TD La régulation de la glycémie Comme nous l avons vu dans le chapitre 1, le milieu intérieur subit en permanence des modifications dues à l activité cellulaire ou aux apports extérieurs. Cependant, un certain nombre de paramètres doivent rester stable pour assurer ses fonctions de nutrition et maintien de l équilibre hydrique, thermique : c est l homéostasie. La glycémie (=taux de glucose dans le sang) est l un de ces paramètres. 1. Mise en évidence de la régulation de la glycémie A - Evolution de la glycémie On mesure la glycémie d une personne à jeun puis suite à l ingestion d un sirop de glucose. On obtient les résultats suivants : 1. A jeun, quelle est la valeur de la glycémie? 1 g/l = 5,5 (mmol/l) Qu observe-t-on lors de l ingestion de glucose? Après ingestion de glucose la glycémie augmente mais en 2 heures elle est revenue à son niveau normal. Il existe donc des mécanismes de régulation de la glycémie. 2. Notion d hyperglycémie et d hypoglycémie : 3.1 Comment évolue la glycémie en 24 chez un sujet sain? Elle est en moyenne stable, mais des déséquilibres sont causés à chaque repas. Une correction de ces déséquilibres vient immédiatement après : la glycémie est régulée. 3.2 Comment évolue la glycémie en 24 h chez un sujet diabétique? Elle est moins stable, les déséquilibres causés à chaque repas sont corrigés de façon beaucoup moins rapide et beaucoup moins efficace : la valeur de la glycémie ne revient quasiment jamais à celle précède le repas. 3.3 Quelles sont les valeurs minimales, maximales et moyennes de la glycémie de ces deux sujets? Valeurs extrêmes (g/l) Sujet sain 0,8-1,5 1 Sujet diabétique 2,3-3,3 2,7 Valeurs normales (g/l) 3.4 Conclusion - La glycémie est une valeur régulée à 1 g/l (= 5mmol/L). - L hyperglycémie est un taux de glucose plasmatique supérieur à 1,26 g/l (= 7 mmol/l). - une hypoglycémie est un taux de glucose plasmatique inférieur à 0,4 g/l (= 2,5mmol/L)
Remarque : - Il existe des hyperglycémies physiologiques (en période post-prandiale c'est à dire après un repas) qui sont régulées et disparaissent en peu de temps après le repas. Elles concernent tous les sujets sains. - Il existe aussi des hyperglycémies pathologiques, chez les diabétiques, qui correspondent à une valeur trop élevée de la glycémie à jeun. B- Mise en évidence du rôle du foie 1 Expérience du foie lavé On prend un chien nourri de viande exclusivement depuis plusieurs jours, que l on sacrifie. - Son foie est prélevé puis lavé dans de l eau. On réalise le test à la liqueur de Fehling dans cette eau, le test est positif. - Puis on lave le foie à grande eau jusqu à ce que le test à la liqueur de Fehling soit négatif. - On laisse alors tremper ce foie dans l eau quelques temps, puis on refait le test à la liqueur de Fehling qui est de nouveau positif. 3. Analyser ces expériences Rappeler le rôle du test à la liqueur de fehling. La 1ère expérience nous montre que le foie libère du glucose. La 2 ème nous montre que ce glucose n est pas directement disponible puisque quand on lave le foie et qu on élimine le glucose il faut attendre quelques temps afin d en détecter de nouveau. 2 Evolution du taux de glycogène : On dose le glycogène hépatique d un animal avant et après le repas, on observe que le glycogène se trouve en concentration plus élevée après le repas. De plus, si l on suit l évolution du taux de glycogène au cours de l expérience du foie lavé, on constate qu il diminue au fur et à mesure des lavages successifs. 4. Commenter ces résultats en relation avec les conclusions formulées en 1. Après un repas, le foie fabrique du glycogène. Au cours de l expérience du foie lavé ce glycogène disparait donc on peut en conclure que le glucose est stocké dans le foie sous forme de glycogène. Cette molécule, qui est un polymère de glucose, peut ensuite être hydrolysée pour libérer du glucose (rappel structure du glycogène qui a déjà été vue). Définitions Glycogénogénèse : fabrication du glycogène à partir du glucose (mise en réserve du glucose) Glycogénolyse : hydrolyse du glycogène qui libère les molécules de glucose. 