Cours : La régulation de la glycémie

Mise en évidence de la fonction hormonale du pancréas

Plusieurs scientifiques ont mis en évidence le rôle du pancréas dans la régulation de la glycémie :

En 1890, les scientifiques allemands Mering et Minkowski réalisent l’ablation du pancréas d’un chien. On parle de pancréatectomie. Le rôle digestif du pancréas, qui permet la digestion des graisse, est alors connu. Les scientifiques enregistrent des dysfonctionnements digestifs. Cependant, le chien urine de manière abondante et son urine est sucrée, on parle de glucosurie. L’animal s’affaiblit et finit par mourir assez rapidement.

Par la suite, les scientifiques réalisent une seconde expérience : ils ligaturent le canal qui relie le pancréas à l’intestin. Là encore, ils enregistrent des troubles digestifs car les sucs pancréatiques ne peuvent plus se déverser dans l’intestin où a lieu la digestion des graisses. Cependant, l’animal ne présente pas d’hyperglycémie et son urine et normale aussi bien en volume qu’en composition.

• Cette expérience montre que le pancréas est un organe digestif impliqué dans la régulation de la glycémie. Cette régulation passe par une autre voie que le canal pancréatique car lorsqu’il est ligaturé, la régulation est quand même réalisée.

À retenir

Le pancréas est un organe abdominal qui se trouve lové dans l’anse du duodénum. Il est proche du foie et ses canaux se rejoignent pour se jeter dans le duodénum.

Organisation du pancréas

Si l’on regarde une coupe transversale du pancréas on peut voir deux types de tissus :

• les acini formés par les cellules acineuses qui sécrètent les enzymes pancréatiques qui circulent dans le canal collecteur ;
• les îlots de Langerhans qui sont très vascularisés. Dans les îlots de Langerhans, on trouve des cellules insulaires.

En 1921, les scientifiques Banting et Best préparent un extrait d’îlots de Langerhans. Ils réalisent des injections de cet extrait à un cobaye dont le pancréas a été enlevé. Regardons ce graphique qui présente la glycémie du cobaye en fonction du temps.

Au début de l’expérience, la glycémie du cobaye est de 0.3 gramme par litre. Après une première injection de l’extrait d’îlots de Langerhans au cobaye, la glycémie redescend. Elle remonte jusqu’à un taux supérieur à 0.4 gramme par litre lorsqu’il n’y a plus d’injections réalisées.

Le deuxième jour, le cobaye reçoit 6 injections rapprochées ce qui fait redescendre la glycémie à un taux de 0.1 gramme par litre. Sans surprise, après l’arrêt des injections, la glycémie recommence à monter.

À retenir

L’expérience de Banting et Best met en évidence que ce sont uniquement les îlots de Langerhans qui sont responsables de la régulation de la glycémie.

Les scientifiques isolent une substance active qu’ils appellent insuline et définissent comme une hormone. L’expérience montre que l’insuline a un effet hypoglycémiant, c’est-à-dire qu’elle fait baisser la glycémie.

Cette découverte vaut à Banting de recevoir le prix Nobel de Médecine en 1923.

Définition

Hormone :

Une hormone est une substance produite par une glande dite endocrine, secrétée dans le sang et agissant sur des cellules cibles dont elle modifie l’activité.

Le pancréas est un organe qui a une double fonction :

• une fonction exocrine en déversant des sucs digestifs dans le duodénum ;
• une fonction endocrine en déversant des hormones dans le sang qui agissent sur la glycémie.

Les hormones pancréatiques

Nous allons voir maintenant en détail quelles sont les hormones pancréatiques.

Le pancréas sécrète une hormone appelée insuline qui fait baisser la glycémie. Cependant, la baisse de la glycémie est toujours précédée par une hausse rapide de la glycémie.
Les scientifiques ont donc cherché à expliquer ce phénomène et ont découvert l'action du glucagon.

Définition

Glucagon :

Hormone sécrétée par les îlots de Langerhans qui a un rôle antagoniste à celui de l’insuline. Le glucagon est une hormone hyperglycémiante, c’est-à-dire qu’elle fait monter la glycémie.

L’action du glucagon est visible sur ce graphique qui montre la glycémie en fonction du temps. La courbe rouge montre que la glycémie augmente suite à l’injection de glucagon, alors que la courbe verte montre que la glycémie diminue suite à l’injection d’insuline.

• L’organisation des îlots de Langerhans montre que la plus grande partie des cellules, soit 80 % des cellules, sont au centre et sécrètent de l’insuline, ce sont les cellules $\beta$.
• Autour, 20 % des cellules sont sécrétrices de glucagon, ce sont les cellules $\alpha$.

Définition

Insuline :

L’insuline est une hormone peptidique produite et sécrétée par les cellules $\beta$ des îlots de Langerhans qui est hypoglycémiante.

Mais alors comment le pancréas réagit-il à une variation de glycémie ?

Le glucose est utilisé par nos cellules lors de la respiration cellulaire. Toutes nos cellules respirent, mêmes les cellules $\beta$ des îlots de Langerhans.

• La première étape de la respiration cellulaire est la glycolyse qui se déroule dans le cytoplasme de la cellule et qui permet l’oxydation du glucose en pyruvate.
• À partir de ce pyruvate, la respiration cellulaire qui a lieu dans les mitochondries libère de l’ATP.
• Dans le cas des cellules $\beta$ des îlots de Langerhans, l’ATP libéré dans le cytoplasme active la libération d’insuline dans le sang.

