LA REGULATION DE LA GLYCEMIE

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1 Le début vous l avez fait avant les vacances cours de ce jours à partir du II Chap8 TS spécialité Thème 3 Restitution des acquis LA REGULATION DE LA GLYCEMIE Ravitaillement régulier pour maintenir la glycémie photo veine porte photo pancréas photo insuline 1

2 - Hypoglycémie? - Hyperglycémie? - Glucomètre? La glycémie correspond à la concentration de glucose sanguine. La glycémie est un paramètre physiologique d environ 1g/L. Chez un individu en bonne santé, la glycémie fluctue peu au cours de la journée. Pourtant, l apport de nutriments par l alimentation n est pas continu et leur utilisation lors des activités quotidiennes est variable. Cela suggère l existence d un mécanisme de régulation. Problème : quels sont les mécanismes physiologiques de la régulation de la glycémie? I- LA GLYCEMIE : UN PARAMETRE REGULE : Activité 1 chap 8 TS spe : la glycémie et ses variations. Identifier les valeurs normales de la glycémie Livre p 184 documents 1 et 2 Les documents 1 et 2 permettent de comparer de multiples mesures de glycémies. Le document 1 compare des mesures faites au même moment chez plusieurs individus; on peut ainsi avoir une valeur statistique de la glycémie normale en englobant la majorité des sujets de l étude (plus de 95 % entre 0,7 et 1,2 g.l-1). Le document 2 compare des mesures faites sur un même individu tout au long de la journée. On peut alors s assurer que le moment choisi pour la mesure n a pas d incidence. Au final, la glycémie est donc une valeur relativement stable, avec des oscillations modérées autour d une «valeur de consigne». Proposer une définition de la valeur normale de la glycémie. Le document 1 montre que plus de 95 % des individus de l étude présentent une glycémie à jeun comprise entre 0,7 et 1,2 g.l-1. Cette fourchette peut donc être considérée comme représentant les écarts normaux de la glycémie. On voit sur le document 2 que la glycémie varie tout au long de la journée (baisse au moment d une activité physique et hausse après un repas) sans sortir de l encadrement précédemment établi. La glycémie fluctue donc modérément autour d une valeur proche de 1 g.l-1 ; cette valeur définit la constante physiologique qu est la glycémie pb : quels sont les organes actifs sur la glycémie? Activité 2 chap 8 : les organes actifs sur la glycémie : Identifier le rôle d un organe sur la glycémie Comprendre la démarche expérimentale en endocrinologie et savoir interpréter Livre p 185 documents 3 et 4 Le document 3 traite des organes consommateurs de glucose. Ceux-ci sont normalement connus depuis la classe de Seconde (particulièrement les muscles). On peut, selon les choix de l enseignant, associer ce document avec des éléments vus dans la partie 1 du programme de spécialité : le glucose est utilisé pour la respiration ou la fermentation cellulaire. Le document 4 aborde un point plus complexe avec les actions de l intestin et du foie. Il montre le double rôle du foie : libérer ou prélever du glucose dans le sang selon les besoins. On peut alors ébaucher un schéma de régulation de la glycémie en notant les actions des différents organes effecteurs. 2 Identifier l action des organes sur la glycémie. Expliquer certaines variations constatées dans le document 2

3 La glycémie est systématiquement plus faible à la sortie de certains organes (poumons, cerveau ou muscles) ; ces organes sont donc des consommateurs de glucose. Le glucose est utilisé par les cellules pour la régénération de l ATP par respiration ou fermentation. On le voit bien pour les muscles : en cas d effort, les besoins en ATP sont plus importants et le prélèvement de glucose augmente. La glycémie augmente à la sortie des intestins après un repas, c est en effet l absorption intestinale des nutriments qui permet le passage du glucose dans le sang Montrer comment le foie peut agir sur la glycémie Le foie a un statut particulier car la glycémie peut augmenter ou diminuer selon les cas à sa sortie. Il joue un rôle tampon pour libérer du glucose dans le sang quand la glycémie est trop faible ou, au contraire, en prélever quand elle augmente. Il permet donc le maintien d une glycémie constante malgré des apports intestinaux discontinus et des prélèvements musculaires variables. On peut noter que sa position anatomique est «stratégique» pour contrôler l entrée de glucose dans l organisme : le sang qui a irrigué la région intestinale passe ensuite dans le foie. Pourquoi qualifie-t-on la glycémie de constante biologique? La glycémie présente des variations, mais elles sont très modérées et encadrent une valeur moyenne constante. Plusieurs organes interviennent pour maintenir la glycémie ; suivant le cas, ils libèrent ou prélèvent du glucose dans le sang. En particulier, le foie est capable d ajuster son action pour maintenir en permanence une valeur de la glycémie constante, ce qui permet un approvisionnement régulier de tous les organes sans excès. Pb : quelles sont les conséquences sur l organisme d une hypo ou d une hyperglycémie? Activité 3 chap 8 TS spe : hypoglycémie, hyperglycémie et leurs conséquences Saisir des informations, mettre en relation Nathan Edition 2012 Pb : Comment s effectue le stockage du glucose dans l organisme? II- LE STOCKAGE DU GLUCOSE DANS L ORGANISME : Voir tp1 3