3 Expériences sur des chiens : - Un premier chien reçoit une alimentation riche en glucide : intestin (lumière) et sang contiennent du glucose. -Un second chien reçoit une alimentation dépourvue de glucide : il n y a pas de glucose dans l intestin, par contre il y en a dans le sang. 6. A partir de ces résultats et de vos connaissances expliquer le rôle du foie ainsi mis en évidence. Sachant que les neurones et les hématies ne peuvent utiliser QUE le glucose comme source d énergie, expliquer l intérêt de cette «manœuvre». Après un repas riche en glucide, il y a un excès de glucose, le foie est capable de faire des réserves sous forme de glycogène. En période de jeune ou après un repas sans glucides, il y un manque de glucose. Le foie est capable de libérer du glucose dans le sang, par hydrolyse du glycogène, d où diminution du stock de glycogène dans le foie et apparition de glucose dans le sang, alors que l intestin n en contient pas. L intérêt d une telle manipulation est de maintenir constante la glycémie, notamment pour assurer une source d énergie continue pour les neurones et les hématies qui ne peuvent trouver une autre source d énergie ailleurs. 7. BILAN Le foie est donc un organe qui permet de maintenir constante la valeur de la glycémie à 1g/L. En cas d hyperglycémie, le glucose est stocké sous forme de glycogène qui pourra être utilisé en cas d hypoglycémie. C Mise en évidence du rôle du pancréas
Pour étudier la fonction d un organe, on procède à son ablation puis on restitue sa fonction en le greffant. Expérience de suppression de la fonction = ablation du pancréas On observe des troubles digestifs et une forte hyperglycémie évoluant jusqu à la mort. Expérience de restitution de la fonction = ablation puis greffe du pancréas Chez un chien pancréatectomisé on greffe un pancréas au niveau du cou en rétablissant la circulation sanguine (voir schéma ci-dessous). Les troubles digestifs persistent mais l hyperglycémie disparaît. 8. Analyser ces expériences. La 1 ère expérience met en évidence le rôle du pancréas dans la digestion. On observe aussi une hyperglycémie donc le pancréas a un rôle dans la régulation de la glycémie. La greffe de pancréas ne rétablit pas les fonctions digestives puisque le suc pancréatique ne passe pas dans le sang. Par contre l hyperglycémie disparait, ce qui nous montre que le pancréas libère une substance dans le sang qui régule la glycémie. Cette substance est une hormone. Définition : Une hormone est une molécule : - Fabriquée par une glande endocrine, - Sécrétée dans le sang - Et transportée jusqu'aux cellules cibles - Pour y entrainer un ou plusieurs effets. 9. Histologie du pancréas : légender le schéma ci-dessous 1 : Cellulesα. 2 : Cellulesβ. 3 : Capillaires sanguins. 4 : Canal excréteur A : acinus = cellules regroupées en acini. B : Ilots de Langerhans
Le pancréas est une donc glande mixte : le pancréas exocrine (partie Y) synthétise le suc pancréatique déversé dans le duodénum (99% de la masse de l organe). le pancréas endocrine (partie X) est constitué de cellules regroupées dans les îlots de Langerhans (1% de la masse de l organe). Il existe plus d un million d'îlots dans la glande, et chacun renferme environ 3000 cellules. o Les cellules alpha représentent environ 30% des cellules endocrines. Elles synthétisent et sécrètent le glucagon. Le glucagon est un polypeptide. o Les cellules béta représentent 70% des cellules endocrines. Elles synthétisent et sécrètent l insuline. L insuline est un polypeptide formé de deux chaînes d'acides aminés. 2. Mécanisme de régulation de la glycémie A Mode d action de l insuline Données expérimentales - Donnée 1 : Chez un diabétique, l injection d insuline permet de faire diminuer l hyperglycémie. - Donnée 2 : On dose le glycogène hépatique chez un animal pancréatectomisé puis à qui on injecte de l insuline. Les résultats sont présentés ci-contre. - Donnée 3 : on place un fragment de muscle dans 2 milieux glucosés, l un contenant de l insuline, l autre non. On dose la quantité de glucose prélevé par les cellules musculaires et la quantité de glycogène musculaire (tableau ci-dessous). - Donnée 4 : Chez un chien, on détruit les cellules bêta des ilôts de Langerhans. On observe au microscope l évolution des adipocytes. Cette évolution vous est présentée cicontre. 10. Analyser chacune de ces données expérimentales. Conclure en précisant sur quels organes/cellules et de quelle manière agit l insuline. - Donnée 1 : nous montre que l insuline est une hormone hypoglycémiante. - Donnée 2 : l ablation du pancréas entraîne une baisse de la quantité de glycogène hépatique = glycogénolyse. L injection d insuline permet de faire augmenter cette quantité : l insuline favorise donc la mise en réserve du glucose, cad la glycogénogénèse hépatique. Cela contribue à faire diminuer la glycémie.
