Séquence 1. Glycémie et diabète. Sommaire

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1 Séquence 1 Glycémie et diabète Sommaire 1. Prérequis 2. La régulation de la glycémie 3. Le diabète 4. Synthè se 5. Glossaire 6. Exercices Exercices d apprentissage du chapitre 2 Exercices d apprentissage du chapitre 3 1

2 1 Prérequis Les exercices proposés dans les chapitres nommés Prérequis mobilisent du vocabulaire, des connaissances et des notions scientifiques étudiés en classe de seconde ou de première. Leur maîtrise est nécessaire à la compréhension de la séquence. Si, après correction des exercices, certains points demeurent mal compris et certains termes scientifiques imparfaitement maîtrisés, il est conseillé de se reporter aux séquences correspondantes des classes antérieures. Exercice 1 Exercice 2 Exercice 3 Exercice 4 Exercice 5 Préciser le rôle du glucose dans la cellule Réaliser un schéma d expérience Préciser le rôle de l eau iodée et de la liqueur de Fehling Préciser la notion de boucle nerveuse de régulation Tester ses connaissances à propos de la relation entre la mutation d un gène, la structure et la fonction d une protéine Exercice 1 Préciser le rôle du glucose dans la cellule Un chercheur prépare deux tubes contenant chacun une solution contenant de l eau et du glucose à 1g.L 1. Il met en culture 1 g de levures dans chaque tube. Il place un agitateur dans un des deux tubes pour bien oxygéner l eau, l autre tube n a pas d agitateur. Il mesure la production et la consommation de substances dans les deux tubes au bout de 120 minutes. Milieu oxygéné Milieu non oxygéné O 2 consommé 1,07 g 0,1 g CO 2 dégagé 1,47 g 0,44 g Glucose consommé 1 g 1 g Éthanol produit 0 g 0,46 g Il observe au cours de l expérience l évolution de la population de levures dans chacun des tubes. 3

3 Schéma de l observation microscopique des deux cultures Mettre en relation les conditions de culture, les mesures des différentes substances, les résultats de l observation microscopique et des comptages. Expliquer la différence observée en indiquant les phénomènes mis en évidence dans les deux cultures. Exercice 2 Réaliser un schéma d expérience Une expérience simple permet de montrer que des échanges de dioxyde de carbone s effectuent très facilement entre l air et l eau. On remplit à peu près au quart de son volume un erlenmeyer avec de l eau bouillie (l eau bouillie ne contient plus de gaz dissous). On place dans cette eau une sonde électronique qui nous permet de suivre au cours du temps l évolution de la concentration en dioxyde de carbone (CO 2 ) dans les conditions expérimentales suivantes : À t0 : on enrichit l air de l erlenmeyer en y expirant plusieurs fois puis on rebouche le récipient. À t1 : on suspend sous le bouchon un sac de gaze contenant des pastilles de potasse dont le rôle est d absorber le CO 2 de l air du récipient. Schématiser le montage à t0 et à t1. 4

4 Exercice 3 Préciser la notion de boucle nerveuse de régulation La pression artérielle est la pression du sang dans les artères, elle varie rythmiquement entre un maximal (pression systolique) et un minimal (pression diastolique). Une trop forte tension (hypertension) et une trop faible tension (hypotension) sont dangereuses pour l organisme. La régulation des variations de la pression artérielle est assurée par une boucle nerveuse réflexe. Tentons de nous souvenir de la boucle nerveuse de régulation de la pression artérielle vue en seconde. La pression artérielle dépend de différents paramètres dont la fréquence cardiaque. Le cœur est un organe qui possède des éléments qui déclenchent ses propres contractions : c est l automatisme cardiaque. Dans l organisme, la fréquence cardiaque n est pas constante, elle peut être modulée par voie nerveuse. Le cœur est relié par voies nerveuses au bulbe rachidien par deux nerfs : le nerf parasympathique et le nerf sympathique. (Voir schéma ci-dessous.) Bulbe rachidien Nerf sympathique Nerf parasympathique Cœur On active l un ou l autre des deux nerfs, les variations de la fréquence cardiaque et de la pression artérielle sont résumées dans le tableau du document 1. Document 1 Résultats des différentes expériences réalisées sur les nerfs sympathiques et parasympathiques Activité des nerfs Fréquence cardiaque Pression artérielle Nerf parasympathique Nerf sympathique Nerf parasympathique Nerf sympathique Augmentation Diminution 5

5 Après analyse des résultats, indiquer quel nerf est appelé «nerf cardioaccélérateur» et quel nerf est appelé «nerf modérateur» et dire comment varie la pression artérielle par rapport à la fréquence cardiaque. Les barorécepteurs sont sensibles à la pression artérielle, ils sont localisés au niveau de la crosse aortique et des sinus carotidiens. Ces barorécepteurs sont reliés au bulbe rachidien par les nerfs de Héring et de Cyon. (Voir document 2.) Document 2 Schéma du trajet des nerfs de Héring et de Cyon Sens de circulation du message nerveux En ligaturant au-dessus ou en dessous des sinus carotidiens, on augmente ou on diminue la pression au niveau des barorécepteurs. On réalise ces deux types d expériences et on mesure la fréquence cardiaque. (Voir document 3.) Document 3 Modification locale de la pression sanguine dans les sinus carotidiens pour chaque niveau de ligature 6

6 Fréquence cardiaque Modification de la fréquence cardiaque de l animal dans chaque cas Fréquence cardiaque A : pose de la ligature B : suppression de la ligature A B Temps A B Temps Après analyse des résultats, indiquer l effet d une augmentation de pression au niveau du sinus carotidien sur la fréquence cardiaque et l effet d une diminution de pression au niveau du sinus carotidien sur la fréquence cardiaque. À partir des réponses aux questions et et des vos connaissances, compléter le schéma fonctionnel ci-dessous (document 4) de façon à voir la conséquence du stimulus de départ qui est ici une augmentation de pression artérielle au niveau des barorécepteurs en utilisant les termes suivants : activité nerveuse intense (2 fois), diminution de la fréquence cardiaque, récepteurs stimulés, activité nerveuse faible, diminution de la pression artérielle. Document 4 Schéma fonctionnel de la boucle nerveuse de la régulation de la pression artérielle AUGMENTATION de la valeur de la pression artérielle barorécepteur aortiques barorécepteur sinusiens nerfs de Héring nerfs de Cyon bulbe rachidien nerfs sympathiques COEUR nerfs parasympathiques 7

7 Construire le même type de schéma fonctionnel pour une diminution de pression artérielle comme stimulus. Bilan La boucle nerveuse de régulation de la pression artérielle, comme toutes les boucles de régulation, fait intervenir différents organes que l on peut classer : ce sont les capteurs, le centre nerveux intégrateur, les effecteurs et des voies nerveuses reliant ces trois éléments. Indiquer en face de chaque catégorie le nom de (ou des) l organe(s) mis en jeu dans cette boucle nerveuse de régulation : Capteurs Voies nerveuses sensitives Centre nerveux intégrateur Voies nerveuses motrices Effecteurs Exercice 4 Tester ses connaissances à propos de la relation entre la mutation d un gène, la structure et la fonction d une protéine La mucoviscidose est une maladie génétique autosomique récessive, c est-à-dire que l allèle responsable de cette maladie est récessif. À l aide des documents 1, 2 et 3 ci-après, montrer la relation que l on peut établir entre la mutation d un gène, la structure et la fonction de la protéine CFTR. Document 1 Le gène CFTR et la protéine CFTR Chez une personne saine : Séquence partielle de nucléotides (position 1516 à 1530) ATC ATC TTT GGT GTT Séquence partielle d acides aminés (position 506 à 510) isoleucine - isoleucine - phénylalanine - glycine - valine Gène CFTR Chez une personne malade : Séquence partielle de nucléotides (position 1516 à 1527) ATC ATC GGT GTT Séquence partielle d acides aminés (position 506 à 509) isoleucine - isoleucine - glycine - valine Chromosome 7 8