4 Activité 4 chap 8 TS spe : devenir du glucose alimentaire Document 1 p 186 Le document 1 met en évidence de façon claire la notion de stockage du glucose sous forme de glycogène ou d acides gras. Il permet de présenter ces deux molécules aux élèves et de faciliter la conception éventuelle de protocoles expérimentaux. Photo adipocyte Photo hépatocyte Photo cellule musculaire Photo glycogène 4

5 Photo triglycérides Montrer que le glycogène et les triglycérides constituent une forme de stockage du glucose. La radioactivité est au début présente dans les seules molécules de glucose ingérées, mais elle décroit régulièrement. En parallèle, on voit augmenter, puis se stabiliser la proportion de molécules de glycogène et d acides gras radioactives. Les isotopes 14C sont donc passés du glucose vers ces molécules qui représentent une forme de réserve du glucose. Nathan Edition 2012 Montrer que suite à une prise alimentaire, le glucose est stocké dans divers organes. Document 3 p 187 Le document 3 donne l occasion de ne pas se contenter d une analyse qualitative, mais de faire un dosage du glycogène dans les organes testés. La manipulation est assez complexe, tout comme le calcul final (un fichier d aide est disponible sur le manuel numérique enrichi ou sur le site ressources), mais il est toujours intéressant de laisser les élèves obtenir des résultats, puis de les comparer (entre eux et avec les résultats attendus) pour s interroger sur les raisons d éventuels écarts. On respecte ainsi les attendus du programme de Spécialité sur l autonomie et l investigation concrète de la part de l élève. Différenciez le stockage du glycogène dans les muscles et le foie. À masse égale, le foie est plus riche en glycogène que le muscle (environ deux fois plus), mais comme l ensemble des muscles de l organisme représente une masse plus de 10 fois supérieure, c est dans les muscles que la réserve de glycogène est la plus importante. Document 4 p 187 Le document 4 indique d une part le délai nécessaire à la transformation d une réserve en glucose utilisable par les cellules (notion de réserve rapidement mobilisable ou non), d autre part la durée d utilisation couverte par tel ou tel type de réserve. Indiquer les avantages et les inconvénients des différents types de réserves de l organisme. 5

6 Les réserves en glycogène des muscles sont très rapidement utilisables par les cellules (5 s), mais elles sont assez faibles et s épuisent en quelques heures. Celles du foie sont très comparables en termes de délai d utilisation et de durée. En revanche, les triglycérides des tissus adipeux représentent une réserve beaucoup plus importante, mais elles nécessitent plus de temps pour être utilisables par l organisme. L organisme pourra donc puiser dans l une ou l autre de ces réserves en fonction de l urgence du besoin et de la quantité de glucose demandée : un besoin urgent sera assuré par le glycogène des muscles ou du foie, un besoin important mais non immédiat sera satisfait à partir des triglycérides des tissus adipeux. Le glucose circule dans le sang et peut être prélevé par les cellules pour être directement consommé. Certaines cellules peuvent également transformer ce glucose en glycogène (cellules du foie ou des muscles) ou en triglycérides (adipocytes). Ces molécules représentent une forme de stockage du glucose qui pourra être mobilisée plus tard en cas de besoin. Nathan Edition 2012 Pb : quel est le rôle du pancréas dans la régulation de la glycémie? III- LE ROLE DU PANCREAS DANS LA REGULATION DE LA GLYCEMIE : Activité 5 chap 8 TS spe : mise en évidence de la fonction endocrine du pancréas : Exploiter des éléments et des résultats pour établir le rôle de l insuline et du glucagon Interpréter une coupe histologique immunomarquée Recenser, extraire et exploiter des informations 6

7 Belin Edition 2012 Montrer que le pancréas sécrète deux hormones dont les effets sur la glycémie sont opposés et identifiez les cellules sécrétrices. 7

8 Photo coupe de pancréas Identifier les cellules pancréatiques responsables de la sécrétion des hormones contrôlant la glycémie On observe deux types cellulaires dans le pancréas. Les cellules acineuses libèrent leur production dans des tubes collecteurs reliés à l intestin, elles correspondent donc à des cellules exocrines. Les cellules insulaires n ont pas de canaux collecteurs, mais sont en contact étroit avec des vaisseaux sanguins ; cela fait d elles de bons candidats pour être des cellules endocrines productrices d hormones. Identifier les cellules des ilots de langherans sécrétrices d insuline et de glucagon et définissez l action de ces hormones sur la glycémie. Les cellules au centre des îlots de Langerhans produisent de l insuline. Cette hormone est responsable d une baisse de la glycémie (baisse de 0,5 g.l-1 en 30 minutes). Les cellules à la périphérie des îlots produisent du glucagon. Cette hormone fait augmenter régulièrement la glycémie quand elle est produite (hausse de 1 g.l-1 en 1 heure). Les îlots de Langerhans produisent donc en fait deux hormones aux effets inverses sur la glycémie Le pancréas est capable de modifier la valeur de la glycémie par l intermédiaire d hormones. Si la glycémie est trop basse, il peut la faire augmenter en produisant du glucagon ; si au contraire, la glycémie augmente, il produit de l insuline pour la faire diminuer. Ces deux hormones sont produites par des cellules groupées en amas : les îlots de Langerhans. À noter qu en cas d ablation du pancréas, c est l absence d insuline qui se manifeste par une hyperglycémie. Pb : quelle est la réponse du pancréas aux variations de la glycémie? Activité 6 chap 8 TS spe : la réponse du pancréas aux variations de la glycémie Recenser, extraire et organiser des informations 8

