Le contrôle des flux de glucose

Les cellules musculaires ont besoin de nutriments, principalement de glucose et de dioxygène, puisés dans le sang.

Les réserves de glucose se trouvent sous forme de glycogène dans les cellules musculaires et dans les cellules hépatiques. Elles servent à entretenir des flux de glucose, variables selon l’activité, entre les organes sources (intestin et foie) et les organes consommateurs (dont les muscles).

La glycémie est la concentration de glucose dans le sang, maintenue dans un intervalle relativement étroit autour d’une valeur d’équilibre proche de 1g.L-1. Elle dépend des apports alimentaires et est régulée par deux hormones sécrétées par le pancréas.

Un dysfonctionnement de la régulation de la glycémie entraîne des complications qui peuvent être à l’origine de diabètes.

L’insuline entraîne l’entrée de glucose dans les cellules musculaires (et hépatiques) et le glucagon provoque la sortie du glucose des cellules hépatiques, grâce à des protéines membranaires transportant le glucose.

Activité: les flux de glucose dans le sang selon différentes situations physiologiques

Activité: la régulation de la glycémie

Activité : les diabètes

TP : les organes de stockage du glucose

Chapitre : le contrôle des flux de glucose

I – Consommation et régulation du glucose

A – Consommation permanente du glucose

Les cellules d’un organisme consomment en permanence, de manière de plus en plus intense en fonction de leur activité, du glucose qu’elles puisent dans le sang.

B – Maintien de la glycémie

Quelle que soit la situation physiologique de l’organisme (jeûne, sport, sommeil, repas), la glycémie est maintenue autour d’une valeur d’équilibre d’environ 1 g/L.

C’est donc un équilibre dynamique qui est le résultat des flux entrants et des flux sortants de glucose.

II – Organes sources et organes consommateurs

A – Période postprandiale

Suite à un repas, c’est-à-dire en période postprandiale, l’intestin libère du glucose dans le sang : c’est un organe source.

Placée en série directement après l’intestin, le foie est capable de stocker le glucose.

B – Période d’effort

La comparaison de la glycémie dans l’artère et la veine fémorale permet de montrer que lors d’un exercice physique, les muscles sont des organes consommateurs importants de glucose.

Le glucose est fourni par les organes dits « sources » : l’intestin lors de la digestion des glucides ou le foie qui est capable de déstocker du glucose.

C – Bilan des flux

Les flux de glucose sont variables selon l’activité entre les organes sources (intestin et foie) et les organes consommateurs (dont les muscles), mais la glycémie reste globalement constante.

III – Les réserves de glucose

A – Mise en évidence expérimentale

La localisation de la radioactivité et l’identification des molécules radioactives après ingestion de glucose radioactif permettent de mettre en évidence que les réserves de glucose se trouvent sous forme de glycogène, un polymère de glucoses sous forme de granules, dans les cellules musculaires et dans les cellules du foie (cellules hépatiques).

Ces réserves servent à entretenir les flux de glucose, responsables de la glycémie, en fonction des activités.

B – Expérience du foie lavé et du muscle lavé

L’expérience du foie lavé et du muscle lavé permet de constater que seul le foie peut libérer du glucose, contrairement au muscle, bien qu’il possède aussi des réserves de glycogène.

IV – Utilisation des réserves de glycogène

A – Après un repas

En période postprandiale (après un repas), le glucose est libéré dans l’intestin, organe source, et il est mis en réserve sous forme de glycogène dans le foie et dans les muscles.

B – À jeun

Lorsque l’organisme est à jeun, les réserves de glycogène du foie sont hydrolysées et du glucose est libéré dans le sang.

Le glycogène des cellules musculaires est hydrolysé mais n’est pas libéré dans le sang : le glucose est uniquement utilisé par ces cellules.

C – En période d’effort

Lors d’un exercice physique, les réserves de glycogène des cellules musculaires et des cellules hépatiques sont utilisées, ce qui produit du glucose directement utilisé par les cellules musculaires ou libéré dans le sang par les cellules hépatiques.

V – Rôle du pancréas dans la régulation de la glycémie

A – Fonctions du pancréas

Le pancréas est indispensable à la régulation de la glycémie.

• Fonction exocrine : libération d’enzymes digestives.

• Fonction endocrine : libération d’hormones.

B – Les hormones pancréatiques

Insuline :

• Hormone hypoglycémiante sécrétée par les cellules β des îlots de Langerhans.

• Stimule la synthèse de glycogène par le foie.

• Stimule le prélèvement de glucose par les cellules musculaires et la synthèse de glycogène par les muscles.

Glucagon :

• Hormone hyperglycémiante sécrétée par les cellules α des îlots de Langerhans.

• Favorise l’hydrolyse du glycogène du foie.

C – Dépendance à la glycémie

Une hausse de la glycémie stimule la sécrétion d’insuline.