8 Document 2 L organisation de l épithélium pulmonaire et le rôle de la protéine CFTR L épithélium pulmonaire est constitué de cellules épithéliales et de cellules glandulaires sécrétant un mucus fluide dont le rôle est de protéger les voies respiratoires. La protéine CFTR est une protéine membranaire localisée au niveau des cellules épithéliales. Elle est responsable d un flux d ions Chlorure (Cl-) permettant la fluidité du mucus. tissus conjonctif cellule épithéliales milieu intracellulaire membrane cellulaire flux d ions Chlorure glande sécrétant le mucus protéine CFTR mucus fluide contenant quelques particules aériennes Les protéines CFTR sont synthétisées dans le cytoplasme des cellules épithéliales, migrent vers la membrane et s intègrent à celle-ci. Chez un sujet atteint de mucoviscidose, les protéines CFTR synthétisées sont reconnues comme anormales et sont rapidement détruites. Elles ne participent pas à la formation de canaux d ions chlorures. Document 3 Les symptômes respiratoires de la mucoviscidose Les bronches et les bronchioles sont encombrées d un épais mucus difficile à évacuer. Les capacités respiratoires sont fortement diminuées. Les infections bactériennes sont fréquentes et les réactions immunitaires se mettent en place pour détruire les bactéries qui se développent dans le mucus. Ces réactions provoquent la destruction du tissu pulmonaire. cellule épithéliales tissus conjonctif air PAS DE PROTÉINE CFTR cellule du système immunitaire glande sécrétant le mucus mucus épais avec débris cellulaires nombreuses bactéries 9

9 2 La A régulation de la glycémie Pour débuter L analyse de sang est un examen fréquemment demandé par les médecins. Selon les troubles observés, il sera effectué une numération globulaire, c est-à-dire un comptage des différentes cellules sanguines, ou bien un dosage de certaines substances dans le plasma (partie liquide du sang). Parmi de nombreuses substances, le glucose est une molécule glucidique dont le dosage est souvent demandé. On appelle «glycémie» la concentration de glucose dans le plasma en g.l 1 ou en mmol.ml 1. Analysons un résultat de prise de sang (Recenser, extraire et organiser des informations) Quelle est la glycémie chez cette personne? Quelles sont les valeurs de référence? À votre avis, que signifient ces valeurs? Expliquer l équivalence entre 1,16 g.l 1 et 6,44 mmol.l 1. Au vu des symptômes cliniques en cas d hypoglycémie ou d hyperglycémie, justifier l affirmation : «La glycémie est un paramètre qui doit être régulé par notre organisme.» 10

10 Les symptômes cliniques pour des cas d hypoglycémie (glycémie inférieure à 0,7g.L 1 ) et d hyperglycémie (glycémie supérieure à 1,2g.L 1 ) (Raisonner) Définition Symptômes cliniques Hypoglycémie Glycémie inférieure à 0,7 g.l-1 À court terme : Maux de tête Faim Irritabilité Tremblements des membres Sueurs Fatigue Troubles visuels Coma Hyperglycémie Glycémie supérieure à 1,2 g.l-1 À court terme : Soif intense Fatigue Miction importante À long terme*: Athérosclérose Microlésions des vaisseaux sanguins de la rétine, des reins et des nerfs Mort * Voir les remarques dans la correction. Les objectifs Au cours de cette étude, nous tenterons de répondre aux problématiques : Comment l organisme s approvisionne-t-il en glucose? Comment la glycémie d une personne est-t-elle régulée? 11

11 B Cours 1. L approvisionnement de l organisme en glucose Rappel de 5 e Extrait du Bulletin officiel : «Les organes utilisent en permanence les nutriments qui proviennent de la digestion des aliments. La transformation de la plupart des aliments consommés en nutriments s effectue dans le tube digestif sous l action d enzymes digestives. Les nutriments passent dans le sang au niveau de l intestin grêle.» Exemple : l amidon (C 6 H 10 O 5 ) n + n H 2 O + n H 2 O n C 6 H 12 O 6 glucose Approfondissons nos connaissances sur la digestion et intéressonsnous aux caractéristiques de la simplification moléculaire au cours de la digestion par les enzymes. a) Les caractéristiques de l activité enzymatique Activité 1 Comprendre l action d une enzyme digestive sur un aliment (Recenser, extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique, raisonner) Chez de nombreux individus, un morceau de pain longuement mastiqué laisse, au bout de quelques minutes, un goût sucré dans la bouche. Une transformation chimique a lieu : les molécules d amidon du pain ont été digérées (transformées) en molécules plus petites, le maltose, à l origine du goût sucré. Cette transformation est une hydrolyse (hydro = eau ; lyse = destruction), c est-à-dire une décomposition de la molécule d amidon avec apport d eau. La salive est le suc digestif qui permet cette digestion. 12

12 Pourtant, chez d autres individus, le goût sucré n apparaît pas. L hydrolyse de l amidon en maltose ne se fait pas. Pour comprendre cette différence, l analyse de la salive des deux groupes d individus est réalisée : Document 1a Composition chimique de la salive de différentes personnes Individus chez lesquels le goût sucré apparaît Individus chez lesquels le goût sucré n apparaît pas Eau 97 à 99,5 % 97 à 99,5 % Ions Substances organiques Sodium, chlorures, phosphate, bicarbonates, potassium Amylase, mucine, lysozyme, immunoglobulines, autres protéines Sodium, chlorures, phosphate, bicarbonates, potassium Mucine, lysozyme, immunoglobulines, autres protéines Aide 1 Aide 2 Document 1b Proposer le nom de la substance responsable de l hydrolyse de l amidon dans la bouche. Sachant que l hydrolyse de l amidon peut se faire aussi sous l action de l acide chlorhydrique, imaginer un protocole expérimental permettant de mettre en évidence les caractéristiques des deux types d hydrolyse. Penser aux expériences témoins. Penser à préciser les conditions de l expérience. Les deux types d hydrolyses ont été réalisées (documents 1b et 1c). Après avoir schématisé chacune des expériences et interprété les résultats, déterminer les caractéristiques de l activité enzymatique. Expérience de l hydrolyse acide de l amidon Protocole Étape 1 : 20 tubes à essai (numérotés de 1 à 20) contiennent chacun 5 ml d empois d amidon (amidon en solution) à 5 et 1 ml d HCl N/2. Deux tubes appelés T1 et T2 sont les tubes témoins qui contiennent chacun 5 ml d empois d amidon. Étape 2 : Ces tubes sont placés au bain-marie à 85 C. Étape 3 : Toutes les dix minutes, on fait deux prélèvements : un test testé à l eau iodée (tubes 1 à 10) et l autre à la liqueur de Fehling (tubes 11 à 20). T1 et T2 sont testés respectivement à l eau iodée et à la liqueur de Fehling à la fin de l expérience au bout de 100 minutes. 13

13 Document 1c Expérience de l hydrolyse de l amidon par l amylase Deux séries de tests sont réalisées : Première série de tests Protocole Étape 1 : Trois tubes à essais T1, T2 et T3 contenant chacun 10mL d empois d amidon sont placés au bain-marie à 37 C. Étape 2 : Dans T1, on ajoute 1 ml d eau distillée, c est le tube témoin ; dans T2, on ajoute 1 ml d amylase bouillie et dans T3, on ajoute 1 ml d amylase «fraîche». Étape 3 : Immédiatement, puis toutes les 3 minutes, on effectue un prélèvement avec une pipette d une à deux gouttes de solution dans chacun des tubes et on le place dans un puits d un plateau de coloration puis on ajoute 2 gouttes d eau iodée. Deuxième série de tests Protocole Étape 1 : Dans le tube 3, on place à nouveau 5 ml d empois d amidon. Un prélèvement du tube 3 est de suite testé à l eau iodée. Étape 2 : On réalise 5 minutes plus tard un test à l eau iodée et un test à la liqueur de Fehling. Aide 1 Aide 2 Aide 3 Le schéma d une expérience doit être réalisé à la règle. Les différentes parties du schéma sont correctement et précisément annotées. Les flèches d annotation sont tirées à la règle allant du mot vers l objet ciblé. Interpréter les résultats signifie expliquer les résultats, c est-à-dire indiquer pourquoi la coloration d un réactif a changé ou n a pas changé. Pour pouvoir déterminer les caractéristiques de l activité enzymatique, il faut comparer les résultats des deux expériences et faire un bilan. Résumer les caractéristiques des enzymes digestives mises en évidence en généralisant celles de l amylase et vérifier que ces caractéristiques correspondent bien avec celles d un biocatalyseur en lisant la définition dans le glossaire. À retenir Les enzymes sont des molécules qui accélèrent la vitesse des réactions biologiques sans être modifiées à une température de 37 C. On parle de «biocatalyseurs». L amidon est ainsi progressivement transformé en glucose sous l action de l amylase à 37 C. 14

