Introduction
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 des intestins et elle est distribuée dans tout l’organisme grâce au sang. Pourtant, plusieurs personnes souffrent d’une hyperglycémie chronique (le diabète).
- Quelles sont les valeurs normales de la glycémie ?
- Quels sont les mécanismes de la régulation de la glycémie ?
I – La glycémie est une variable régulée
1 – Valeurs de la glycémie durant une journée
Le graphe suivant montre la variation des valeurs de la glycémie durant le jour chez une personne en bonne santé.
Q – Décrivez la variation de la glycémie. Que peut-on déduire ?
R –
- On observe qu’après chaque repas chez une personne normale, le glucose provenant de l’alimentation cause une petite augmentation de la glycémie, et elle revient très vite à une valeur proche de 1 g/L.
- Entre les repas et pendant la nuit, la glycémie baisse très peu (la valeur minimale est 0,8 g/L). Bien que le glucose du sang soit sans cesse utilisé par les cellules comme source d’énergie.
- Donc l’excès du glucose est retiré très vite du sang. Et, en cas de besoin, le sang est réalimenté en glucose. Ainsi, la valeur de la glycémie est maintenue dans un intervalle de 0,8 à 1,2 g/L : La glycémie est une constante physiologique.
2 – L’hyperglycémie et l’hypoglycémie ont de graves conséquences
L’hypoglycémie est une 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, le manque de glucose pour les cellules nerveuses entraîne divers troubles : tremblements, sueur, pâleur…
- En dessous de 0,5 g/L, le manque de glucose pour les cellules nerveuses entraîne des convulsions, un coma, des lésions cérébrales puis la mort si la situation dure trop longtemps.
L’hyperglycémie est une glycémie supérieure à la normale. Elle est dangereuse à long terme : elle cause des troubles vasculaires (durcissement des vaisseaux sanguins), des troubles rénaux, oculaires… caractéristiques d’un diabète.
Bilan : le maintien d’une glycémie (de 0,8 à 1,2 g/L) 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, principal organe agissant directement sur la glycémie
1 – Expérience du foie lavé
En 1855, Claude Bernard a réalisé l’expérience du foie lavé. La figure suivante présente le protocole expérimental et les résultats de cette expérience.
Q – Décrivez les résultats de cette expérience. Que peut-on conclure ?
R –
- Dans le premier test, on observe que la bandelette glucotest se colore en rose. Donc, le foie contient du glucose.
- Dans le deuxième test, après 5 min de lavage par de l’eau distillée, la bandelette glucotest ne change pas de couleur. Donc, le foie a perdu tout le glucose qu’il contient.
- Dans le troisième test, après 20 min du deuxième test, la bandelette glucotest se colore en rose. Alors, le foie a produit du glucose.
Cette expérience montre que le foie contient du glucose. Le foie contient aussi une réserve de glucose : le glycogène (peu soluble dans l’eau et se transforme progressivement en glucose).
2 – Comparaison entre le sang entrant le foie et le sang sortant du foie
La figure suivante montre les veines entrantes et sortantes du foie et le tableau présente la glycémie du sang dans ces veines.
| Glycémie en g/L | |
Veine prote hépatique | Veine sus-hépatique | |
Après une période de jeûne de quelques heures | 0,8 | 0,95 à 1,05 |
Après un repas | 2,5 ou plus | 1 à 1,2 |
Q – Décrivez ces résultats. Que peut-on déduire ?
R –
- On observe qu’après une période de jeûne, la glycémie du sang entrant au foie est inférieure à celle du sang sortant du foie. Alors qu’après un repas, la glycémie du sang entrant est supérieure à celle du sang sortant du foie.
- Ces résultats montrent que le foie apporte du glucose au sang lorsque la glycémie baisse (cas du jeûne), et il le met en réserve après un repas.
Remarque :
D’autres tissus peuvent aussi stocker des réserves de glucose, comme :
- Les tissus musculaires : sous-forme de glycogène
- Les tissus adipeux (graisse) : sous forme de triglycérides (lipides).
Seul le foie peut libérer le glucose dans le sang.
Bilan :
- La glycogenèse est la polymérisation du glucose en glycogène.
- La glycogénolyse est l’hydrolyse du glycogène en glucose.
- La lipogenèse est la synthèse des lipides.
- La lipolyse est l’hydrolyse des triglycérides en acides gras et glycérol.
- La néoglucogenèse est la synthèse du glucose à partir de précurseurs non glucidiques (glycérol, acides aminés…).
III – Le pancréas, principal organe régulateur de la glycémie
1 – Mise en évidence du rôle du pancréas
La fig 1 montre les conséquences de l’ablation du pancréas chez un animal à jeûne, et la fig 2 montre les résultats de la mesure de la glycémie après ablation suivie par une greffe externe du pancréas.
Q – Décrivez les résultats de ces expériences. Que peut-on conclure ?
R –
Figure 1 :
- Description : on observe que l’ablation du pancréas chez un animal à jeûne cause une augmentation notable de la glycémie.
- Conclusion : le pancréas joue un rôle essentiel dans la régulation de la glycémie, bien que le pancréas ne stocke pas le glucose ni ne le libère dans le sang.
Figure 2 :
- Description : on observe que lorsque la greffe pancréatique est débranchée, la glycémie est élevée chez le chien. Et lorsque la greffe pancréatique est branchée, la glycémie diminue pour se stabiliser dans des valeurs normales.
