La régulation de la glycémie et les phénotypes diabétiques

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1. Qu'appelle-t-on homéostat glycémique ?
• Les paramètres physico-chimiques du milieu intérieur qui conditionnent la vie des cellules (concentration en substances diverses, température, pH, etc.) sont maintenus sensiblement stables au cours du temps par de multiples mécanismes physiologiques, notamment hormonaux.
• Ainsi, la glycémie est maintenue normalement à une valeur proche de 1 g \cdot L−1 soit 5,5 mmol \cdot L−1. Le glucose, sucre à 6 carbones de formule brute C6H12O6 et de masse molaire 180 g \cdot mol−1, est une des principales sources d'énergie des cellules, et la source d'énergie exclusive des hématies et des neurones. Il est distribué aux tissus par le sang et son oxydation dans les cellules permet la synthèse d'ATP, source d'énergie des activités cellulaires.
Son approvisionnement doit donc être assuré en permanence ; mais un excès chronique de glucose dans le sang (hyperglycémie) a pour conséquence diverses pathologies, notamment des vaisseaux. Il est donc essentiel que la concentration en glucose dans le sang soit maintenue autour d'une valeur sensiblement constante.
• On appelle homéostat glycémique l'ensemble des systèmes de régulation qui permettent le maintien de la glycémie autour de sa valeur de consigne de 1 g \cdot L−1. Un tel système suppose une boucle de régulation comportant des capteurs sensibles à la concentration en glucose qui communiquent avec des systèmes effecteurs susceptibles d'en contrôler la production et la consommation dans l'organisme.
2. Quels sont les principaux flux de glucose au sein de l'organisme ?
• La principale source de glucose de l'organisme est constituée par les sucres de l'alimentation, notamment des polyosides comme l'amidon, polymère de glucose. Les polyosides sont hydrolysés dans l'intestin et les molécules de glucose qui en résultent sont absorbées et passent dans le sang.
Le sang provenant de l'intestin est dirigé vers le foie qui capte le glucose et l'utilise pour synthétiser un polymère de réserve, le glycogène. C'est la glycogénogenèse. Inversement, en cas de besoin, le foie hydrolyse le glycogène et libère du glucose dans le sang. C'est la glycogénolyse. Enfin, le foie peut aussi synthétiser du glucose à partir de substrats non glucidiques (acides aminés, glycérol). C'est la néoglucogenèse.
• Le glucose fourni par le foie est consommé par les cellules proportionnellement à leur activité. Le simple maintien du métabolisme basal nécessite une consommation minimale de glucose, mais les diverses activités de l'organisme, en particulier l'activité musculaire, en consomment de grandes quantités. En définitive, l'organisme doit maintenir une concentration stable de glucose alors que les apports (repas) comme la consommation (activités diverses) sont extrêmement irréguliers.
Le foie est le principal effecteur de l'homéostat glycémique puisqu'il est capable de stocker, de fabriquer et de libérer du glucose. Néanmoins les muscles (gros consommateurs de glucose capables de le stocker sous forme de glycogène) ainsi que le tissu adipeux (qui stocke des lipides de réserve) constituent également des effecteurs de l'homéostat glycémique.
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Les flux de glucose dans l'organisme
Les flux de glucose dans l'organisme
3. Quels sont les mécanismes de régulation de la glycémie ?
• Les îlots de Langerhans qui constituent les régions endocrines du pancréas, sécrètent dans le sang deux hormones protéiques aux actions antagonistes : l'insuline, sécrétée par les cellules bêta, et le glucagon, sécrété par les cellules alpha. Ces hormones agissent sur les cellules munies des récepteurs spécifiques, notamment au niveau du foie, des muscles et du tissu adipeux, importants consommateurs de glucose.
