La régulation de la glycémie et le diabète

Cours complet · SVT (terminale), chapitre 13 · terminale, spécialité sciences de la vie et de la Terre

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Le glucose est le carburant énergétique privilégié de l'ensemble des cellules de l'organisme et l'unique nutriment utilisable par les neurones dans les conditions normales. La concentration de glucose dans le plasma sanguin, appelée glycémie, doit donc être maintenue à une valeur relativement constante, malgré l'irrégularité des apports alimentaires et l'irrégularité des dépenses (repos, effort physique, jeûne). Ce maintien de la glycémie autour d'une valeur de référence constitue un exemple remarquable d'homéostasie, assurée par un système de régulation hormonale dont le pancréas et le foie sont les acteurs majeurs.

Lorsque ce système est défaillant, la glycémie n'est plus correctement régulée : c'est le diabète, maladie chronique en forte progression dans le monde. Ce chapitre présente d'abord les mécanismes physiologiques de la régulation glycémique, puis l'analyse des principales formes de diabète, de leurs causes et de leur prise en charge.

13.1 La glycémie et sa valeur de consigne

13.1.1 Une grandeur physiologique réglée

Le sang transporte en permanence du glucose vers tous les organes. Sa concentration peut être mesurée par une simple prise de sang. Les variations de cette concentration restent étroitement encadrées chez un individu sain, ce qui traduit l'existence d'un système de contrôle efficace.

Définition 13.1Glycémie et valeur de consigne

La glycémie est la concentration de glucose dans le plasma sanguin. Chez un individu sain à jeun, elle est voisine de $1 g \cdot L^{- 1}$ (intervalle normal compris entre $0, 7$ et $1, 1 g \cdot L^{- 1}$ ).

La valeur de consigne est la valeur de référence ( $\approx 1 g \cdot L^{- 1}$ ) autour de laquelle l'organisme maintient la glycémie. Tout écart par rapport à cette valeur déclenche une réponse correctrice.

On distingue deux situations d'écart par rapport à la consigne :

l'hyperglycémie : glycémie supérieure à la valeur normale (par exemple après un repas riche en glucides) ;
l'hypoglycémie : glycémie inférieure à la valeur normale (par exemple au cours d'un jeûne prolongé ou d'un effort physique intense).

Proposition 13.2Stabilité dynamique de la glycémie

Malgré des entrées de glucose discontinues (repas) et des sorties variables (consommation cellulaire), la glycémie oscille faiblement autour de $1 g \cdot L^{- 1}$ . Cette stabilité n'est pas passive : elle résulte d'une régulation permanente faisant intervenir des organes de stockage et de déstockage du glucose, commandés par des hormones.

13.1.2 Les réserves de glucose de l'organisme

Le glucose excédentaire est mis en réserve, principalement dans le foie et les muscles, sous forme d'un polymère de glucose : le glycogène. Le tissu adipeux stocke quant à lui l'énergie sous forme de lipides. Lors d'un besoin, ces réserves peuvent être mobilisées pour restituer du glucose au sang.

Définition 13.3Glycogénogenèse et glycogénolyse

La glycogénogenèse est la synthèse de glycogène à partir du glucose sanguin : elle consomme du glucose et fait baisser la glycémie.

La glycogénolyse est l'hydrolyse du glycogène en glucose, libéré dans le sang : elle augmente la glycémie. À ces processus s'ajoute la néoglucogenèse, synthèse de glucose à partir de molécules non glucidiques (acides aminés, glycérol).

13.2 Le système de régulation hormonale

13.2.1 Le pancréas, un organe à double fonction

Le pancréas est une glande mixte. Sa fonction exocrine (suc pancréatique déversé dans l'intestin) participe à la digestion. Sa fonction endocrine concerne la régulation de la glycémie : elle est assurée par de petits amas cellulaires dispersés dans le tissu pancréatique, les îlots de Langerhans.

Définition 13.4Îlots de Langerhans

Les îlots de Langerhans sont les structures endocrines du pancréas. Ils contiennent notamment :

les cellules $β$ (les plus nombreuses), qui sécrètent l'insuline ;
les cellules $α$ , qui sécrètent le glucagon.

Ces hormones sont libérées dans le sang (sécrétion endocrine) et transportées vers leurs organes cibles.

13.2.2 Le pancréas est à la fois capteur et émetteur

Les cellules des îlots de Langerhans sont elles-mêmes sensibles à la glycémie : elles jouent le rôle de capteurs. Selon la valeur de la glycémie, elles ajustent la sécrétion d'insuline ou de glucagon. Le pancréas est donc à la fois le détecteur de l'écart et l'organe qui déclenche la réponse hormonale.

Proposition 13.5Sécrétions pancréatiques antagonistes

Les sécrétions d'insuline et de glucagon varient en sens inverse selon la glycémie :

lorsque la glycémie augmente, la sécrétion d'insuline augmente et celle de glucagon diminue ;
lorsque la glycémie diminue, la sécrétion de glucagon augmente et celle d'insuline diminue.