14 b) La spécificité enzymatique et les conditions d action des enzymes Activité 2 Découvrir la spécificité enzymatique et les conditions d action des enzymes (Pratiquer une démarche scientifique, utiliser les modes de représentation des sciences expérimentales, extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique, raisonner) L hydrolyse de l amidon commence dans la bouche au moment de la mastication sous l action de l amylase salivaire. La mastication est rapide, l hydrolyse est partielle. Cette hydrolyse se poursuit-elle dans l estomac, où le ph est très acide? Le suc gastrique de l estomac contient une autre enzyme appelée la pepsine. La pepsine hydrolyse-t-elle l amidon dans les conditions qui règnent dans l estomac? Imaginer et schématiser le protocole expérimental qui permettrait de voir si la pepsine agit sur l amidon. On réalise alors l expérience suivante, dont le tableau ci-dessous présente le protocole et les résultats : Document 2a Protocole et résultats Tube Contenu du tube au début de l expérience Température en C ph Résultat du test à l eau iodée au bout de 10 minutes 1 Empois d amidon 37 7 positif 2 Empois d amidon + amylase 37 7 négatif 3 Empois d amidon + pepsine 37 2 positif 4 Empois d amidon + pepsine 37 7 positif 5 Empois d amidon + amylase 37 2 positif Indiquer ce que signifie un résultat positif à l eau iodée et un résultat négatif. 15

15 Àpartir de l analyse des résultats, répondre aux deux questions de la problématique. Justifier la réponse. Aide 1 Aide 2 Comparer les expériences 2 et 5 pour répondre à la question : «L hydrolyse de l amidon par l amylase se poursuit-elle dans l estomac où le ph est très acide?» Les résultats de l expérience 3 permettent de répondre à la question : «La pepsine hydrolyse-t-elle l amidon dans les conditions qui règnent dans l estomac?» On mesure l activité enzymatique en fonction du ph pour plusieurs enzymes : la pepsine (E1), l amylase salivaire (E2) et la trypsine (E3). Le graphique ci-dessous présente les résultats : Document 2b Pourcentage d activité enzymatique en fonction du ph Pourcentage d activité enzymatique ph E1 E2 E3 Indiquer ce que nous apprend cette étude à propos de l influence du ph sur l activité enzymatique. Bilan Définir la notion de spécificité enzymatique et de conditions optimales des biocatalyseurs. À retenir Les enzymes sont des biocatalyseurs qui présentent une spécificité de substrat : elles agissent sur une seule molécule appelée «substrat» et dans des conditions très précises de ph (et de température). Les enzymes présentent également une spécificité d action c est-à-dire qu elles ne réalisent qu un type de réaction chimique. c) Cinétique et aspect moléculaire de la spécificité enzymatique. Le schéma ci-après (document 2c) illustre le devenir des molécules de glucose issues de la digestion des aliments glucidiques. Dans l intes- 16

16 tin grêle, les aliments glucidiques appelés «sucres lents» comme l amidon sont entièrement hydrolysés en glucose (1). Les molécules de glucose en contact avec des replis intestinaux tapissés de villosités (2) traversent la paroi intestinale (3). C est l absorption intestinale. Le glucose se retrouve dans le sang des capillaires sanguins quittant l intestin qui se rejoignent en formant la veine porte hépatique. Document 2c Devenir des molécules de glucose issues de la digestion Sang quittant l intestin 1 Sang arrivant à l intestin Repli intestinal 2 Nombreux capillaires sanguins 3 Une villosité Sang arrivant à l intestin Sang quittant l intestin Observation d une villosité intestinale Nombreux capillaires sanguins Observation d un repli intestinal Chaque repli intestinal est tapissé de très nombreuses villosités. Trajet du glucose issu de la digestion des aliments glucidiques En période de digestion, l apport de glucose est important ; en période de jeun, il est inexistant. L hypoglycémie et l hyperglycémie peuvent conduire à la mort. Comment l organisme gère-t-il sa glycémie? 2. La glycémie, un paramètre qui doit être régulé Activité 3 Mettre en évidence la régulation de la glycémie (Extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique, formuler une hypothèse) On mesure la glycémie chez une personne en bonne santé au cours d une journée. Le graphique ci-dessous indique les résultats obtenus. 17

17 Document 3a Mesure de la glycémie d une personne au cours d une journée 1,3 1,2 Glycémie en g.l 1 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0, Temps en heures Repas Activité physique Aide 1 Indiquer comment varie la glycémie à chaque repas. À partir de vos connaissances, expliquer cette variation. Indiquer comment varie la glycémie au cours d une activité sportive. Émettre une hypothèse permettant d expliquer cette variation. On mesure la glycémie à l entrée et à la sortie d un muscle chez un chien au repos et en activité. Document 3b Glycémie chez un chien 1 0,9 0,8 Glycémie en g.l 1 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 muscle au repos muscle en activité sang entrant dans le muscle sang sortant du muscle 18

18 Aide 2 Document 3c Rappel du cours de seconde. Bilan de la respiration et de la fermentation cellulaire Présence d O 2 dans le milieu extracellulaire Cytoplasme Membrane plasmique Synthèse Respiration Noyau Fermentation Synthèse Absence d O2 dans le milieu extracellulaire CO 2 O 2 Glucose éthanol énergie Au cours de la journée, qu observe-t-on après chaque augmentation de la glycémie? Et après chaque diminution? Que suggèrent ces faibles variations de la glycémie? Pour cet individu, la «valeur de consigne» de la glycémie est de 0,9 g/l. Indiquer la définition qui peut être donnée au terme «valeur de consigne»? À retenir La glycémie est maintenue autour d une valeur de consigne dont la valeur est comprise entre 0,9 et 1,1 g.l 1 grâce à un système de régulation qui, à chaque augmentation de la glycémie, tend à diminuer la glycémie et qui, à chaque diminution de la glycémie, tend à augmenter la glycémie. Ainsi, la glycémie varie peu. 19

19 Tentons de répondre à présent aux questions suivantes : Quels organes participent au système de régulation de la glycémie? Comment ces organes communiquent-ils pour réagir à chaque augmentation ou à chaque diminution de la glycémie? a) Les organes effecteurs de la régulation de la glycémie Activité 4 Découvrir les organes effecteurs de la régulation de la glycémie et leur rôle respectif (Extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique, raisonner) Un ensemble de techniques, dont l utilisation de marquage radioactif (au carbone 14 et au tritium 3), permet de préciser le devenir d une quantité de glucose ingérée. Document 4a Radioactivité mesurée dans différents organes Sang et lymphe* 5% Foie 55% Tissu adipeux 11% Muscles 18% Le document ci-contre indique la radioactivité mesurée dans différents organes deux heures après ingestion de glucose radioactif en pourcentage de la quantité ingérée. * La radioactivité dans le sang et la lymphe correspond au glucose qui circule à une concentration voisine de la valeur de consigne. Indiquer le nom des organes qui semblent jouer un rôle dans la régulation de la glycémie. Le foie et son rôle dans la régulation de la glycémie Organe volumineux, le foie pèse 1,5 kg chez l homme adulte. C est la plus grosse glande de l organisme. De forme ovoïde, il se situe sous le 20

