Le glucose est une molécule essentielle pour le fonctionnement cellulaire car elle est la principale source d'énergie. Fournie par l'alimentation, elle pénètre dans l'organisme au niveau de l'intestin et est distribué dans tout l'organisme grâce au sang. La concentration de glucose dans le sang (la glycémie), chez une personne en bonne santé, est toujours comprise entre 0.8 et 1.2 g.L-1 dans le plasma sanguin. C’est ce qu’on appelle une constante physiologique (physiologique : études des fonctionnements des organes).
I. La glycémie est une variable régulée
La glycémie (= concentration de glucose dans le sang) est sans cesse remise en question au cours d’une journée, mais est aux toujours comprise entre 0.8 et 1.2 g.L-1 dans le plasma sanguin, c'est l'homéostasie glycémique.
A) Après un repas, la glycémie augmente transitoirement
Après les repas chez une personne en bonne santé, le glucose provenant de la digestion des glucides de l'alimentation traverse les parois de l’intestin avec les autres nutriments et passe dans le sang (au niveau de villosités intestinales).
Pourtant la glycémie augmente très peu (quelques dixièmes) et elle revient très vite à environ 1 g.L-1, ce qui montre que le glucose en excès est retiré très vite du sang.
Glycémie au cours d'une journée chez une personne en bonne santé
B) Entre les repas, la glycémie baisse très peu
Le glucose est puisé dans le sang par toutes les cellules de l’organisme et est utilisé comme source d’énergie (c’est la respiration cellulaire).
C6H12O6 + 6 O2 ============> 6 CO2 + 6 H2O + énergie
Le glucose du sang est donc sans cesse utilisé par les cellules qui l'utilisent comme principale source d'énergie (les cellules nerveuses et les hématies utilisent exclusivement du glucose en source d'énergie), pourtant la quantité de glucose ne diminue que très légèrement après les apports des repas. Le sang est donc sans cesse réalimenté en glucose.
Même après une nuit de jeûne, la glycémie ne diminue que jusqu’à 0,8 g.L-1, ce qui prouve sa constance.
C) Une hypoglycémie ou une hyperglycémie ont de graves conséquences
Hypoglycémie : glycémie inférieure à la normale
L’organisme met tout en œuvre pour éviter l’hypoglycémie, qui peut causer des dommages irréversibles au cerveau.
En dessous de 0.6 g.L-1, le manque de glucose pour les cellules nerveuses entraîne des troubles divers : tremblements, sueur, pâleur...)
En dessous de 0.5 g.L-1, le manque de glucose pour les cellules nerveuses entraîne des convulsions, un coma, lésions cérébrales puis la mort si la situation dure trop longtemps.
Hyperglycémie : glycémie supérieure à la normale
L’hyperglycémie est dangereuse à long terme : elle cause des troubles vasculaires (durcissement des vaisseaux sanguins), des troubles rénaux, oculaires… caractéristiques d’un diabète.
Le maintien d'une glycémie entre 0.8 et 1.2 g.L-1 dans le plasma sanguin est donc une nécessité vitale pour l'organisme. Le maintien de cette glycémie met en jeu des mécanismes de régulation.
II. Le foie est le principal organe agissant directement sur la glycémie
A) Le rôle fondamental du foie dans la glycémie
Rappel : l'appareil digestif de l'homme
Les expériences de Claude Bernard, notamment celle dite du "foie lavé" (1855) ont permis de préciser le rôle du foie. Claude Bernard démontré que le foie est capable de libérer du glucose dans l'organisme.
Le foie est également capable de produire du glucose à partir de molécules de nature différente (comme des acides gras ou des acides aminés).
Grâce à l'administration de glucose radioactif, il est possible de suivre le devenir du glucose dans l'organisme. Une partie est directement consommée par les cellules, mais une autre partie est stockée dans le foie.
B) Après un repas, le foie met du glucose en réserve
Les vaisseaux sanguins irriguant les intestins (veine porte-hépatique) se dirigent ensuite vers le foie avant d’aller vers le cœur. Après un repas, le glucose passé dans le sang au niveau de l'intestin est en excès dans les vaisseaux sanguins au niveau de l'intestin, mais va être prélevé par le foie et polymérisé en glycogène grâce des enzymes : c’est le processus de glycogénogenèse (polymérisation du glucose en glycogène, une macromolécule ayant une structure différente de celle de l’amidon).
Le glycogène est ce qu’on appelle une macromolécule de réserve (de la famille des glucides), que l’on trouve sous forme de pelote (petits grains) dans le cytoplasme des cellules hépatiques. Au maximum, le foie contient environ 100 g de glycogène.
D’autres tissus peuvent aussi faire des réserves de glucose :
- les tissus musculaires : sous-forme de glycogène,
- les tissus adipeux (graisse) : sous forme de triglycérides (lipides).
