal n’entraine que l’apparition
des troubles digestifs, commentez les résultats.
Analyse : L’ablation du pancréas a provoqué une diminution importante de la masse de
glycogène hépatique entrainant par la suite une hyperglycémie. Celle-ci induit
l’apparition d’une glycosurie progressive lorsque le seuil d’élimination urinaire (1,8 g/l)
est atteint.
Interprétation : ce résultat montre que le pancréas assure un rôle globalement
hypoglycémiant en stimulant la glycogénolyse dans le foie. Puis que la ligature des
canaux ne provoque pas la variation de la glycémie mais seulement des troubles
digestifs, alors les structures régulatrices de la glycémie par le pancréas sont
indépendantes de la digestion.
c2)- Ablation partielle du pancréas :
La destruction de la quasi-totalité du pancréas sauf les îlots de Langerhans provoque
des troubles digestifs mais pas de diabète. Par contre la destruction sélective des
îlots de Langerhans par l’alloxane induit un diabète sucré sans troubles digestifs.
Ces résultats révèlent que le pancréas assure la régulation de la glycémie par
l’intermédiaire des ilots de Langerhans mais les acini participent à la digestion par
sécrétion des sucs pancréatiques vers l’intestin.
c3)- Expériences de restitution de fonctions :
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La greffe :
Sur un chien dépancréaté, on intercale sur la circulation de l’artère carotide et de la
veine jugulaire, un pancréas prélevé sur un autre chien (pancréas au cou). Quelques
heures après, on enlève ce pancréas, puis on le replace à nouveau. Le document suivant
traduit les variations de la glycémie chez le receveur.
Exploitation :
L’hyperglycémie observée chez l’animal dépancréaté est corrigée en quelques heures
par une greffe de pancréas dans la circulation carotido-jugulaire. Ce résultat montre
que le pancréas exerce une action hypoglycémiante par voie sanguine (humorale). Le
pancréas hypoglycémiant est donc une glande endocrine.
Remarque :
L’ablation du pancréas chez une femelle pleine ou gravide n’entraine de diabète sucré
qu’après la naissance des petits. Cette observation montre que le pancréas des petits
assure la régulation de la glycémie de la femelle pleine par voie sanguine (confirmation
de l’expérience précédente).
Injections :
Un chien pancréatectomisé reçoit des injections d’extraits d’ilots de Langerhans ne
contenant pas de glucose (ni de glycogène). La variation de la glycémie est exprimée
par le document suivant :
Glycémie (g/l)
2
1
0
5
10
15
20
25
Temps (h)
8
L’injection d’extraits d’ilots de Langerhans provoque la chute de la glycémie
(disparition du diabète) donc ces ilots assurent l’action hypoglycémiante du
pancréas par voie humorale. Puisque ces ilots ne contiennent pas de glucose ni de
glycogène alors ils sécrètent des hormones qui stimulent l’effet hypoglycémiant
des organes cibles.
Localisation des cellules responsables :
Les ilots de Langerhans contiennent principalement deux types de cellules : les
cellules alpha et les cellules béta. L’injection de l’alloxane qui détruit exclusivement
les cellules béta provoque chez l’animal un diabète plus intense qu’un animal témoin
dépancréaté.
Ce résultat montre clairement que les cellules béta représentent les cellules
hypoglycémiantes du pancréas endocrine ; mais puisque le diabète résultant de leur
destruction est plus intense que celui causé par la pancréatectomie totale, on en déduit
que les cellules alpha ont probablement un effet hyperglycémiant. Les ilots de
Langerhans qui constituent le pancréas endocrine sont donc formés de deux
populations de cellules antagonistes.
Synthèse :
L’ensemble de ces résultats et observations montre que le pancréas est une glande
mixte dans laquelle les éléments exocrines (les acini) sécrètent les sucs pancréatiques
(digestion) et les éléments endocrines (ilots de Langerhans) contrôlent la glycémie en
élaborant des messagers chimiques transitant par le sang jusqu’aux cellules cibles. Ces
molécules informatrices sont qualifiées d’hormones.
Le vecteur hyperglycémiant est le glucagon sécrété par les cellules alpha et le vecteur
hypoglycémiant est l’insuline (du latin insula = ile). C’est une substance anti
diabétogène qui a été extraite pour la première fois du pancréas de chien par des
chercheurs canadiens Best et Banting.
2)- Les organes cibles et les actions de l’insuline :
Le système hypoglycémiant est dû aux actions de l’insuline qui intervient :
*** En stimulant la pénétration et l’utilisation du glucose dans les cellules ;
*** En stimulant le stockage du glucose sous forme de glycogène (glycogénogenèse)
dans les organes de réserves comme le foie et les muscles ;
*** En favorisant la conversion du glucose sous forme de lipides ou graisse dans les
cellules adipeuses (lipogenèse) ;
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*** En inhibant la glycogénolyse c’est-à-dire l’hydrolyse du glycogène sous forme de
glucose. Schéma
Remarque : L’insuline est utilisée dans le traitement du diabète insulinodépendant. Le
diabète gras souvent lié à l’obésité est non insulinodépendant. Il est appelé diabète
insulino-résistant car l’insuline étant normalement sécrétée, l’origine de ce diabète
peut être une inactivation de l’insuline, un nombre insuffisant de récepteurs
membranaires à insuline, …
C- REGULATION DANS LE CAS D’UNE HYPOGLYCEMIE
1)- Le système hyperglycémiant :
Plusieurs hormones ayant des effets hyperglycémiants sont sécrétées en cas de besoin
de glucose par l’organisme. De nature chimique variée, elles ont des actions diversifiées
et peuvent être considérées comme équivalentes.
a)- L’hormone pancréatique : le glucagon
Des ilots de Langerhans de pancréas de rat sont placés dans un milieu d’incubation dont
on fiat varier la concentration en glucose. La libération du glucagon et celle de l’insuline
sont régulièrement dosées (Document1).