20 diaphragme. Le foie assure un certain nombre de fonctions essentielles de l organisme. Pour bien localiser cet organe, on peut pratiquer la dissection d une souris. Document 4b Dissection d une souris (Vue générale) Diaphragme Foie Intestin Document 4c Dissection d une souris (Vue plus précise de la cavité abdominale) Foie Intestin Il est très richement vascularisé, ce qui lui confère cette couleur rouge foncé. Pas moins d un litre et demi de sang traverse cet organe chaque minute chez l Homme. Sa vascularisation est mixte, c est-à-dire qu il reçoit du sang qui provient de la circulation générale par l artère hépatique (sang oxygéné) et du sang qui provient de l intestin par la veine porte hépatique. 21

21 Document 4d La vascularisation mixte du foie veine sus-hépatique artère aorte foie réseau de capillaires sanguins artère hépatique veine porte-hépatique intestin artère mésentérique Quel est le rôle du foie dans la régulation de la glycémie? Expérience historique de Claude Bernard Considéré comme le créateur de la médecine expérimentale, Claude Bernard ( ) est aussi l un des physiologistes les plus remarquables du XIX e siècle. Il est un grand théoricien de la médecine car il l établira sur des bases scientifiques. Claude Bernard travaille sur la digestion des aliments. Il écrit : «Pour suivre les transformations des matières sucrées alimentaires dans l organisme, je pris des chiens qui, étant omnivores, se prêtent plus facilement à un régime déterminé. Je les divisai en deux catégories, donnant aux uns et aux autres la même alimentation, sauf une substance, le sucre : Les uns recevaient de la viande cuite seule, les autres de la viande additionnée de sucre. J ouvris l un des chiens soumis au régime avec addition de sucre : je trouvai du sucre dans l intestin, j en trouvai dans le sang*. (Remarque : Ce résultat n avait rien que de prévu puisque l animal avait mangé du sucre). Je fis la même épreuve sur un chien soumis au régime exclusif de la viande cuite. Je ne fus pas médiocrement étonné de rencontrer chez lui, comme chez le premier, du sucre en abondance dans le sang, quoique je n en pusse déceler aucune trace dans l intestin (il n a donc effectivement pas ingéré de sucre). Je répétai l expérience de toutes les manières ; toujours le résultat se présenta le même : du sucre en aval du foie, dans les vaisseaux sushépatiques, [ ] D où provenait ce sucre? * Le sucre ainsi appelé par Claude Bernard présent dans le sang est le glucose. 22

22 Claude Bernard poursuit son étude et essaie de trouver d où vient le glucose présent dans les veines sus-hépatiques du chien alors que celui-ci n a pas avalé de «sucre». Il réalise alors la célèbre expérience du foie lavé en 1855 : «J ai choisi un chien adulte, vigoureux et bien portant, qui, depuis plusieurs jours, était nourri de viande ; je le sacrifiai 7 heures après un repas copieux de tripes. Aussitôt, le foie fut enlevé, et cet organe fut soumis à un lavage continu par la veine porte. J abandonnai dans un vase ce foie à température ambiante et, revenu 24 heures après, je constatai que cet organe que j avais laissé la veille complètement vide de sucre s en trouvait pourvu abondamment.» Mise en évidence d un autre rôle du foie Après avoir étudié les documents 4e et 4f suivants, indiquer quel est le second rôle du foie. La digestion des aliments glucidiques sucres lents produit du glucose qui pénètre dans le sang au niveau intestinal. L intestin reçoit du sang par l artère mésentérique. Le sang issu de l intestin arrive au foie par la veine porte hépatique, traverse le foie puis rejoint la circulation générale. (Voir schéma de la vascularisation du foie.) Document 4e Des mesures de glycémie sont réalisées à l entrée et à la sortie de l intestin et du foie en période de jeûne d une part et après un repas d autre part. En période de jeûne Après un repas Lieu du dosage Entrée Sortie Entrée Sortie Intestin 0,8* 0,8** 1,1* 2,5** Foie 0,8** 1,1*** 2,5** 1,3*** * Le dosage est effectué dans l artère mésentérique. ** Le dosage est effectué dans la veine porte hépatique. *** Le dosage est effectué dans la veine sus-hépatique. Document 4f Aide Observation microscopique d hépatocytes (cellules du foie) de lapin colorés à l eau iodée après un repas L eau iodée colore en brun le glycogène (polymère du glucose). 23

23 À retenir Le foie est un organe capable de libérer du glucose à partir d une molécule de réserve appelée glycogène ((C 6 H 10 O 5 )n). Cette fonction appelée la glycogénolyse peut s écrire globalement : (C 6 H 10 O 5 )n + n H 2 O n C 6 H 12 O 6 Glycogénolyse + H 2 O À retenir Le foie est aussi capable de stocker le glucose sous forme de glycogène. Cette fonction, appelée la glycogénogenèse, peut s écrire globalement : n C 6 H 12 O 6 (C 6 H 10 O 5 )n + n H 2 O Glycogénogenèse + H 2 O Glycogène + eau Rôle des muscles et du tissu adipeux Après ingestion de glucose radioactif, le pourcentage de radioactivité est aussi assez élevé dans les muscles et le tissu adipeux. Y a-t-il du glycogène dans les muscles et dans le tissu adipeux? Ces organes sont-ils capables de glycogénolyse? Recherche de la présence du glycogène dans les muscles et le tissu adipeux Protocole expérimental On broie finement du foie (référence), du muscle et du tissu adipeux avec du sable et 50 ml d eau. On verse le broyat dans un bécher et on complète à 100 ml. On fait bouillir la solution. On filtre la solution et on ajoute au filtrat une pointe de scalpel de Na 2 SO 4. Pour chaque organe, on ajoute goutte à goutte 2 ml d éthanol à 96 % à 2 ml de filtrat. La présence de glycogène est caractérisée par un précipité blanc. 24

24 Document 4g Résultats de la recherche de la présence du glycogène dans le foie, les muscles et le tissu adipeux Exprimer les résultats et répondre à la question posée : «Y a-t-il du glycogène dans les muscles? Dans le tissu adipeux?» La glycogénolyse existe-t-elle au niveau du muscle? Les cellules hépatiques comme les cellules musculaires sont capables de stocker le glucose sous forme de glycogène. En cas de besoin, ces réserves de glucose peuvent être de nouveau mobilisées après hydrolyse du glycogène dans les cellules hépatiques. À partir des documents 4h et 4i ci-dessous, indiquer si les cellules musculaires peuvent, elles aussi, libérer du glucose dans le sang (milieu extracellulaire). Justifier la réponse. Document 4h Hydrolyse du glycogène et exportation du glucose dans le sang au niveau d un hépatocyte Le glucose 6-phosphate(G6P), contrairement au glucose, ne peut pas traverser la membrane plasmique des cellules. noyau Membrane cellulaire glycogène E 1 E 2 + Groupement phosphate Glucose 6-phosphate cytoplasme glucose E 1 et E 2 sont des enzymes 25