Insuline et glucagon constituent un couple d'hormones antagonistes.

13.2.3 L'insuline, hormone hypoglycémiante

Définition 13.6Insuline

L'insuline est une hormone protéique sécrétée par les cellules $β$ des îlots de Langerhans. C'est la seule hormone hypoglycémiante de l'organisme : elle fait baisser la glycémie.

L'insuline agit sur plusieurs organes cibles dont elle modifie l'activité :

elle stimule l'entrée du glucose dans les cellules (muscles, tissu adipeux), augmentant sa consommation ;
elle stimule la glycogénogenèse dans le foie et les muscles (stockage) ;
elle favorise le stockage des lipides et freine la production de glucose par le foie.

Le résultat global est un prélèvement de glucose dans le sang, donc une baisse de la glycémie.

13.2.4 Le glucagon, hormone hyperglycémiante

Définition 13.7Glucagon

Le glucagon est une hormone sécrétée par les cellules $α$ des îlots de Langerhans. C'est une hormone hyperglycémiante : elle fait augmenter la glycémie.

Le glucagon agit essentiellement sur le foie : il stimule la glycogénolyse et la néoglucogenèse, ce qui libère du glucose dans le sang et relève la glycémie. D'autres hormones hyperglycémiantes existent (adrénaline, cortisol), mais le glucagon est le principal partenaire de l'insuline dans la régulation de la glycémie.

13.2.5 Le foie, organe effecteur central

Exemple 13.8Le foie, organe de stockage et de libération

Le foie est l'organe clé de la régulation. Soumis à l'action des hormones pancréatiques, il se comporte comme un réservoir tampon :

sous l'effet de l'insuline, il stocke le glucose excédentaire en glycogène (glycogénogenèse) ;
sous l'effet du glucagon, il libère du glucose par glycogénolyse et néoglucogenèse.

Le foie peut ainsi prélever ou restituer du glucose selon les besoins, et amortir les variations de la glycémie.

13.2.6 Cellules cibles et récepteurs hormonaux

Une hormone n'agit que sur les cellules qui portent le récepteur correspondant : ce sont les cellules cibles. Cette reconnaissance spécifique explique la précision de l'action hormonale.

Définition 13.9Cellule cible et récepteur

Une cellule cible d'une hormone est une cellule possédant des récepteurs spécifiques capables de fixer cette hormone. La fixation de l'hormone sur son récepteur déclenche une réponse cellulaire (entrée de glucose, mise en réserve, libération de glucose…). Une cellule dépourvue de récepteur ne répond pas à l'hormone.

Proposition 13.10Spécificité de la communication hormonale

La communication hormonale repose sur la complémentarité de forme entre l'hormone (le message) et son récepteur. Ainsi :

les cellules du foie, des muscles et du tissu adipeux portent des récepteurs à l'insuline ;
les cellules du foie portent des récepteurs au glucagon.

Le nombre et la fonctionnalité de ces récepteurs conditionnent l'efficacité de la réponse hormonale ; leur altération est au cœur de certaines maladies (diabète de type 2).

13.3 La boucle de régulation de la glycémie

13.3.1 Les éléments d'un système réglé

La régulation de la glycémie peut être décrite comme un système autorégulé organisé en boucle. On y retrouve les éléments classiques d'un système de régulation biologique.

Définition 13.11Boucle de régulation

Une boucle de régulation associe :

un capteur, qui mesure la grandeur réglée et détecte l'écart avec la valeur de consigne ;
un centre intégrateur / émetteur, qui élabore un message correcteur ;
des effecteurs, qui exécutent la correction ;
une rétroaction (feed-back) négative, par laquelle la correction ramène la grandeur vers la consigne et stoppe la réponse.

Dans le cas de la glycémie, ces rôles sont assurés par :

capteur : les cellules $α$ et $β$ des îlots de Langerhans, sensibles à la glycémie ;
émetteur du message : ces mêmes cellules, qui libèrent insuline ou glucagon ;
effecteurs : foie, muscles, tissu adipeux (organes cibles) ;
paramètre réglé : la glycémie.

13.3.2 Fonctionnement de la boucle

Méthode : Décrire une boucle de régulation de la glycémie

Pour expliquer une correction de la glycémie, procéder étape par étape :

Identifier l'écart : la glycémie est-elle au-dessus ou en dessous de $1 g \cdot L^{- 1}$ ?
Indiquer la détection par les îlots de Langerhans (capteur).
Préciser l'hormone sécrétée (insuline si hyperglycémie, glucagon si hypoglycémie).
Décrire l'action sur les effecteurs (foie, muscles, tissu adipeux) et les processus mis en jeu (glycogénogenèse ou glycogénolyse).
Conclure sur le retour à la consigne et l'arrêt de la stimulation (rétroaction négative).