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Chez un chien à jeun, le taux de glucose sanguin et du glycogène hépatique sont dosés
avant et après injection de glucagon (Document2).
Analyse :
**Document 1 : Lorsqu’on est en hypoglycémie, la sécrétion d’insuline est presque nulle
alors que celle du glucagon est très élevée ; lorsque le taux de glucose sanguin
augmente, on constate une sécrétion d’insuline couplée à une diminution de celle du
glucagon.
**Document 2 : L’injection de glucagon déclenche une conversion du glycogène
hépatique en glucose déversé dans le sang d’où l’élévation de la glycémie. Le glucagon a
donc une action hyperglycémiante antagoniste à celle de l’insuline.
Remarque : Le glucagon agit aussi sur les cellules du tissu adipeux en favorisant la
libération d’acides gras qui pourraient être utilisés : c’est la néoglucogenèse au niveau
du foie.
b)- D’autres hormones hyperglycémiantes :
b1)- Hormone hypophysaire :
Le lobe antérieur de l’hypophyse sécrète une hormone qui joue un rôle dans la
croissance d’où le nom d’hormone de croissance ou GH (Growth Hormon). C’est une
hormone hyperglycémiante agissant comme antagoniste de l’insuline.
b2)- Hormone de la glande surrénale :
Cette glande produit deux hormones hyperglycémiantes :
** L’adrénaline : sécrétée par le médullosurrénale entraine la glycogénolyse et la
libération rapide de glucose dans le sang. Sa sécrétion est déclenchée par des
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messages nerveux en cas d’urgence : chute brutale de la glycémie, des réactions
émotionnelles de stress, de peur,…
*** Le cortisol sécrété par la corticosurrénale freine l’entrée de glucose dans les
cellules, stimule la lipolyse, la protéolyse et facilite ainsi la néo glycogenèse hépatique.
2)- Les organes cibles et action des hormones hyperglycémiantes :
IV-
ROLE DU SYTEME NERVEUX DANS LA REGULATION DE LA GLYCEMIE
A- MISE EN EVIDENCE DE L’ACTION DU SYSTEME NEUROVEGETATIF
Le système neurovégétatif comporte un système parasympathique (exemple : nerf X)
et le système orthosympathique (exemple : nerf splanchnique). Le foie comme la
majorité des viscères est innervé par le nerf X et le nerf splanchnique.
1)- Expériences :
Des expériences de stimulation permettent de préciser les centres impliqués et leurs
rôles :
a)- Claude Bernard stimule par une piqure, un point précis du bulbe rachidien et cela
provoque une hyperglycémie et une glycosurie : c’est la piqure diabétogène de Claude
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Bernard.
b)- La stimulation d’un autre point du bulbe entraine la glycogénogenèse au niveau du
foie.
c)- La stimulation du nerf splanchnique provoque une sécrétion d’adrénaline par la
médullosurrénale et une sécrétion de glucagon par le pancréas.
d)- La stimulation du nerf X entraine une sécrétion d’insuline au niveau du pancréas et
une glycogenèse au niveau des organes cibles.
2)- Conclusions :
Ces expériences montrent qu’il existe deux centres bulbaires à effets antagonistes sur
la glycémie : ce sont des centres nerveux respectifs du système neurovégétatif :
***Le système orthosympathique a une action hyperglycémiante en stimulant par voie
nerveuse les glandes sécrétrices d’hormones hyperglycémiantes (adrénaline, cortisol,
glucagon).
***Le système parasympathique a un effet hypoglycémiant en stimulant par voie
nerveuse la sécrétion d’insuline par le pancréas.
B-ACTION DU COMPLEXE HYPOTHALAMO-HYPOPHYSAIRE
1)- Rôle de l’hypophyse :
a)- Observations :
***L’ablation de l’hypophyse d’un animal pancréatectomisé donc diabétique entraine la
correction de l’hyperglycémie. Tout se passe comme si l’action hypoglycémiante du
pancréas est compensée par une action hyperglycémiante de l’hypophyse.
***Chez l’Homme, certaines hyperglycémies sont dues à une hypersécrétion
antéhypophysaire.
b)- Interprétation :
Ces observations montrent que l’hypophyse exerce une action hyperglycémiante par
voie hormonale. Elle sécrète des hormones à effet hyperglycémiant telles que : la STH
(Somatotrophine Hormon) ou GH, la TSH (Thyro Stimulating Hormon) et la CTH
(Cortico Trophin Hormon). L’excès de ces stimulatrices provoque le diabète
hypophysaire.
2)- Action de l’hypothalamus :
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Il n’a pas de rôle direct sur les organes cibles régulateurs comme le pancréas, le foie,…
Il intervient par l’intermédiaire de ses neurosécrétions qui agissent sur l’hypophyse
influençant la sécrétion des stimulines hypophysaires : STH, TSH et de la CTH. Ces
stimulines fabriquées par l’hypophyse mettent en alerte des glandes hormonogènes
(thyroïde, corticosurrénale, …) entrainant la production d’hormones
hyperglycémiantes : c’est une régulation humorale.
L’hypothalamus comme le bulbe rachidien possède des glucorécepteurs alertés par une
hypoglycémie. Ainsi le bulbe rachidien, par l’intermédiaire des fibres nerveuses du
système orthosympathique agit sur les glandes hormonogènes comme la
médullosurrénale et déclenche un effet correcteur en provoquant une hyperglycémie :
c’est une régulation neuro-humorale.
Schéma récapitulatif du contrôle nerveux et humoral de la glycémie :
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