25 Document 4i Quelques enzymes et leur fonction dans les cellules hépatiques et musculaires Nom de l enzyme Glucokinase Glycogène synthétase Glycogène phosphorylase Glucose 6 phosphatase Hexokinase Fonction Transforme le glucose en glucose 6-phosphate Participe à la polymérisation du glucose 6-phosphate en glycogène Participe à la dépolymérisation du glycogène en glucose 6-phosphate Transforme le glucose 6-phosphate en glucose Transforme le glucose en glucose 6-phosphate Présence de l enzyme Dans les cellules musculaires non oui oui non oui Dans les cellules hépatiques oui oui oui oui oui À retenir Les cellules du foie ou hépatocytes sont capables de stocker du glucose sous forme de glycogène (polymère du glucose). C est la glycogénogenèse. Elles sont aussi capables de reformer du glucose à partir du glycogène et de le libérer dans le sang. C est la glycogénolyse. Les cellules musculaires sont capables de glycogénogenèse mais ne peuvent pas libérer du glucose dans le sang car elles ne possèdent pas l équipement enzymatique nécessaire. Les cellules adipeuses ou adipocytes sont capables de stocker le glucose mais sous forme de triglycérides de formule générale indiquée ci-après : c est la lipogenèse. La glycogénolyse n existe pas dans les cellules adipeuses car il n y a pas de glycogène. Par contre, les triglycérides sont hydrolysables, des acides gras et du glycérol peuvent donc être libérés. Ceux-ci pourront être transformés en glucose par les hépatocytes. C est la néoglucogenèse. Ils sont donc source de glucose mais les voies métaboliques sont longues. Chez un homme de 70 kg, il y a 11 kg de triglycérides, ce qui équivaut à 55 kg de glycogène. Le foie, les muscles et le tissu adipeux forment les organes effecteurs de la régulation de la glycémie. 26

26 On peut alors se poser la question suivante : Comment les organes effecteurs sont-ils mis en jeu afin de modifier la glycémie selon les circonstances? b) Le système de contrôle de la glycémie Activité 5 Découvrir le système de régulation de la glycémie (Extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique, raisonner) Deux expériences historiques Expérience de Minkowski et Von Mering en 1889 : Minkowski et Von Mering étudient une glande digestive, le pancréas, qui joue un rôle important dans la digestion des graisses. Ils décident de tenter sur un chien bien portant l ablation chirurgicale totale du pancréas. L animal présente comme attendu des troubles digestifs importants : les graisses ne sont plus digérées. En outre, d autres troubles imprévus, non liés aux précédents, se manifestent : l animal produit une urine si abondante qu il ne peut se retenir d uriner sur le plancher. L analyse de l urine révèle la présence anormale de sucre : c est une glycosurie. L animal présente une hyperglycémie. Sur un autre chien, les deux chercheurs au lieu d enlever le pancréas ligaturent le canal pancréatique reliant le pancréas à l intestin. Le chien présente des troubles digestifs mais sa glycémie ne s élève pas et les troubles urinaires sont absents. À partir de ces deux expériences, indiquer quel organe semble jouer un rôle dans la régulation de la glycémie. Expérience de Hedon en ablation du pancréas 3. implantation du fragment sous la peau du chien Pancréas 2. prélèvement d un fragment du pancréas Résultat après implantation du fragment sous la peau : le fragment greffé est relié à l organisme par des capillaires sanguins. La glycémie est normale. Il n y a pas de glycosurie. L animal survit. 27

27 Si le fragment est retiré, la glycémie s élève, la glycosurie devient importante et l animal meurt en quelques jours. Indiquer si cette expérience confirme ou non la réponse à la question. Justifier la réponse. Indiquer l information apportée par cette expérience quant au mode d action du pancréas sur la glycémie. Aide Document 5a Il est important d avoir compris que le greffon n est en communication avec l organisme que par l intermédiaire de capillaires sanguins. Le pancréas Localisation du pancréas Le pancréas est un organe abdominal situé sous l estomac de forme allongée. Chez l Homme, le pancréas avoisine les 15 cm de long pour une masse allant de 70 à 100 g. Document 5b Observation d une coupe de pancréas selon AB au microscope optique (x40) 28

28 Document 5c Schéma d interprétation de l observation de la coupe de pancréas selon AB au microscope optique du document 5b (x40) Le pancréas est un organe constitué de deux types de tissus spécialisés : le tissu sécréteur de suc pancréatique et les îlots de Langerhans. Le tissu sécréteur du suc pancréatique impliqué dans la digestion est formé d acini pancréatiques. Le schéma ci-dessous explique la sécrétion du suc pancréatique à partir des cellules des acini pancréatiques. Document 5d Les acini pancréatiques et leur sécrétion Agrandissement d un acinus pancréatique Cellule sécrétrice Estomac Canal collecteur Chaque acinus pancréatique est constitué de cellules sécrétrices de suc pancréatique déversé dans des canaux collecteurs jusqu à l intestin Intestin Pancréas îlots de Langerhans Sécrétion du suc pancréatique et cheminement dans les canaux collecteurs jusque dans l intestin À partir d extraits d îlots de Langerhans, on a pu isoler deux substances appelées «insuline» et «glucagon». L insuline est sécrétée par les cellules localisées au centre des îlots alors que le glucagon est sécrété par les cellules localisées en périphérie. Quel est l effet de l insuline et du glucagon sur la glycémie? On injecte à un individu sain de l insuline 30 minutes après le début de l expérience et on perfuse un autre individu par du glucagon entre 29

29 1 heure et 4 heures après le début de l expérience. On mesure la glycémie de chacun pendant 5 heures et demie. Voici les résultats : Document 5e Action de l insuline et du glucagon sur la glycémie 2,5 2 Glycémie en g.l 1 1,5 1 0,5 injection d insuline à 30mn perfusion de glucagon entre 1 et 4h 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 Temps en heures À partir de l étude des résultats graphiques, indiquer quelle substance peut être qualifiée d hypoglycémiante et quelle substance peut être qualifiée d hyperglycémiante? Justifier la réponse. Insuline et glucagon agissent par injection, donc par voie sanguine. Ce sont des hormones, c est-à-dire des substances sécrétées par les cellules d un organe, ici les cellules et ß des îlots de Langerhans, transportées par le sang dans tout l organisme mais n agissant que sur certaines cellules appelées «cellules cibles». Trois questions se posent alors : Quelles sont les cellules cibles de l insuline et du glucagon? Comment l insuline et le glucagon agissent-ils sur ces cellules? Pourquoi ces effets ne sont-ils pas durables? Après avoir exploité les documents 5f, 5g et 5h, indiquer quelles sont les cellules cibles à l insuline et au glucagon et pourquoi ces cellules sont qualifiées de cellules cibles. Document 5f Le système de communication hormonal : un système «public» mais spécifique Une voie de communication hormonale est constituée de trois éléments : l émetteur, le transmetteur et le récepteur. L émetteur est constitué par l ensemble des cellules qui synthétisent et sécrètent l hormone, ces cellules sont dites endocrines. Le transmetteur est constitué par le plasma sanguin. Le message hormonal peut ainsi atteindre l ensemble des cellules de l organisme : la voie hormonale est donc «publique». Cependant, seules les cellules qui forment le récepteur sont capables de décoder le message hormonal car elles seules expriment un récepteur spécifique susceptible de se lier à l hormone et sont capables de mettre en route la réponse biologique adaptée, une fois réalisée la liaison hormone-récepteur. 30

30 Document 5g Représentation schématique de l effet de la liaison insuline-récepteur sur la cellule cible Capillaire sanguin Insuline Circulation sanguine* Milieu intérieur* 1. Passage de insuline dans le milieu intérieur 2. Fixation de insuline sur le récepteur Récepteur de l insuline Membrane plasmique Milieu intracellulaire* 3. Réponse de la cellule * Le sang circule dans un milieu clos formé de vaisseaux sanguins comme les capillaires sanguins, les artères et les veines. Le milieu intracellulaire est le milieu correspondant à l intérieur de la cellule. Entre les vaisseaux sanguins et les cellules existe un milieu appelé milieu intérieur dans lequel «baignent» les cellules de l organisme. Document 5h Localisation de la radioactivité sur la membrane plasmique de divers types cellulaires après incubation avec de l insuline ou du glucagon radioactif Cellules hépatiques Cellules musculaires Cellules adipeuses Insuline radioactive Glucagon radioactif Aide Document 5i Rechercher le mode d action de l insuline et du glucagon à partir de l étude des documents 5i et 5j : Le «mode d action» signifie la façon dont va agir l hormone sur la cellule, ce qu elle va modifier dans le fonctionnement de la cellule. Du tissu musculaire est prélevé puis mis en culture dans des milieux avec ou sans insuline. Des mesures sont réalisées pour connaître leur comportement vis-à-vis du glucose et du glycogène. Glucose prélevé ( mg.g 1.min 1 ) Teneur en glycogène (mg.g 1 ) Milieu sans insuline 0,143 2,450 Milieu avec insuline 0,188 2,850 31