Une baisse de la glycémie stimule la sécrétion de glucagon.

VI – Récepteurs cellulaires et transport du glucose

A – Récepteurs à l’insuline

Les cellules hépatiques et les cellules musculaires possèdent des récepteurs à l’insuline.

L’utilisation de glucose radioactif montre que la synthèse de glycogène par les cellules hépatiques est d’autant plus stimulée que la concentration en insuline est élevée.

B – Transporteurs GluT

Les membranes plasmiques portent aussi des protéines de transport du glucose (transporteurs GluT).

La fluorescence des transporteurs a permis de mettre en évidence que la fixation de l’insuline sur les récepteurs membranaires entraîne :

• une augmentation du nombre de transporteurs au glucose sur la membrane plasmique (cas des cellules musculaires),

• une stimulation de la synthèse de glycogène.

C – Récepteurs au glucagon

Les cellules hépatiques possèdent des récepteurs au glucagon alors que les cellules musculaires n’en possèdent pas.

La fixation de glucagon sur les cellules hépatiques stimule l’hydrolyse du glycogène → libération de glucose dans le sang → augmentation de la glycémie.

VII – Les déséquilibres : le diabète

A – Définition

Le diabète est une hyperglycémie chronique.

B – Types de diabète

Type I (diabète insulinodépendant) :

• dû à une mort progressive des cellules des îlots de Langerhans,

• peut être corrigé par des injections d’insuline.

Type II (diabète non insulinodépendant) :

• dû à une perte de la sensibilité des cellules cibles à l’insuline,

• ne peut pas être soigné par des injections d’insuline.

Chapitre : le contrôle des flux de glucose

I. Consommation et régulation

• Glucose consommé en permanence par toutes les cellules.

• Glycémie stable ≈ 1 g/L (équilibre flux entrants/sortants).

II. Organes sources & consommateurs

• Postprandial : intestin = source, foie stocke le glucose.

• Effort : muscles = gros consommateurs, glucose fourni par intestin/foie.

• Bilan : flux variables mais glycémie constante.

III. Réserves de glucose

• Sous forme de glycogène dans foie + muscles.

• Foie = seul capable de libérer du glucose dans le sang (expérience du foie lavé).

• Muscle = utilise son propre glycogène.

IV. Utilisation du glycogène

• Après repas : stockage foie + muscles.

• À jeun : foie libère glucose, muscles consomment leur réserve.

• Effort : foie + muscles utilisent glycogène → énergie musculaire + glucose sanguin.

V. Pancréas et régulation

• Fonction endocrine : sécrétion d’hormones.

• Insuline (β cellules) : hypoglycémiante → stimule stockage (foie + muscles).

• Glucagon (α cellules) : hyperglycémiant → stimule hydrolyse du glycogène du foie.

• Sécrétion dépend directement de la glycémie.

VI. Récepteurs & transport du glucose

Récepteurs à l’insuline : sur foie + muscles.

• → + transporteurs GluT membranaires.

• → stimulation de la glycogénogenèse.

Récepteurs au glucagon : uniquement sur foie → hydrolyse glycogène et libération de glucose.

VII. Déséquilibres : diabète

• Définition : hyperglycémie chronique.

• Type I : destruction cellules β → manque insuline → corrigé par injections.

• Type II : perte sensibilité des cellules à l’insuline → non corrigé par injections.

• Endocrinologue (Bac+10 minimum) : médecin spécialiste des hormones et de leurs déséquilibres. Il diagnostique et prend en charge les maladies liées au pancréas, comme le diabète.

• Diététicien·ne (Bac+2 minimum) : professionnel de santé qui établit des régimes alimentaires adaptés aux besoins des patients, notamment ceux atteints de diabète ou d’obésité.

• Technicien·ne de laboratoire en analyses médicales (Bac+2/3 minimum) : il effectue des analyses biologiques (glycémie, dosage d’insuline, hémoglobine glyquée…) utilisées pour le diagnostic et le suivi du diabète.

Quizz de révision

• Peut-on guérir définitivement le diabète de type I grâce aux thérapies géniques ou à la greffe de cellules pancréatiques ?

• Les capteurs de glycémie en continu et les pancréas artificiels représentent-ils l’avenir de la prise en charge du diabète ?

• Comment la manipulation du métabolisme du glucose pourrait-elle être utilisée comme dopage invisible ?

• Le jeûne intermittent ou les régimes cétogènes modifient-ils durablement la régulation de la glycémie ?

• Quelles adaptations métaboliques distinguent les athlètes d’endurance des athlètes de force dans l’utilisation du glucose ?

• Pourquoi l’alimentation moderne favorise-t-elle le diabète de type II, et quelles alternatives alimentaires pourraient limiter ce risque ?

• Les édulcorants artificiels perturbent-ils réellement la régulation de la glycémie ?

• Le microbiote intestinal joue-t-il un rôle dans la régulation du glucose sanguin ?