Remarque : Chez l’homme (contrairement à chez la souris), le glucose est transformé par le foie en triglycérides, qui seront ensuite stockés dans des cellules adipeuses (les adipocytes) : c’est ce qu’on appelle la lipogenèse.
C) Le foie apporte du glucose au sang lorsque la glycémie baisse
Entre les prises alimentaires lorsque la glycémie diminue, le foie hydrolyse petit à petit ses réserves de glycogène pour les transformer en glucose grâce des enzymes, et libère ainsi du glucose dans le sang qui va soutenir la glycémie : c’est ce qu’on appelle la glycogénolyse.
Les muscles aussi effectuent la glycogénolyse, mais il garde le glucose formé pour leur usage propre, ce qui permet d’économiser le glucose du sang.
Les cellules adipeuses peuvent aussi hydrolyser leurs triglycérides : c’est ce qu’on appelle la lipolyse.
Les triglycérides ne peuvent pas se retransformer en glucose, mais certains organes, comme le cœur ou les reins, sont capables d’utiliser les A.G. comme nutriments énergétiques à la place du glucose (en cas d’hypoglycémie), ce qui permettra d’économiser le glucose pour le cerveau.
En cas de jeûne extrême, le foie est capable, par l’intermédiaire d’enzymes, de transformer d’autres nutriments en glucose (glycérol ou protéines) : c’est ce qu’on appelle la néoglucogenèse.
Bilan : Seul le foie est capable de sécréter du glucose dans le sang.
Synthèse et dégradation du glycogène dans les cellules hépatiques
III. La glycémie est régulée par des hormones pancréatiques
A) Mise en évidence du rôle du pancréas dans la régulation de la glycémie
A la fin du XIXème siècle, une expérience d'ablation du pancréas chez un animal à jeun a montré que sans pancréas la glycémie augmente notablement.
L'ablation du pancréas entraîne une augmentation de la glycémie
Au début du XXème siècle, Banting et Best injectent des extraits de pancréas à un chien auquel ils avaient préalablement retiré le pancréas. Cela a fait notablement baisser la glycémie du chien.
Ces expériences montrent que, malgré le fait que le pancréas ne stocke ni ne libère de glucose dans le sang, il joue un rôle essentiel dans la régulation de la glycémie. Le mécanisme de régulation implique des messages chimiques régis par le pancréas.
B) Le pancréas est un organe endocrine
L'observation au microscope du pancréas montre la coexistence de deux ensembles de cellules dans celui-ci :
- les cellules des acini qui constituent l'essentiel de la masse du pancréas. Elles sécrètent du suc digestif déversé par des canaux collecteurs dans l’intestin ; c’est la fonction exocrine du pancréas.
- le reste (1 à 5%) est constitué de minuscules amas cellulaires dispersé entre les acini : les îlots de Langerhans. Ces îlots sont dépourvus de canaux mais irrigués par des capillaires sanguins. Ce sont ces îlots de Langerhans qui sécrètent les hormones régulant la glycémie : c’est la fonction endocrine du pancréas.
Cellules du pancréas
Une observation plus poussée des îlots de Langerhans révèle que ceux-ci contiennent 2 types de cellules :
- les cellules α à la périphérie,
- les cellules β au centre.
Le pancréas sécrète deux hormones : l’insuline et le glucagon.
L'insuline est fabriquée par les cellules β et le glucagon est fabriqué par les cellules α. Les îlots de Langerhans étant richement vascularisés, ces cellules libèrent directement les hormones dans le sang.
Le pancréas a donc une double fonction : la sécrétion d'enzymes digestives et la fabrication d'hormones libérées dans le sang permettant la régulation de la glycémie.
C) L’insuline est une hormone hypoglycémiante
Cette hormone a été découverte en 1922 ; les cellules β, qui sont en centre des îlots de Langerhans, sont des capteurs de glycémie, c'est-à-dire elles sont directement sensible à la glycémie.
Les cellules β sécrètent l’insuline, qui est un polypeptide de 51 acides aminés : plus la glycémie augmente, plus la libération d’insuline augmente.
L’insuline sanguine n’agit que sur des cellules possédant des récepteurs protéiques spécifiques dans leur membrane plasmique : ce sont des cellules cibles. L’insuline ne pénètre pas dans ces cellules.
L’insuline agit sur des très nombreuses cellules cibles :
- cellules hépatiques,
- cellules musculaires,
- cellules des tissus adipeux (les adipocytes),
- plus d’autres organes, sauf les cellules du système nerveux.
L’insuline a plusieurs rôles :
- favoriser la pénétration du glucose dans le foie,
- favoriser son utilisation dans la respiration cellulaire dans les muscles,
- stimule la glycogénogenèse et inhibe la glycogénolyse (=> stockage du glucose sous forme de glycogène accru dans le foie),
- stimule la lipogenèse à partir du glucose et inhibe l'hydrolyse des graisses.