31 Un effet similaire est constaté au niveau des hépatocytes. Par contre, au niveau des adipocytes, on observe le même effet au niveau du glucose prélevé mais une augmentation de la teneur en triglycérides. Document 5j Pendant 4 heures, on injecte en continu du glucagon à des chiens en bonne santé, à jeun depuis 12 heures. On suit la teneur du foie en une enzyme intervenant dans la dégradation du glycogène : Teneur du foie en enzyme de dégradation du glycogène en µmolg Perfusion de glucagon Temps en heures Les effets de l insuline et du glucagon ne sont pas durables car ces molécules sont très rapidement dégradées par le foie et les reins. Elles ont une demi-vie d environ 5 minutes. À retenir Le pancréas est composé de deux types de cellules : les cellules acineuses formant les acini pancréatiques sécrétrices du suc pancréatique digestif et les cellules et ß des îlots de Langerhans sécrétrices, respectivement, du glucagon et de l insuline. L insuline est une hormone hypoglycémiante. Elle agit sur les cellules cibles c est-à-dire les cellules qui possèdent des récepteurs spécifiques à l insuline. La plupart des cellules de l organisme expriment ces récepteurs à la surface de leur membrane plasmique. La fixation de l insuline sur ces récepteurs modifie l activité d enzymes et les principaux effets sont : une augmentation plus importante de glucose dans toutes les cellules par augmentation du nombre de transporteurs de glucose et synthèse d une enzyme, la glucokinase ; stimulation de la lipogenèse dans les adipocytes ; stimulation de la glycogénèse dans les cellules hépatiques et musculaires et inhibition de la glycogénolyse. Ces actions ont pour conséquence une diminution du taux de glucose circulant. Le glucagon est une hormone hyperglycémiante. Il agit sur les cellules hépatiques en stimulant la glycogénolyse et la libération du glucose dans le sang. Il inhibe la glycogénogenèse. Remarque : Le glucagon agit sur d autres cellules mais cette étude ne fait pas partie du programme de terminale. 32

32 Il nous reste à comprendre comment sont contrôlées les sécrétions hormonales du pancréas. Activité 6 Découvrir le contrôle des sécrétions hormonales du pancréas (Extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique, raisonner) Après avoir étudié les documents 6a et 6b, indiquer le paramètre qui détermine les sécrétions d insuline et de glucagon par le pancréas. Des îlots de Langerhans sont isolés et mis en culture dans un milieu nutritif. On mesure la sécrétion des différentes hormones par les cellules et ß des îlots de Langerhans en fonction de la composition du milieu. Voici les résultats : Document 6a Sécrétion d insuline par les cellules ß des îlots de Langerhans Quantité d insuline sécrétée en µu.mg 1.min 1 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 milieu seul milieu+glucose milieu+fructose milieu+ribose Milieux de composition différente Le milieu de culture appelé «milieu seul» ne contient pas de glucose. Document 6b Sécrétion de glucagon par les cellules des îlots de Langerhans Quantité de glucagon sécrétée en ng.min 1 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 milieu seul milieu 1 milieu 2 Milieu 1 : milieu + glucose 1g.L 1 Milieu 2 : milieu + glucose 3g.L 1 Bilan Indiquer ce qu il se passe au niveau des îlots de Langerhans lorsque l organisme subit une légère augmentation de glycémie après un repas par exemple. 33

33 Indiquer ce qu il se passe au niveau des îlots de Langerhans lorsque l organisme subit une légère baisse de glycémie pendant un effort physique par exemple. Bilan du chapitre 2 Chez une personne en bonne santé, la glycémie est toujours comprise entre 0,8 et 1,2 g.l 1 dans le plasma sanguin. C est l homéostasie glycémique. Les principaux organes effecteurs de la glycémie sont le foie, les muscles et le tissu adipeux. Le foie est capable de mettre en réserve le glucose : c est la glycogénogenèse. Il peut restituer ce glucose par glycogénolyse. Les muscles sont capables de glycogénogenèse mais incapables de glycogénolyse afin de restituer le glucose dans le sang. Le tissu adipeux est capable de mettre en réserve le glucose sous forme de triglycérides : c est la lipogenèse. La restitution du glucose par le tissu adipeux est possible mais les voies métaboliques sont lentes. Les sécrétions hormonales du pancréas contrôlent les organes effecteurs. L insuline, sécrétée par les cellules ß des îlots de Langerhans du pancréas, est une hormone hypoglycémiante agissant sur les hépatocytes, les cellules musculaires et les adipocytes en favorisant l absorption de glucose et sa mise en réserve. Elle agit également sur les autres cellules de l organisme en favorisant l absorption de glucose. Le glucagon, sécrété par les cellules des îlots de Langerhans du pancréas, est une hormone hyperglycémiante agissant sur les hépatocytes uniquement en favorisant la glycogénolyse. Les hépatocytes sont les cellules cibles du glucagon car ces cellules possèdent les récepteurs spécifiques au glucagon. La glycémie est un système autorégulé : une augmentation de la glycémie est détectée par des capteurs des cellules ß des îlots de Langerhans du pancréas et entraîne la sécrétion de l insuline par ces cellules ß. L insuline est transportée dans le sang et agit sur les organes effecteurs (foie, muscles, tissus adipeux) pour augmenter l absorption et le stockage du glucose et en inhiber la libération. Il en résulte une diminution de la glycémie ; une diminution de la glycémie est détectée par des capteurs des cellules des îlots de Langerhans du pancréas et entraîne la sécrétion du glucagon par ces cellules. Le glucagon est transporté dans le sang et agit sur les hépatocytes pour augmenter la libération du glucose et en inhiber le stockage. Il en résulte une augmentation de la glycémie. 34

34 Ces mécanismes permettent de maintenir en permanence et en toutes circonstances la glycémie à une valeur comprise entre 0.8 et 1.2 g.l 1. Augmentation de la glycémie Stimulation des cellules β et des îlots de Langerhans Diminution de la glycémie Stimulation des cellules α et des îlots de Langerhans Sécrétion d insuline Sécrétion de glucagon Diminution de la glycémie Augmentation de la glycémie 35

35 3 Le diabète A Pour débuter «J ai 18 ans et je tiens ça de ma mère : depuis que je suis enfant, je fais des crises d hypoglycémie (je me sens vide, je tremble, j ai terriblement faim, je ne peux plus me concentrer). Cela ne m inquiétait pas plus que cela car, après avoir mangé quelque chose de sucré, les symptômes disparaissaient. Il y a environ 15 jours, j ai commencé à avoir d autres symptômes qui me laissent penser que je pourrais faire du diabète.. : J ai tout le temps soif! J ai fait une crise d hypoglycémie puis, le lendemain, j ai eu des vertiges inquiétants pendant plusieurs heures. J ai eu un goût amer dans la bouche pendant plusieurs jours et j ai la nausée régulièrement. J ai des difficultés à digérer (je ne sais pas si ça peut être lié au diabète ou si cela vient du fait que je bois tellement d eau que mon estomac a du mal à digérer...). Par moment, j ai l esprit embrouillé, un peu dans le flou, du mal à me concentrer Et, pour info, mon arrière-grand-mère faisait du diabète (et en est même morte...!) J ai entendu dire que le diabète ne se soignait pas. Est-ce vrai? J ai un peu peur. Pensez-vous que cela puisse être des symptômes de diabète ou pas? Il paraît que cette maladie est de plus en plus fréquente. J ai lu que l on perdait souvent beaucoup de poids lorsqu on avait du diabète, ce qui n est pas mon cas... Donc, je ne sais pas trop quoi penser!» Cette personne s interroge sur son état. Voici les questions auxquelles nous allons tenter d apporter des réponses : Quels signes cliniques permettent d établir le diagnostic du diabète? Quelle est l origine de cette maladie? Comment traite-t-on le diabète? Peut-on guérir? Comment évolue le diabète dans le monde depuis quelques décennies? 36