9 Belin Edition 2012 Montrer que la réponse du pancréas à une variation de la glycémie tend à s opposer à cette variation. Expliquer l importance physiologique de la courte demi vie de l insuline et du glucagon 9

10 Expliquer pourquoi on ne peut pas assimiler le glucose à une hormone agissant sur les cellules endocrines du pancréas. Résumer le rôle du pancréas endocrine dans la régulation de la glycémie. Les cellules alpha du pancréas produisent du glucagon qui a un effet hyperglycémiant. L insuline est produite par les cellules beta des ilots de langherans et a une action hypoglycémiante. 10

11 Belin Edition 2012 Pb : quelle est l action des hormones pancréatiques. Activité 7 chap 8 TS spe : action des hormones pancréatiques Saisir des informations, mettre en relation, adopter une démarche explicative Document 1 et 2 p 192 Les documents 1 et 2 permettent de retrouver l action précise des hormones pancréatiques sur les différentes cellules effectrices (hépatocytes, adipocytes et cellules musculaires). Si le professeur le souhaite, il pourra proposer une démarche d investigation sur ce point et faire réaliser aux élèves le protocole décrit dans l exercice type ECE de la page 201. L action de l insuline et du glucagon sur les hépatocytes est en effet reproductible expérimentalement en lycée. Par contre, les effets sur les adipocytes sont complexes à montrer et ceux sur les cellules musculaires nécessitent des muscles venant justes d être prélevés et ne sont donc pas réalisables par les élèves. Quelles actions les hormones pancréatiques ont-elles sur les différentes cellules cibles agissant directement sur la glycémie? Une perfusion de glucagon fait fortement chuter le glycogène hépatique (divisé par plus de 8). Le glucagon stimule donc la transformation de ce glycogène en glucose qui peut être libéré dans le sang, faisant ainsi augmenter la glycémie. Le bilan hépatique est positif avant l injection d insuline, ce qui signifie que le glucose sort du foie. Après l injection, le bilan se rapproche de zéro, donc le glucose sort moins des hépatocytes. On peut extrapoler des valeurs négatives pour la suite de la courbe, montrant une entrée de glucose dans les hépatocytes. L insuline tend donc à favoriser l entrée de glucose dans les cellules du foie, ce qui fait baisser la glycémie. On voit sur le document 2 que des adipocytes ou des cellules musculaires consomment plus de glucose en présence d insuline. L insuline favorise donc le captage de glucose par ces cellules et donc la diminution de la glycémie. 11

12 Nathan Edition 2012 Pb : comment s effectue le déclenchement de la sécrétion des hormones pancréatiques? Activité 8 chap8 TS : déclenchement de la sécrétion des hormones pancréatiques Mettre en évidence une boucle de rétroaction Document 3 p 193 Les documents 3 et 4 montrent la sensibilité des cellules insulaires au glucose. On voit donc le lien qui existe entre la glycémie et les productions des hormones pancréatiques. Quelles corrélations peut-on effectuer? montrer l intérêt pour l organisme de la variation des concentrations hormonales constatées L ingestion de glucose réalisée ici est équivalente à l absorption intestinale qui succède normalement à un repas. Le taux de glucose augmente dans les vaisseaux sanguins qui irriguent le pancréas. En retour, on voit des modifications au niveau des productions hormonales : plus d insuline et moins de glucagon. Les cellules vont donc prélever plus de glucose et faire chuter la glycémie pour la ramener à sa valeur normale Document 4 p 193 Que montre cette expérience? Utiliser ce résultat pour construire une boucle de régulation de la glycémie L expérience montre que la production d insuline et de glucagon par les cellules insulaires dépend intimement du taux de glucose dans le milieu de culture. On met ainsi en évidence une sensibilité au glucose de la part de ces cellules. Il y a donc une rétroaction dans le système de régulation de la glycémie : le paramètre régulé (la glycémie) agit sur le système de commande (les cellules insulaires pancréatiques). 12

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14 Belin Edition 2012 Pour aller plus loin : 14 - Fonction glycogénique du foie - Effets des extraits pancréatiques - Action du glucagon - Insuline et évolution - «la piqure diabétique de Claude Bernard» - La régulation hépatique de la glycémie - Insuline et dopage - Bactéries productrices d insulines - Hypothèse de Claude Bernard - Hyperglycémie de stress