Glucose et glycémie

I Le glucose, une molécule indispensable aux muscles

Les cellules musculaires se contractent régulièrement, même au repos : c’est le tonus musculaire. Elles ont donc en permanence besoin d’ATP afin de permettre aux têtes de myosine des myofibrilles de se fixer sur les filaments d’actine et de provoquer leur déplacement à l’origine du raccourcissement des sarcomères et donc de la contraction musculaire.

La cellule possède différentes voies métaboliques permettant de produire de l’ATP : la voie anaérobie alactique, la voie anaérobie lactique et la voie aérobie. Les deux dernières voies sont consommatrices de glucose. Les cellules doivent donc se réapprovisionner régulièrement en ce sucre ou bien établir un stock permettant de subvenir à leur besoin en glucose. 

Document 1 : Les principales voies de production d’ATP par la cellule musculaire

Lors d’un effort physique, la dépense énergétique de l’organisme augmente. On observe alors une augmentation de la consommation en dioxygène et en glucose sanguin comme le montre le document 2.  

Document 2 : Consommation de glucose et de dioxygène par l’organisme lors d’un effort physique

Cette consommation varie selon la puissance de l’effort réalisé. Plus l’effort est intense plus les quantités de glucose et de dioxygène consommées par l’organisme augmentent.

Document 3 : Consommations de glucose et de dioxygène par l’organisme selon l’intensité des efforts physiques

Ainsi dans les cellules musculaires, pour produire l’ATP nécessaire, les voies métaboliques se mettent en route et notamment la voie aérobie. On observe alors une augmentation de la consommation de dioxygène et de glucose sanguins au niveau des muscles ainsi qu’une augmentation des rejets en dioxyde de carbone. L’augmentation de ces échanges traduit le métabolisme aérobie.

Document 4 : Consommation de glucose et de dioxygène par le muscle au repos et à l’effort

II La glycémie, un paramètre à surveiller

On appelle glycémie, le taux de glucose sanguin exprimé en grammes par litre. La glycémie varie au cours de la journée : elle oscille entre 0,8 et 1,3 g.L^-1. Elle augmente après un repas puis diminue progressivement quelques heures après. Elle diminue également plus fortement à la suite d’un effort. Les apports alimentaires discontinus, les variations de l’activité physique et le jeûne nocturne entraînent donc des variations importantes de la glycémie qui s’accompagnent toujours d’un retour à la valeur physiologique initiale de 1 g.L^-1, ou Valeur Consigne. 

Document 5 : Glycémie mesurée au niveau de l’artère brachiale tout au long de la journée

On peut donc supposer qu’il existe un mécanisme régulateur de la glycémie indispensable au bon fonctionnement de l’organisme. 

Cette régulation de la glycémie peut être facilement mise en évidence par un test d’hyperglycémie provoquée orale ou HGPO.  Ce test consiste à mesurer les variations de la glycémie après avoir ingéré 75g de glucose à jeun. 

Document 6 : Glycémie mesurée au niveau de l’artère brachiale après ingestion de 75g de glucose à jeun.

Le corps possède en moyenne 6 litres de sang constitué de plasma et de cellules. Le plasma représente 55% du volume total soit 3.3 litres. L’ingestion de 75 g de glucose pour ce volume de plasma devrait faire augmenter la glycémie d’environ 75 / 3 = 25 g.L^-1. Au lieu d’augmenter de 25 g.L^-1 et donc d’atteindre une valeur de 26 g.L^-1, la glycémie ne dépasse pas 1,2 g.L^-1. Il existe donc bien un mécanisme de régulation de la glycémie et notamment un organe capable de stocker rapidement le glucose ingéré. Cet organe doit forcément se trouver à proximité de l’appareil digestif et notamment des intestins. 

La muqueuse intestinale de l’intestin grêle est directement en contact avec des aliments en cours de digestion. Elle constitue une grande surface d’échanges permettant l’absorption par le sang, des nutriments issus de la digestion. Ce rôle est facilement mis en évidence par l’analyse de la composition du sang à l’entrée et à la sortie de l’intestin grêle. Le sang arrive au niveau de celui-ci par l’artère intestinale et en ressort par la veine porte. La veine porte est une veine de gros calibre qui récupère le sang veineux provenant de l’estomac ( en orange et en rose), des intestins (violet et bleu), du pancréas et de la rate (orange),  et qui le conduit vers le foie.