36 B Cours 1. Le dépistage du diabète Activité 1 Document 1 Identifier les sujets diabétiques (Recenser, extraire et organiser des informations) Actuellement, les médecins diagnostiquent un diabète en prenant en compte les valeurs de glycémie à jeun mesurées pendant quatre jours consécutifs. Voici les résultats pour quatre personnes : Glycémie mesurée chez quatre patients, quatre jours consécutifs Glycémie Patient en g.l Jour 1 4,55 0,87 1,29 1,45 Jour 2 4,89 0,79 1,18 1,15 Jour 3 4,33 0,89 1,10 1,32 Jour 4 4,45 0,90 1,21 1,42 Voici les critères de diagnostic pour un diabétologue : «Un sujet est dit diabétique si la glycémie à jeun est supérieure à 1,26 g.l 1 (7 mmol.l 1 ) à deux reprises ou si la glycémie est supérieure à 2 g.l 1 (11,1 mmol.l 1 ) à n importe quel moment de la journée.» Proposer un diagnostic pour chacun des quatre patients en justifiant votre choix. À retenir Le diabète est caractérisé par une hyperglycémie permanente. 2. Il existe différents types de diabète Activité 2 Rechercher les caractéristiques des différents types de diabète (Extraire des informations, émettre des hypothèses) Chez les patients 1 et 4 de l activité 1, on réalise un test qui consiste à ingérer une dose précise de glucose puis à mesurer, heure par heure, la glycémie et l insulinémie. L insulinémie est la concentration d insuline dans le sang. Pour faciliter l analyse des résultats obtenus, le même test est réalisé chez une personne qui n est pas diabétique. (Voir les documents 2a, 2b et 2c.) 37

37 Voici les résultats : Document 2a Résultats obtenus chez une personne non diabétique Glycémie en g.l 1 1,3 1,2 1,1 0,9 1 0,8 0,7 0,6 0,5 0, Temps en minutes Insulinémie en µu.l Temps en minutes Document 2b Résultats obtenus chez le patient 1 Glycémie en g.l 1 3,4 2,9 2,4 1,9 1,4 0,9 0, Temps en minutes Insulinémie en µu.l Temps en minutes Document 2c Résultats obtenus chez le patient Glycémie en g.l 1 4,9 4,4 3,9 3,4 2,9 2,4 1,9 1,4 0,9 0, Temps en minutes Insulinémie en µu.l Temps en minutes À partir de l étude de ces trois documents et de vos connaissances, montrer que les diabètes des patients 1 et 4 n ont pas la même origine. Proposer une (des) hypothèse(s) qui permettrai(en)t d expliquer l hyperglycémie observée chez chacun des deux patients diabétiques. 38

38 À retenir Il existe deux types de diabète. Le diabète de type 1 (DT1) se caractérise une très faible sécrétion d insuline alors que le diabète de type 2 (DT2) se caractérise par une sécrétion normale à forte d insuline. 3. Origine des deux types de diabète a) Origine du diabète de type 1 On s intéresse à présent au diabète du patient 1 qui se caractérise par une insuffisance de sécrétion d insuline voire une absence. C est un diabète de type 1. Activité 3 Rechercher l origine du diabète de type 1 (Raisonner, extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique) À partir de l hypothèse émise précédemment concernant l origine de ce diabète chez ce patient, vous seriez «chercheur» : quelle observation aimeriez-vous faire pour tenter de découvrir l origine du problème? On se propose d observer une coupe de pancréas d un individu atteint de diabète de type 1. Document 3a Observation microscopique d une coupe de pancréas d un cobaye atteint de DT1 (x40) 39

39 Document 3b Schéma d interprétation de l observation microscopique d une coupe de pancréas d un cobaye atteint de DT1 ( 40) Comparer cette coupe avec celle d un individu non diabétique. (Diaporama : Seq 1 chap 3 act 3) Indiquer si cette observation confirme ou non la (ou les) hypothèse(s). Justifier la réponse. Une nouvelle problématique se pose : Pourquoi les cellules ß des îlots de Langerhans sont-elles absentes dans le cas du DT1? À partir de l analyse de l expérience relatée (document 3c) et de l observation microscopique proposée (documents 3d et 3e), déterminer l origine de l absence des cellules ß des îlots de Langerhans. Il existe plusieurs modèles animaux pour l étude du diabète. La souris NOD (Non Obsese Diabetic) développe spontanément un diabète de type 1 qui apparaît vers l âge de 10 semaines. L expérience décrite est réalisée chez des souris NOD de même lignée, identiques génétiquement. Document 3c Illustration de l injection de lymphocytes à des souris NOD irradiées irradiation 1 Souris NOD diabétique Prélèvement des lymphocytes T injection Souris NOD non diabétique Souris NOD diabétique La souris 2 est une souris de 5 semaines qui n a pas déclaré de diabète. Le diabète se déclare quelques jours après injection des lymphocytes prélevés chez la souris 1 (cas représenté sur le schéma). Si la souris 1 est atteinte d une déficience en lymphocytes T8, la souris 2 ne déclare pas de diabète. 40

40 Rappel Document 3d Si on injecte des anticorps anti-lymphocytes T4 à la souris 1 avant le prélèvement, la souris 2 ne déclare pas de diabète. L irradiation détruit toutes les cellules immunitaires. Une observation du pancréas a été faite chez la souris 2 après qu elle ait déclaré le diabète dans le cas représenté sur le document 3. Voici cette observation : Observation microscopique des îlots de Langerhans chez la souris 2 ( 100) Document 3e Schéma d interprétation de l observation microscopique des îlots de Langerhans chez la souris 2 ( 100) c Cellules acineuses b Lymphocytes T8 cytotoxiques a Cellules des îlots de Langerhans c 41

41 À retenir Le diabète de type 1 est une maladie qui se déclare chez des individus jeunes (avant 20 ans, avec un pic à la puberté). Au début de la maladie, les lymphocytes envahissent les îlots de Langerhans et détruisent les cellules ß. Il s agit d une maladie auto-immune car le système immunitaire du malade attaque ses propres cellules. Lorsque la destruction est assez avancée, le sujet ne produit plus d insuline et ne parvient donc plus à corriger les hyperglycémies. b) Origine du diabète de type 2 On s intéresse à présent au diabète du patient 4. Ce type de diabète se caractérise par une sécrétion d insuline qui semble «normale à forte». Activité 4 Rechercher l origine du diabète de type 2 (Raisonner, extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique) À l aide des documents 4a, 4b, 4c et 4d, confirmer ou infirmer les hypothèses émises (question de l activité 2). Document 4a Structure primaire de l insuline d un individu sain et d un individu atteint de diabète de type 2 L insuline mature comporte 51 acides aminés répartis sur les deux chaînes : chaîne A (21 acides aminés), chaîne B (30 acides aminés) Insuline de l individu sain Insuline de l individu atteint Chaîne A Chaîne B Chaîne A Chaîne B Gly- Ile- Val- Glu- Gln- Cys- Cys- Thr- Ser- Ile- Cys- Ser- Leu- Tyr- Gln- Leu- Glu- Asn- Tyr- Cys- Asn Phe- Val- Asn- Gln- His- Leu- Cys- Gly- Ser- His- Leu- Val- Glu- Ala- Leu- Tyr- Leu- Val- Cys- Gly- Glu- Arg- Gly- Phe- Phe- Tyr- Thr- Pro- Lys- Thr Gly- Ile- Val- Glu- Gln- Cys- Cys- Thr- Ser- Ile- Cys- Ser- Leu- Tyr- Gln- Leu- Glu- Asn- Tyr- Cys- Asn Phe- Val- Asn- Gln- His- Leu- Cys- Gly- Ser- His- Leu- Val- Glu- Ala- Leu- Tyr- Leu- Val- Cys- Gly- Glu- Arg- Gly- Phe- Phe- Tyr- Thr- Pro- Lys- Thr Document 4b Mesure de la quantité de glucose radioactif contenu dans les adipocytes d un individu atteint de diabète et chez un individu sain On réalise l expérience schématisée ci-dessous chez un individu atteint de diabète de type 2 et chez un individu sain. Dans chacun des cas, on mesure la quantité de glucose radioactif contenu dans les adipocytes. 42

