Glycémie, insuline et diabètes
Lucas dispute un match de handball, puis mange un gros plat de pâtes. Dans les deux cas, la quantité de glucose dans son sang reste pourtant presque la même. Comment l'organisme y parvient-il, et que se passe-t-il quand ce système tombe en panne ?
La glycémie et sa régulation
La glycémie est la concentration de glucose dans le sang. Chez l'adulte en bonne santé, à jeun, elle vaut environ $1\,\text{g}\!\cdot\!\text{L}^{-1}$ (entre $0{,}7$ et $1{,}1\,\text{g}\!\cdot\!\text{L}^{-1}$).
Le glucose est le carburant principal des cellules, en particulier du cerveau et des muscles. Il faut donc que sa concentration reste dans un intervalle étroit : trop bas, les organes manquent d'énergie ; trop haut, les vaisseaux et les organes sont abîmés à long terme.
Après un repas, la glycémie monte (glucose venant de la digestion). Pendant un effort ou un jeûne, elle tend à baisser (les cellules consomment le glucose). Pourtant elle revient toujours vers $1\,\text{g}\!\cdot\!\text{L}^{-1}$ : c'est une grandeur réglée.
Donner la valeur normale de la glycémie à jeun chez l'adulte (en g·L⁻¹) et indiquer les valeurs à partir desquelles on diagnostique un diabète (≥ 1,26 g·L⁻¹ à jeun à…
Donner la valeur normale de la glycémie à jeun chez l'adulte (en g·L⁻¹) et indiquer les valeurs à partir desquelles on diagnostique un diabète (≥ 1,26 g·L⁻¹ à jeun à deux reprises).
Insuline, glucagon et rétrocontrôle négatif
Le pancréas contient des amas de cellules endocrines, les îlots de Langerhans. Deux types de cellules y sécrètent des hormones, libérées dans le sang :
| Hormone | Cellules productrices | Déclencheur | Effet sur la glycémie | Organes cibles |
|---|---|---|---|---|
| Insuline | cellules β | glycémie qui monte | diminue | foie, muscles, tissu adipeux |
| Glucagon | cellules α | glycémie qui baisse | augmente | foie |
L'insuline est la seule hormone hypoglycémiante. Elle favorise l'entrée du glucose dans les cellules (muscles, tissu adipeux) et son stockage : dans le foie et les muscles, le glucose est mis en réserve sous forme de glycogène ; l'excès est transformé en lipides.
Le glucagon agit surtout sur le foie : il déclenche la dégradation du glycogène en glucose, libéré dans le sang.
Ce fonctionnement est un rétrocontrôle négatif : l'écart par rapport à la valeur de consigne est détecté (par les cellules du pancréas), ce qui déclenche une réponse qui corrige cet écart et le fait disparaître.
Nommer les deux hormones pancréatiques qui régulent la glycémie, les cellules qui les produisent, leur effet sur la glycémie et leurs organes cibles.
Nommer les deux hormones pancréatiques qui régulent la glycémie, les cellules qui les produisent, leur effet sur la glycémie et leurs organes cibles.
Après un repas, la glycémie d'une personne passe de 0,9 à 1,4 g·L⁻¹ en 30 minutes, puis revient à 0,9 g·L⁻¹ en 2 heures. a) Calculer la variation de glycémie dans les 30…
Après un repas, la glycémie d'une personne passe de 0,9 à 1,4 g·L⁻¹ en 30 minutes, puis revient à 0,9 g·L⁻¹ en 2 heures.
- a) Calculer la variation de glycémie dans les 30 premières minutes et sa vitesse moyenne en g·L⁻¹·min⁻¹.
- b) Expliquer la sécrétion hormonale responsable du retour à la valeur initiale.
- c) Indiquer le devenir du glucose capté par le foie et par les muscles.
Les diabètes de type 1 et de type 2
Un diabète est un dérèglement durable de la régulation : la glycémie reste trop élevée (hyperglycémie chronique). Le glucose retient de l'eau : on urine beaucoup et on a très soif.
| Diabète de type 1 | Diabète de type 2 | |
|---|---|---|
| Cause | destruction auto-immune des cellules β : plus d'insuline | insulinorésistance des cellules cibles, puis épuisement des cellules β |
| Insulinémie | très basse | d'abord élevée, puis insuffisante |
| Âge d'apparition | souvent enfance, adolescence | souvent après 40 ans (de plus en plus tôt) |
| Terrain | début rapide | début lent, souvent silencieux |
| Facteurs de risque | prédispositions génétiques | surpoids, sédentarité, alimentation trop riche, hérédité |
| Traitement | injections d'insuline à vie | alimentation et activité physique, médicaments, parfois insuline |
Type 1. Les lymphocytes détruisent les cellules β : l'insuline manque, le glucose ne peut plus entrer dans les cellules et s'accumule dans le sang.
Type 2. Les cellules cibles répondent mal à l'insuline : on parle d'insulinorésistance. Dans les cellules musculaires, l'insuline provoque normalement l'apparition à la membrane du transporteur GLUT4, qui fait entrer le glucose. Mécanisme : l'insuline se fixe sur son récepteur membranaire, ce qui déclenche la fusion avec la membrane de vésicules contenant des transporteurs GLUT4 ; ceux-ci s'insèrent alors dans la membrane et laissent entrer le glucose. Chez un patient résistant, ce recrutement est faible. La glycémie reste haute, ce qui stimule les cellules β : elles sécrètent toujours plus d'insuline. À long terme, elles s'épuisent et la sécrétion diminue.