- Donnée 3 : en présence d insuline la cellule musculaire prélève plus de glucose et le met en réserve sous forme de glycogène. L insuline favorise donc la glycogénogénèse musculaire. - Données 4 : en détruisant les cellules bêta, on empêche la fabrication de l insuline et on observe une diminution des réserves lipidiques des cellules adipeuses. L insuline favorise donc la mise en réserve du glucose sous forme de lipides dans les adipocytes : c est la lipogénèse. Le but de ces 3 actions : faire diminuer la glycémie. B Mode d action du glucagon Le taux de glucose dans le sang augmente fortement lors de l injection du glucagon, il a donc un rôle hyperglycémiant. De même, lors de cette injection, le taux de glycogène diminue donc le glucagon active la glycogénolyse hépatique. La glycémie reste inchangée après injection de glucagon si les réserves de glycogène sont épuisées. C est donc la glycogénolyse activée par le glucagon qui permet l augmentation de la glycémie. Le glucagon active donc la glycogénolyse dans les cellules hépatiques dans le but de faire libérer par le foie du glucose dans le sang. Remarque : on pourrait penser que le glucagon stimule également la glycogénolyse musculaire pour faire libérer le glucose dans le sang. Mais le muscle est un organe «égoïste», il effectue la glycogénolyse mais le glucose ne sortira pas des cellules musculaires, il sera utilisé pour la fabrication d énergie (puisque le muscle est un grand consommateur d énergie).
1. On constate que le taux d insuline augmente après le repas alors que le taux de glucagon diminue. Puis les concentrations tendent à revenir à la normale. Ces deux taux évoluent dans des sens contradictoires. On parle d hormones ANTAGONISTES. 2. Après le repas, la glycémie de cet animal augmente du fait de la digestion puis de l absorption du glucose dans le sang. Cela va entraîner la libération d insuline qui va jouer son rôle hypoglycémiant. Le glucagon, absent ne joue pas son rôle hyperglycémiant. La glycémie par le jeu de ces deux hormones, va donc diminuer pour revenir à son état normal. 11. BILAN L insuline : Hormone peptidique libérée dans le sang lors de l hyperglycémie donc son rôle est hypoglycémiant. Cellules cibles (possèdent des récepteurs spécifiques de l insuline) : Cellules du foie, Les cellules musculaires, Les cellules adipeuses. Fonctions : Elle augmente la pénétration du glucose dans les cellules. Elle active la glycogénèse hépatique et musculaire. Elle inhibe la lipolyse dans le tissu adipeux. Elle active la lipogenèse. C est donc une hormone de mise en réserve. Le glucagon : Hormone peptidique libérée dans le sang en période de jeune. C est une hormone hyperglycémiante. Cellules cibles (possèdent des récepteurs spécifiques du glucagon) : Cellules du foie, Cellules adipeuses. Fonctions : Elle active la glycogénolyse des cellules du foie et la néoglucogénèse. Elle active la lipolyse des cellules adipeuses pour libérer des acides gras (qui serviront à fabriquer du glucose grâce à la néoglucogenèse). C est donc une hormone de déstockage. Remarques : Il existe d autres hormones hyperglycémiantes : L adrénaline : sécrétée par les médullosurrénales. Elle active la glycogénolyse pour libérer du glucose. Elle est sécrétée en cas de stress pour une réaction de fuite rapide. Le cortisol : sécrété par les glandes surrénales. L hormone de croissance. Schéma bilan (à construire avec elles au tableau) :
Après un repas : Stimulus : augmentation de la glycémie Période inter-prandiale ou en cas de jeûne Stimulus : baisse de la glycémie + + Cellules β Cellules α Pancréas Insuline Glucagon CELLULES ADIPOCYTES FOIE + MUSCLE FOIE Favorise l utilisation du glucose lipogenèse Inhibe la lipolyse lipolyse glycogénogénèse glycogénolyse néoglucogénèse Baisse de la glycémie = perturbation corrigée Augmentation de la glycémie = perturbation corrigée