Document 7 : Système veineux abdominal

2138_Hepatic_Portal_Vein_System, par Collège OpenStax via Wikimédia Commons,  CC-BY-3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:2138_Hepatic_Portal_Vein_System.jpg

L’analyse de la glycémie montre qu’après un repas, la glycémie mesurée dans le sang de la veine porte est 2 fois et demie plus importante que dans le sang artériel intestinal. L’intestin grêle réalise donc l’absorption du glucose et le transfère dans le sang sans qu’il n’y ait régulation de la glycémie. 

Document 8: Glycémie mesurée au niveau de l’artère intestinale et de la veine porte à jeun et après un repas.

Le système de régulation doit donc se trouver sur le trajet de la veine porte et à courte distance de l’intestin grêle afin de rapidement diminuer la glycémie en cas d’hyperglycémie après un repas ou de l’augmenter en cas d’hypoglycémie en cas de jeûne. La veine porte arrivant au niveau du foie, on peut donc supposer que ce dernier participe à la régulation la glycémie.

Vidéo en bas de page ^^

III Les réserves de glucose de l’organisme

1) Organes sources et organes puits

Un organe puits est un organe qui stocke une substance et un organe source est un organe qui produit une substance et/ou la libère.

Le glucose, provenant de la digestion des aliments, pénètre dans le sang au niveau de la muqueuse intestinale : l’intestin est donc un organe source de glucose en période postprandiale (période faisant suite repas).       

L’ensemble du sang provenant de la muqueuse intestinale est remonté vers le foie par la veine porte hépatique. Celle-ci se divise en un vaste réseau de capillaires formant le système porte hépatique. Ces capillaires perfusent l’ensemble du foie et se rejoignent à la sortie pour former la veine hépatique. 

Document 9 : Radiographie du système porte hépatique

Portal_vein_post_TX, par Yuskovitz sur Wikipedia anglais, Transféré de en.wikipedia à Commons, travail auto-publié, via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-3.0,2.5,2.0,1.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Portal_vein_post_TX.JPG

Des analyses de sang à l’entrée et à la sortie du foie, à jeun et après un repas, révèlent le double rôle de cet organe.

Document 10 : Glycémie mesurée au niveau de la veine porte et de la veine hépatique à jeun et après un repas.

Après un repas, la glycémie mesurée dans la veine porte est très élevée traduisant l’apport en glucose absorbé par l’intestin. À la sortie du foie, dans la veine hépatique, la glycémie est revenue à sa valeur consigne : 1,1 g par litre. On peut donc dire que le foie est un organe puits car il stocke le glucose sanguin. Cependant, on remarque qu’à jeun, le sang de la veine hépatique présente une glycémie supérieure à celle du sang de la veine porte : le foie n’est pas alimenté en glucose intestinal et pourtant le sang qui en sort en est enrichi. On peut donc dire que le foie est un organe source en période préprandiale (période précédant le repas). 

Une expérience permet de mettre en évidence le rôle d’organe source du foie : c’est l’expérience du foie lavé. Elle fut réalisée en premier en 1889 par Claude Bernard, médecin français considéré comme le fondateur de la physiologie humaine.

Document 11 : Claude Bernard donnant une leçon  

Claude_Bernard_lesson_1889, par Léon Augustin Lhermitte (1844-1925), source
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Lab/4685/Images/arte.htm, domaine publique, via Wikimédia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Claude_Bernard_lesson_1889.jpg

Document 12 : Expérience de Claude Bernard

À l’époque, il choisit un chien adulte et le sacrifia sept heures après un repas copieux. Il soumit le foie à un lavage continu par la veine porte pendant 40 minutes et constata dès le début du lavage que l’eau qui jaillissait par les veines hépatiques était sucrée.  À la fin du lavage, il ne détecta plus aucune trace de sucre. Il laissa le foie à température ambiante dans un vase et 24 heures après constata, au début du deuxième lavage, que l’eau qui en sortait était sucrée. Il comprit que le foie disposait d’une réserve de sucre. 