Exemple 13.12Correction d'une hyperglycémie après un repas

Après un repas riche en glucides, la glycémie s'élève (par exemple jusqu'à $1, 5 g \cdot L^{- 1}$ ). Les cellules $β$ détectent cette hausse et augmentent la sécrétion d'insuline. L'insuline stimule l'entrée et la consommation du glucose par les cellules ainsi que sa mise en réserve dans le foie (glycogénogenèse). La glycémie redescend vers $1 g \cdot L^{- 1}$ ; la sécrétion d'insuline diminue alors : c'est la rétroaction négative.

Exemple 13.13Correction d'une hypoglycémie au cours d'un jeûne

Lors d'un jeûne prolongé, la glycémie tend à baisser. Les cellules $α$ détectent cette baisse et augmentent la sécrétion de glucagon. Le glucagon stimule la glycogénolyse et la néoglucogenèse hépatiques, qui libèrent du glucose dans le sang. La glycémie remonte vers $1 g \cdot L^{- 1}$ , ce qui ramène la sécrétion de glucagon à sa valeur de base.

13.4 Le diabète : une régulation défaillante

Le diabète est défini par une hyperglycémie chronique. On le diagnostique lorsque la glycémie à jeun dépasse durablement le seuil de $1, 26 g \cdot L^{- 1}$ (confirmé par deux mesures). On distingue deux grandes formes, de causes très différentes.

Définition 13.14Diabète

Le diabète sucré est une maladie chronique caractérisée par une hyperglycémie permanente (glycémie à jeun $\geq 1, 26 g \cdot L^{- 1}$ ), traduisant un défaut de la régulation de la glycémie. Cet excès de glucose, à long terme, endommage les vaisseaux sanguins et de nombreux organes (yeux, reins, nerfs, cœur).

13.4.1 Le diabète de type 1 (DT1)

Définition 13.15Diabète de type 1

Le diabète de type 1 est une maladie auto-immune : le système immunitaire détruit les cellules $β$ des îlots de Langerhans. Il en résulte une carence en insuline (absence ou quasi-absence de production). L'hyperglycémie devient permanente car l'unique hormone hypoglycémiante fait défaut.

Le diabète de type 1 apparaît souvent dès l'enfance ou chez le jeune adulte. Il représente une minorité des cas (environ 10 %). Comme l'insuline n'est plus produite, le traitement repose sur des injections quotidiennes d'insuline (insulinothérapie), associées à une surveillance régulière de la glycémie.

13.4.2 Le diabète de type 2 (DT2)

Définition 13.16Diabète de type 2

Le diabète de type 2 se caractérise par une insulinorésistance : les cellules cibles répondent mal à l'insuline (récepteurs moins nombreux ou moins efficaces), bien que celle-ci soit d'abord produite normalement. Le pancréas compense en sécrétant davantage d'insuline, puis, à terme, les cellules $β$ s'épuisent et la sécrétion diminue. L'hyperglycémie s'installe.

Proposition 13.17Comparaison des deux types de diabète

Type 1 : origine auto-immune ; destruction des cellules $β$ ; insuline absente ; apparition précoce ; traitement par insuline.
Type 2 : insulinorésistance ; insuline présente mais inefficace (puis insuffisante) ; apparition plus tardive ; fortement lié au mode de vie ; traitement d'abord hygiéno-diététique puis médicamenteux.

Dans les deux cas, le résultat est une hyperglycémie chronique, mais les mécanismes diffèrent.

13.4.3 Facteurs de risque, diagnostic et prise en charge

Exemple 13.18Facteurs de risque du diabète de type 2

Le diabète de type 2, le plus fréquent (environ 90 % des cas), résulte de l'interaction entre une prédisposition génétique et des facteurs environnementaux et comportementaux :

surpoids et obésité (notamment abdominale) ;
sédentarité, manque d'activité physique ;
alimentation déséquilibrée, riche en sucres et en graisses ;
âge, antécédents familiaux.

Ces facteurs de risque, en partie modifiables, expliquent l'importance de la prévention.

Méthode : Diagnostiquer un diabète

Le diagnostic repose sur la mesure de la glycémie :

glycémie à jeun : un diabète est posé si elle est $\geq 1, 26 g \cdot L^{- 1}$ à deux reprises ;
hyperglycémie provoquée par voie orale (HGPO) : ingestion de $75 g$ de glucose, puis suivi de la glycémie ; chez un sujet sain elle revient vers $1 g \cdot L^{- 1}$ en environ 2 h, chez un diabétique elle reste élevée ;
hémoglobine glyquée (HbA1c) : reflète la glycémie moyenne des 2 à 3 derniers mois.

La prise en charge dépend du type :

type 1 : insulinothérapie à vie, adaptée aux repas et à l'activité, avec autosurveillance glycémique ;
type 2 : en première intention, mesures hygiéno-diététiques (alimentation équilibrée, activité physique, perte de poids), puis médicaments réduisant la glycémie, et insuline si nécessaire.

Dans tous les cas, l'objectif est de ramener la glycémie le plus près possible de la valeur de consigne afin de prévenir les complications à long terme.

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