- Conclusion : le pancréas régule la glycémie par des substances chimiques qu’il libère dans le sang : des hormones. Donc le pancréas est une glande endocrine.
2 – Anatomie et histologie du pancréas
La figure suivante présente deux schémas qui montrent l'anatomie du pancréas.
Q – Décrivez l'anatomie du pancréas.
R – Le pancréas est situé dans la partie postérieure de la cavité abdominale, et il est relié au tube digestif par le canal pancréatique (figure).
Au microscope, le tissu pancréatique apparaît constitué de deux structures entremêlées :
- Les cellules les plus abondantes sont regroupées en nombreuses petites sphères ou acinus.
- D’autres cellules cent fois moins abondantes que les précédentes forment des amas, les îlots de Langerhans.
3 – Sécrétions du pancréas
Pour connaître les structures responsables des sécrétions hormonales du pancréas, on propose l’étude des expériences suivantes :
- Expérience 1 (Diabète alloxanique) : En 1943, Dunn et ses collaborateurs ont montré que l’alloxane (produit dérivé de l’urée) injecté à un lapin, provoque un diabète sévère. L’observation microscopique du pancréas des animaux traités à l’alloxane révèle qu’une petite partie seulement du pancréas est détruite : ce sont les cellules constituant les îlots de Langerhans qui sont nécrosées, les autres cellules du pancréas restent intactes. Les troubles du diabète alloxanique sont comparables à ceux constatés à la suite d’une pancréatectomie, à une différence importante près : Il n’y a pas de troubles digestifs, alors qu'ils apparaissent lors d'une pancréatectomie totale.
- Expérience 2 (Ligature du canal pancréatique) : La pose d’une ligature, obstruant le canal pancréatique, interrompt la sécrétion du suc pancréatique dans le duodénum. Des troubles digestifs sévères se manifestent alors. On observe par ailleurs une dégénérescence des cellules constituant les acini pancréatiques. En revanche, aucun signe de diabète n’apparaît et les îlots sont intacts.
Q – Que peut-on déduire de ces expériences ?
R – Ces expériences montrent que :
- Les cellules des acini sécrètent du suc digestif déversé par des canaux collecteurs dans l’intestin ; c’est la fonction exocrine du pancréas.
- Les Cellules des îlots de Langerhans sécrètent les hormones régulant la glycémie : c’est la fonction endocrine du pancréas.
Remarques :
- Le pancréas est une glande mixte.
- Le pancréas sécrète deux types d’hormones qui sont l’insuline (par les cellules bêta-Langerhans) et le glucagon (par les cellules alpha-Langerhans).
4 – Rôles des hormones pancréatiques
Pour mettre en évidence le rôle des hormones pancréatiques, on propose l’étude des graphes suivants. Les données présentées par les graphes ont été enregistrées sur des animaux de laboratoire.
- Graphe 1 :Variation de la glycémie suite à l’injection d’insuline.
- Graphe 2 : Variation du bilan hépatique en glucose suite à l’injection d’insuline.
- Graphe 3 : Variation de la glycémie suite à la perfusion du glucagon.
- Graphe 4 : Variation du glycogène hépatique suite à la perfusion de glucagon.
Q – À partir des données de ces graphes, déterminez le rôle des hormones pancréatiques.
R –
- Graphes 1 et 2 :
- Description : après injection de l’insuline, on observe que la glycémie diminue et que le bilan hépatique diminue aussi (stockage du glucose).
- Conclusion : donc, l’insuline favorise le stockage du glucose par le foie, elle fait donc baisser le taux de glucose dans le sang : c’est une hormone hypoglycémiante.
- Graphes 3 et 4 :
- Description : on observe que la glycémie augmente et que la quantité du glycogène hépatique diminue, lors de la perfusion du glucagon.
- Conclusion : donc, Le glucagon agit en stimulant la glycogénolyse : diminution du glycogène hépatique et sa libération dans le sang. Ainsi : le glucagon fait augmenter la glycémie : c’est une hormone hyperglycémiante.
IV – Mécanismes de la régulation de la glycémie par les hormones pancréatiques
1 – L’insuline et le glucagon sont deux hormones antagonistes
Données expérimentales : L’expérience est réalisée sur un pancréas isolé de chien. La circulation sanguine a été remplacée par la perfusion d’un liquide physiologique permettant la survie des cellules pancréatiques. On modifie à volonté la concentration en glucose de ce liquide de perfusion.
La figure suivante présente les résultats de la mesure des concentrations d’insuline et du glucagon selon la concentration du glucose.
Q – Décrivez ces résultats. Que peut-on déduire ?
R –
- Description : on observe que, lorsque la glycémie augmente, le taux d’insuline augmente, le taux de glucagon diminue. Alors que, lorsque la glycémie baisse, c’est l’inverse.
- Conclusion : de ces résultats, on peut conclure que :
- L’insuline et le glucagon sont deux hormones antagonistes.
- La glycémie est autorégulée : c’est sa propre variation qui déclenche les mécanismes qui la ramènent à sa valeur normale. Cette autorégulation est modélisée par le schéma suivant.
2 – Mécanisme de message hormonal
Les hormones pancréatiques 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.
Le taux de ces deux hormones varie selon les variations du taux de glucose. Donc, 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.
Une hormone est donc une molécule sécrétée 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.