De façon générale, l'insuline favorise donc le stockage du glucose et favorise son utilisation => elle fait donc baisser le taux de glucose dans le sang. L'insuline fait donc baisser la glycémie : c'est une hormone hypoglycémiante. C'est la seule hormone hypoglycémiante que l’organisme possède.
D) Le glucagon est une hormone hyperglycémiante
Les cellules α, situées à la périphérie des îlots de Langerhanss sont aussi des capteurs de la glycémie.
Les cellules α sécrètent du glucagon (polypeptides de 29 acides aminés). Plus la glycémie baisse, plus la libération de glucagon augmente.
Le glucagon se fixe également sur des récepteurs spécifiques sur les membranes des ces cellules cibles, qui sont uniquement des cellules hépatiques.
Le glucagon fait augmenter la glycémie => c'est une hormone hyperglycémiante.
Le glucagon agit en stimulant la glycogénolyse => augmentation de la libération du glucose dans le sang.
Remarque : Le corps possède d’autres hormones hyperglycémiantes comme l’adrénaline, le cortisol…
E) Insuline et glucagon sont des hormones antagonistes
Lorsque la glycémie est aux alentours de 1 g.L-1, les sécrétions d’insuline et de glucagon sont basses : c’est ce qu’on appelle des sécrétions basales.
Si la glycémie augmente, le taux d’insuline augmente, le taux de glucagon diminue, le rapport insuline/glucagon devient très important, et du glucose est mis en réserve.
Si la glycémie diminue, c’est l’inverse.
Le message n’est pas l’hormone (c’est le messager) mais la concentration de l'hormone dans le sang : le message hormonal est donc codé en amplitude.
Les hormones sont transportées dans le sang et n'agissent que sur certaines cellules de l'organisme, ce sont les cellules cibles. Ces cellules disposent de récepteurs aux hormones, situés sur leur membrane plasmique. Dans le foie par exemple, la liaison entre l'hormone et son récepteur active les enzymes qui vont catalyser la synthèse (insuline) ou la dégradation (glucagon) du glycogène, entraînant ainsi le stockage ou la libération du glucose.
Une hormone est donc une molécule secrétée à faible concentration dans le milieu intérieur par une glande endocrine, déversée dans le sang et qui se fixe sur des récepteurs spécifiques de ses cellules cibles dont elle modifie l’activité selon sa concentration.
IV. La glycémie : un système autorégulé
L'homéostasie est la capacité que peut avoir un système à conserver son équilibre de fonctionnement en dépit de contraintes extérieures.
Ici, le milieu intérieur (sang + lymphe) doit garder sa glycémie constante (à environ 1 g.L-1) en dépit des périodes de repas impliquant un apport rapide et massif de glucose et des périodes de jeûne durant lesquels il n'y a plus d'apport extérieur de glucose alors que l'organisme en consomme. C'est la valeur de consigne.
La glycémie est autorégulée : c’est sa propre variation qui déclenche les mécanismes la ramenant à sa valeur de référence. Cette régulation peut être modélisée par un schéma :
- le système réglé : la glycémie, à 1 g.L-1.
- un système réglant, qui se met en fonctionnement après toute variation du système réglé. Ce système inclut des capteurs de glycémie (îlots de Langerhans => cellules α et β), des organes effecteurs qui obéissent aux messages hormonaux de l'insuline et du glucagon qui vont ramener la glycémie à sa valeur de référence.
Schéma récapitulatif : la glycémie, un système autorégulé
Conclusion
|
Chez une personne en bonne santé, la glycémie est toujours comprise entre 0.8 et 1.2 g.L-1 dans le plasma sanguin. C'est l'homéostasie glycémique.
Le foie est capable de synthétiser du glycogène à partir du glucose. Le glycogène est une grosse molécule permettant de stocker le glucose. La glycémie est un système autorégulé : - une augmentation de la glycémie est détectée par des capteurs des cellules β situées dans les ilots de Langerhans dans le pancréas et entraîne la sécrétion de l'insuline par ces cellules β. L'insuline est transportée dans le sang et agit sur les organes effecteurs (foie, muscles, tissus adipeux) pour augmenter le stockage du glucose, et en inhiber la libération. - une diminution de la glycémie est détectée par des capteurs des cellules α situées dans les ilots de Langerhans dans le pancréas et entraîne la sécrétion du glucagon par ces cellules α. Le glucagon est transporté dans le sang et agit sur les organes effecteurs (foie, muscles, tissus adipeux) pour augmenter la libération du glucose, et en inhiber le stockage. Ces mécanismes permettent de maintenir la glycémie à une valeur comprise entre 0.8 et 1.2 g.L-1. |