• L'insuline favorise la consommation cellulaire du glucose. Elle active les enzymes de la glycogénogenèse dans les cellules hépatiques et musculaires, et celles de la lipogenèse dans le tissu adipeux. Inversement, elle inhibe les enzymes de la glycogénolyse. Cette hormone a donc une action hypoglycémiante et c'est la seule dans ce cas. Le glucagon, lui, est justement une hormone hyperglycémiante (il n'est pas le seul : glucocorticoïdes, adrénaline, etc.). Il agit uniquement sur le foie où il active la glycogénolyse et la libération de glucose.
• La sécrétion des hormones pancréatiques dépend de la glycémie. Les cellules du pancréas endocrines sont en effet sensibles au glucose sanguin et ajustent la production des hormones en conséquence. À jeun, le glucagon prédomine et le foie libère le glucose nécessaire au fonctionnement de l'organisme. Si la glycémie diminue, en cas d'exercice physique par exemple, la sécrétion de glucagon est activée et le foie libère davantage de glucose. Au moment des repas, l'augmentation de la glycémie stimule la sécrétion d'insuline et le foie stocke le glucose en excès.
Par le jeu de ces deux actions antagonistes sur les effecteurs, la glycémie est maintenue autour de 1 g \cdot L−1. L'homéostat glycémique constitue un modèle de boucle de rétroaction négative : toute variation de la valeur de consigne déclenche en retour une action de sens opposé qui la corrige.
4. Qu'est-ce que le diabète sucré ?
• Les phénotypes diabétiques résultent de dysfonctionnements dans l'homéostat glycémique qui se traduisent par une hyperglycémie avec un taux de glucose sanguin supérieur à 1,26 g \cdot L−1 (7 mmol \cdot L−1). Or, lorsque la glycémie dépasse les capacités des reins à réabsorber le glucose, soit au-dessus de 1,7 g \cdot L−1 (9,4 mmol \cdot L−1), du glucose passe dans les urines (glycosurie). L'hyperglycémie chronique peut provoquer divers types de lésions, notamment vasculaires et rétiniennes. Ces dernières sont susceptibles de conduire à la cécité.
• On distingue deux grands types de diabètes : le diabète de type 1 survient brutalement, le plus souvent chez le jeune, tandis que le diabète de type 2 apparaît progressivement, généralement à l'âge mûr. Les deux types de diabète sont des maladies multifactorielles qui impliquent à la fois génotype et facteurs de l'environnement, mais les gènes et les facteurs associés ne sont pas les mêmes dans les deux cas et il n'existe pas de gène ou d'allèle unique responsable de ces maladies.
5. Quelles sont les caractéristiques des deux grands types de diabètes ?
• Le diabète de type 1, encore appelé diabète insulinodépendant, survient chez le jeune à la suite de la destruction des cellules bêta du pancréas par le système immunitaire. Il en résulte une hyperglycémie élevée : due à l'absence de consommation par les effecteurs insulinodépendants, elle est aggravée par une sécrétion de glucagon souvent plus élevée que la normale. L'absence d'insuline a aussi pour conséquence l'utilisation accrue d'acides gras par les cellules, qui se traduit par divers troubles métaboliques.
S'il n'est pas traité, le diabète de type 1 provoque rapidement un amaigrissement important, puis des troubles mortels. Il peut être soigné par des injections quotidiennes d'insuline. Il représente 10 à 15 % de l'ensemble des diabètes sucrés en France.
• Le diabète de type 2 n'est pas insulinodépendant et survient en général après 45 ans. Dans cette maladie, l'insuline perd de son efficacité, les organes cibles devenant insulinorésistants. L'organisme sécrète d'abord davantage d'insuline pour compenser, mais les cellules bêta répondent de moins en moins au glucose, et sécrètent donc de moins en moins d'insuline.
L'insulinorésistance des cellules cibles empêche d'utiliser l'insuline pour contrôler la glycémie dans ce diabète ; on utilise de ce fait d'autres médicaments hypoglycémiants. Le diabète de type 2 représente 85 à 90 % des diabètes en France ; il tend à augmenter en relation avec l'évolution du comportement alimentaire (obésité).
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