Il est possible de réaliser cette expérience à la maison. Il suffit de disposer d’un morceau de foie acheté en boucherie, d’une planche à découper et d’un couteau, d’une passoire, de 2 contenants, d’eau (si possible distillée du commerce) et de bandelettes-test détectant le glucose et achetées en pharmacie sans ordonnance. Le protocole est simple. Il suffit de découper le foie en petits morceaux d’environ 1cm, de les placer dans une passoire puis de les passer sous un filet d’eau continu du robinet afin de les rincer et d’éliminer le sang présent et donc le glucose que celui-ci contient. Après les avoir rincés pendant cinq minutes, il convient d’immerger les morceaux dans un contenant propre puis de réaliser rapidement un test de recherche de glucose. Celui-ci apparaît négatif. On laisse le tout au repos pendant 20 minutes puis on réalise à nouveau une bandelette-test. On constate que le test est positif alors qu’il était négatif 20 minutes avant : du glucose a été libéré dans le milieu. Le foie possède donc une réserve de glucose lui permettant d’en libérer en cas de besoin. Ainsi le foie est un organe qui alterne des fonctions de stockage et de déstockage du glucose afin de maintenir constant le taux de glucose sanguin, et ce, malgré l’irrégularité des apports (repas) et de la consommation (sport). Le foie est donc un organe à la fois puits et source.

La même manipulation peut être réalisée avec des morceaux de muscle. On constate que le muscle lavé ne libère pas de sucre à t = 20 min : il est donc capable de stocker le glucose mais il ne le libère pas. Le muscle est donc une réserve « égoïste » : il utilise pour lui-même le glucose stocké. Le muscle est donc uniquement un organe puits.

Document 13 : Résultats des bandelettes tests au début et à la fin de l’expérience du foie et du muscle lavés.

2) Le glycogène, une forme de mise en réserve

Document 14 : Molécule de glycogène

702px-Glycogen.svg par GKFX ^talk 12h08, le 5 Septembre 2017 ( l ' UTC) via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glycogen.svg

Le glycogène est un glucide complexe, polymère du glucose. C’est une chaîne de molécules de glucose liées en α (1-4) et branchées en α (1-6) tous les huit ou douze résidus. Il est utilisé par les animaux (et les champignons) pour stocker de l'énergie chimique et permet de libérer rapidement du glucose (principalement dans le foie et dans les cellules musculaires) au même titre que l'amidon chez les végétaux.

L’acide périodique de Schiff est un réactif caractéristique de cette macromolécule cellulaire qu’est le glycogène et qu’il colore en rose. Ce réactif a été mis en contact avec des coupes de foie et de muscle à des moments différents.

Document 15 : Coupes de foie colorées au réactif de Schiff montrant des cytoplasmes violacés traduisant la présence de glycogène : à gauche avant repas, à droite après repas, 

1200px-Ballooning_degeneration_high_mag_cropped_annotated, par Néphron via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-3.0, modifié par Sandra Rivière, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ballooning_degeneration_high_mag_cropped_annotated.jpg

A droite : ©RS.2021

Une coupe de foie colorée montre la forte teneur en glycogène de celui-ci après un repas. En effet, en cas d’augmentation de la glycémie (hyperglycémie),  le foie polymérise le glucose en glycogène grâce à une enzyme, la glycogène synthase : c’est la glycogénogenèse. Le glucose est prélevé dans le sang et la glycémie diminue. 

En cas de baisse de la glycémie (hypoglycémie), l’hydrolyse du glycogène par la glycogène phosphorylase, conduit à une production de glucose : c’est la glycogénolyse. Le glucose est alors libéré dans le sang et donc mis à la disposition de tous les organes.

Document 16 : Équilibre glucose-glycogène

Une coupe de muscle avant et après effort montre une moindre présence de glycogène après l’effort. Ainsi le muscle consomme ses réserves en glycogène pour produire du glucose par glycogénolyse. Une fois l’effort fini, au prochain repas, le muscle reconstitue ses réserves par glycogénogenèse. 

Document 17 : Coupes de muscle colorées au réactif de Schiff montrant des cytoplasmes violacés traduisant la présence de glycogène : à gauche avant effort, à droite après effort

Grossissement x100

Grossissement x 400

©RS.2021

Glucose et glycémie - SVT - SANTÉ Term spé #11 - Mathrix