Comparer le diabète de type 1 et le diabète de type 2 : cause, âge habituel d'apparition, traitement principal.
Comparer le diabète de type 1 et le diabète de type 2 : cause, âge habituel d'apparition, traitement principal.
Lors d'un test d'hyperglycémie provoquée, on mesure chez deux patients la glycémie (g·L⁻¹) à 0, 60 et 120 min. Patient A : 0,9 ; 1,6 ; 1,0. Patient B : 1,4 ; 2,6 ; 2,4.…
Lors d'un test d'hyperglycémie provoquée, on mesure chez deux patients la glycémie (g·L⁻¹) à 0, 60 et 120 min. Patient A : 0,9 ; 1,6 ; 1,0. Patient B : 1,4 ; 2,6 ; 2,4. L'insulinémie de B reste très basse.
- a) Interpréter chaque patient.
- b) Indiquer le type de diabète le plus probable pour B et justifier.
- c) Proposer un traitement adapté.
Chez une patiente, l'insulinémie est élevée mais la glycémie reste élevée. a) Proposer une hypothèse expliquant cette situation. b) Indiquer le type de diabète…
Chez une patiente, l'insulinémie est élevée mais la glycémie reste élevée.
- a) Proposer une hypothèse expliquant cette situation.
- b) Indiquer le type de diabète correspondant.
- c) Citer deux facteurs de risque liés au mode de vie et deux mesures de prévention.
Des cellules musculaires en culture sont exposées à l'insuline. Chez des cellules saines, le transporteur GLUT4 apparaît à la membrane et l'entrée de glucose est…
Des cellules musculaires en culture sont exposées à l'insuline. Chez des cellules saines, le transporteur GLUT4 apparaît à la membrane et l'entrée de glucose est multipliée par 8. Chez des cellules de patient diabétique de type 2, elle n'est multipliée que par 1,5.
- a) Interpréter ces résultats.
- b) Expliquer le mécanisme de recrutement de GLUT4 par l'insuline.
- c) Définir l'insulinorésistance et expliquer ses conséquences sur la sécrétion d'insuline à long terme.
- d) Expliquer le risque d'épuisement des cellules β.
Raisonner sur des expériences et traiter
Pour prouver le rôle d'un organe ou d'une cellule, on compare un animal modifié à un animal témoin, puis on tente de « réparer » le défaut. Le schéma de raisonnement est toujours le même :
-
Destruction des cellules β (toxique) → hyperglycémie et glycosurie : ces cellules sont nécessaires à la régulation.
-
Injection d'insuline → glycémie normalisée : c'est bien l'insuline qui manque.
-
Greffe de cellules β → glycémie normalisée sans injection : les cellules β suffisent à réguler, car elles ajustent leur sécrétion à la glycémie (rétrocontrôle).
Chez l'être humain atteint de diabète de type 1, la greffe se heurte à une limite : la maladie est auto-immune. Les cellules greffées risquent d'être détruites à leur tour, ce qui oblige à un traitement immunosuppresseur, et les donneurs sont rares.
Traitement par injections. L'insuline injectée apporte une dose décidée par le patient, alors que les cellules β ajustent la sécrétion en continu et en temps réel. Une dose trop forte provoque une hypoglycémie (glycémie trop basse) : sueurs, tremblements, malaise, voire perte de connaissance, car le cerveau manque de glucose. En urgence, on resucre le patient ou on injecte du glucagon, qui libère le glucose du foie.
Les pompes à insuline couplées à un capteur de glucose imitent mieux le pancréas : le capteur mesure la glycémie en continu et la pompe adapte les doses, ce qui réduit les hypoglycémies et les hyperglycémies.
Chez des souris, on détruit les cellules β du pancréas par un toxique. Leur glycémie monte à 4 g·L⁻¹ et elles présentent une glycosurie. Une injection d'insuline…
Chez des souris, on détruit les cellules β du pancréas par un toxique. Leur glycémie monte à 4 g·L⁻¹ et elles présentent une glycosurie. Une injection d'insuline normalise la glycémie. Chez un autre lot, on greffe des cellules β et la glycémie se normalise sans injection.
- a) Interpréter ces expériences et en déduire le rôle des cellules β.
- b) Expliquer l'origine de la glycosurie.
- c) Discuter la limite de la greffe chez l'être humain atteint de diabète de type 1 auto-immun.
- d) Expliquer comment ces cellules régulent la glycémie par rétroaction négative.
Un patient diabétique de type 1 s'injecte de l'insuline avant le repas, mais en quantité trop importante. Il présente sueurs, tremblements et malaise. a) Identifier le…
Un patient diabétique de type 1 s'injecte de l'insuline avant le repas, mais en quantité trop importante. Il présente sueurs, tremblements et malaise.
- a) Identifier le trouble et expliquer ses symptômes.
- b) Expliquer pourquoi le glucagon est utilisé en urgence.
- c) Comparer l'efficacité de la régulation naturelle et d'un traitement par injections.
- d) Argumenter l'intérêt des pompes à insuline couplées à un capteur de glucose.
Retour au début : pendant le match comme après les pâtes, Lucas garde une glycémie voisine de $1\,\text{g}\!\cdot\!\text{L}^{-1}$ grâce au rétrocontrôle négatif exercé par l'insuline et le glucagon.