• Lorsque la glycémie est supérieure à 1 g/L, les cellules $\beta$ sont activées et sécrétent de l’insuline ce qui augmente le taux d’insuline dans le sang et fait diminuer la glycémie.

L’effet est contraire pour les cellules $\alpha$ car la hausse de la teneur en glucose dans le sang inhibe la sécrétion de glucagon.

• Par contre, lorsque la glycémie est inférieure à 1 g/L, cela active les cellules $\alpha$ qui sécrètent du glucagon, ce qui entraine une augmentation du taux de glucagon et une augmentation de la glycémie.

L’action des hormones pancréatiques sur les cellules cible

Le foie stocke 55 % du glucose stocké dans l’organisme. Le foie est le plus volumineux organe des viscères et il a la particularité d’avoir une double vascularisation.

80 % du débit sanguin qui arrive au foie arrive via la veine porte hépatique qui a déjà irrigué l’intestin grêle. Les 20 % restants proviennent de l’aorte. À la sortie du foie c’est la veine sus-hépatique qui va rejoindre la veine cave inférieure. L’intestin est lui irrigué par l’artère mésentérique.

Les scientifiques ont mesuré la glycémie dans le sang aux entrées et sorties de l’intestin et du foie en période de jeûne et après un repas.

Les analyses sont faites dans l’artère mésentérique pour l’entrée de l’intestin grêle, dans la veine porte hépatique pour la sortie de l’intestin et l’entrée du foie et dans la veine sus-hépatique pour la sortie du foie.

En période de jeûne

• À l’entrée du foie, là encore pas de surprise, le taux est le même qu’à la sortie de l’intestin car l’analyse est faite dans les deux cas dans la veine porte hépatique.
• À la sortie du foie, on enregistre une glycémie de 1.1 g/L alors qu’il n’y a eu que 0.8 g/L qui est entré dans le foie. Ces données montrent qu’il y a une structure dans le foie qui peut libérer du glucose qui a été préalablement stocké dans l’organe.
• Le taux de sucre dans le sang à l’entrée et à la sortie de l’intestin est constant à 0.8 g/L ce qui est normal car il n’y a pas eu d’apport de sucre dans l’alimentation.

Après un repas

• Le taux de sucre à l’entrée de l’intestin est de 1.1 g/L ce qui est plus faible que le taux de sortie qui lui est de 2.5 g/L. Cela s’explique par la prise de sucre au cours du repas qui est assimilé dans l’intestin où il passe dans le sang.
• La glycémie à l’entrée du foie est naturellement de 2.5 g/L mais elle tombe à 1.3 g/L à la sortie du foie. Ces résultats montrent que le foie a stocké une partie du sucre qu’il a reçu.

À retenir

Les hépatocytes, qui sont les cellules du foie, sont capables de stocker du glucose sous forme de glycogène : c’est la glycogénogénèse.

Inversement, elles sont capables de libérer du glucose stocké sous forme de glycogène : c’est la glycogénolyse.

La glycogénèse et la glycogénolyse sont toutes les deux contrôlées par les hormones pancréatiques.

Lorsque le glucose arrive dans les hépatocytes, il est transformé en glucose 6-phosphate par l’action d’une enzyme appelée glucokinase.

Le glucose 6-phosphate est par la suite transformé en glycogène par une enzyme, la glycogène synthétase. L’activité de la glycogène synthétase est activée par l’insuline qui est repérée par l’hépatocyte grâce à un récepteur à insuline.

D’un autre côté, elle est inhibée par le glucagon qui lui aussi est repéré par la cellule grâce à un récepteur spécifique.

Inversement, l’insuline inhibe et le glucagon active la glycogène phosphorylase qui est l’enzyme qui transforme le glycogène en glucose 6-phosphate. C’est ensuite l’enzyme glucose-6-phosphatase qui transforme le glucose 6-phosphate en glucose qui passe alors dans le sang.

• Les cellules du foie sont des cellules cibles de l’insuline et du glucagon.

Les muscles et le tissu adipeux peuvent eux aussi stocker du glucose.

• Les cellules musculaires peuvent uniquement réaliser la glycogénogénèse car elles n’ont pas les enzymes nécessaires à la glycogénolyse. Ces cellules stockent le glucose mais ne peuvent pas en libérer dans la circulation sanguine.
• Les cellules adipeuses, quant à elles, vont stocker le glucose sous forme de triglycérides qui peuvent être hydrolysés et transformés en sucre par le foie. Ce sont des processus plus longs et plus complexes.

L’homéostat glycémique, un système de régulation

La glycémie normale d’une personne à jeun est comprise entre 0.7 et 1.1 g/L. Cette norme fait partie d’un ensemble de paramètres de notre milieu intérieur qui sont précisément contrôlés, c'est l'homéostasie.

Définition

Homéostasie :

L’homéostasie est la capacité de l’organisme à maintenir son équilibre intérieur.

Dans ce qui nous intéresse ici, il s’agit de l’homéostat glycémique.

Définition

Homéostat glycémique :

L’homéostat glycémique correspond au système physiologique de régulation de la glycémie.

Comme dans tout système de régulation, il y a :

• des capteurs qui sont ici les cellules $\alpha$ et $\beta$ pancréatiques. Ce sont ces cellules qui vont détecter les écarts de glycémie en dehors de la norme ;
• les messagers sont l’insuline et le glucagon qui ont tous deux un message antagoniste, ce sont les hormones de commande ;
• et des effecteurs qui sont les cellules cibles des hormones pancréatiques. Les effecteurs sont ici les cellules hépatiques qui vont stocker ou déstocker le glucose afin de réguler la glycémie.