42 prélèvement et mise en culture d adipocytes ajout de glucose radioactif ajout d insuline d un individu sain individu atteint de diabète de type 2 Résultats : Mesure de la quantité de glucose radioactif contenu dans les adipocytes Quantité d insuline ajoutée (mmol) Individu atteint de DT2 (en u.a.) Individu sain (en u.a.) Après avoir injecté une quantité d insuline radioactive à des individus sains et des individus atteints de diabète de type 2, on mesure la quantité d insuline radioactive fixée par les récepteurs pour chaque dose d insuline injectée. Voici les résultats : Document 4c Mesure de la quantité d insuline radioactive fixée par les récepteurs des cellules musculaires en fonction de la quantité d insuline injectée Insuline radioactive liée en % du maximum sujets non diabétiques sujets atteints de DT Concentration d insuline en ng.ml 1 La fixation de l insuline sur ses récepteurs spécifiques déclenche dans la cellule une série de réactions chimiques qui concourent à favoriser l absorption et le stockage du glucose par la cellule. Cette série de réactions chimiques peut être dénommée «activité du récepteur». On mesure l activité des récepteurs à insuline chez un individu sain et chez un individu atteint de diabète de type 2. 43

43 Document 4d Degré d activité des récepteurs à l insuline des cellules musculaires en fonction de la concentration en insuline au voisinage des récepteurs Activité du recepteur en % de l activité maximale sujets non diabétiques sujets atteints de DT Concentration d insuline en nmol.l 1 À retenir Le diabète de type 2 affecte plutôt les individus âgés de plus de 50 ans. Ce diabète s installe très progressivement alors que l insuline devient de moins en moins efficace. 4. Les facteurs de déclenchement du diabète a) Quels sont les facteurs qui semblent déclencher le diabète de type 1? Activité 5 Découvrir les facteurs déclenchant du diabète de type 1 (Extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique, raisonner) Après avoir étudié les documents 5a, 5b, 5c et 5d, indiquer les facteurs qui semblent responsables du déclenchement du DT1. Document 5a Risque de survenue d un diabète insulinodépendant Il est important de connaître le risque de survenue d un diabète de type 1 dans la fratrie d un enfant diabétique ou lorsque l un des deux parents est diabétique pour pouvoir répondre aux questions des patients. Les différents risques sont résumés dans le tableau ci-dessous : Enfant de mère atteinte de DT1 2 à 3 % Enfant de mère atteinte de DT1 4 à 5 % Frère ou sœur d une personne atteinte de DT1 5 % Jumeau homozygote d une personne atteinte de DT1 30 à 40 % 44

44 Document 5b Risque de déclarer un diabète de type 1 en fonction de quelques combinaisons allèliques Le complexe HLA est un ensemble de 6 gènes situés sur le chromosome 6 qui code pour des protéines localisées à la surface des cellules et intervenant dans les phénomènes immunitaires de rejet. Chaque gène comporte un grand nombre d allèles. Les combinaisons d allèles sont donc très nombreuses. Combinaison allélique Risque de déclarer un DT1 DR3 0,6 à 1 % DR4 0,6 à 1 % DR3 / DR4 7 % DR15 0,012 % Document 5c Comparaison entre la structure primaire de la GAD humaine (décarboxylase de l acide glutamique) et la protéine PC2 du Coxsackie virus. Les Coxsackies virus sont responsables de différentes infections au niveau du cœur et du foie. Des comparaisons entre la protéine P2C du Coxsackie virus et de la protéine humaine GAD ont été réalisées. La GAD (décarboxylase de l acide glutamique) est une enzyme présente de façon spécifique dans les cellules ß des îlots de Langerhans. Protéine humaine GAD : acides aminés 257 à 268 Protéine PC2 du Coxsackie virus : acides aminés 34 à 45 Séquence d acides aminés Lys-Met-Phe-Pro-Glu-Val-Lys-Glu- Lys-Gly-Met-Ala Lys-Ile-Leu-Pro-Glu-Val-Lys-Glu-Lys- His-Glu-Pro Document 5d Relation entre des cas de DT1, l allaitement maternel et la présence d anticorps anti-bsa Une étude suédoise a recensé le nombre de cas de DT1 (pour habitants et par an) déclaré vers l âge de 10 ans entre 1940 et Cette étude met en relation ces cas de DT1 et l évolution du pourcentage d enfants nourris exclusivement au sein pendant 2 mois et plus durant cette même période : Années Cas de DT % d enfants nourris au sein Une équipe finlandaise pense qu une protéine de lait de vache, la BSA, déclencherait une réaction immunitaire pouvant également toucher les îlots de Langerhans. Ils ont recherché des anticorps anti-bsa dans le sérum d enfants sains et d enfants atteints de DT1 récemment diagnostiqués. 45

45 60 Nombre d enfants enfants non atteints enfants atteints Taux d anticorps anti BSA (u.a. À retenir La déclaration du diabète de type 1 est multifactorielle. Elle dépend d un facteur génétique : on parle alors de gènes de prédisposition ou gènes de susceptibilité. Elle dépend également de divers facteurs environnementaux tels que la présence de certains virus ou de l alimentation. b) Quels sont les facteurs qui semblent déclencher le diabète de type 2? Activité 6 Document 6a Découvrir les facteurs déclenchant du diabète de type 2 (Extraire des informations, pratiquer une démarche scientifique, raisonner) Après avoir étudié les documents 6a et 6b, indiquer les facteurs qui semblent responsables du déclenchement du DT2. Risque relatif de diabète de type 2 selon différentes situations Population française 2 à 4 % Jumeau homozygote d une personne atteinte de DT2 90 à 100 % Enfant de deux parents atteints de DT2 30 à 60 % Frère ou sœur d une personne atteinte de DT2 10 à 30 % Document 6b Risques relatifs de diabète de type 2 en fonction de l index pondéral (IMC*) et de l activité physique Poids normal (18 IMC 25) Surpoids (25 IMC 30) Obésité (IMC 30) Individus Individus Individus actifs sédentaires actifs sédentaires actifs sédentaires 0,8 1,0 3,2 3,8 11,0 11,9 * L IMC est l indice de masse corporelle : il est égal à la masse en kg divisée par le carré de la taille en m. 46

46 À retenir Le diabète de type 2 a aussi une origine multifactorielle : la prédisposition génétique et certains facteurs liés à l environnement favorisent le risque de diabète. Il est important de noter que 80 % des malades sont obèses. L obésité est donc un des principaux facteurs de risque du diabète de type 2. Une absence d activité physique et une alimentation déséquilibrée augmentent le risque d obésité, et donc le risque de survenue du diabète de type Les différents traitements a) Les traitements du diabète de type 1 Le traitement du diabète de type 1 le plus usuel est l injection intramusculaire d insuline. Pour améliorer le contrôle de la glycémie, de plus en plus de diabétiques se font plusieurs injections par jour. Document 7 Injection d insuline Document 8 Injection et effet de l insuline injectée Le diabétique peut avoir besoin de 3 injections d insuline rapide lors de chaque repas (elle agit directement et pendant environ 3 heures), et d une injection d insuline à action prolongée, par exemple lors du repas du soir. Cette dernière aura un effet prolongé pendant 24 heures. 47

47 + 20 h repas du soir 7 h petit déjeuner 12 h déjeuner 20 h injection d insuline à action rapide injection d insuline à action prolongée On utilise de plus en plus fréquemment des pompes à insuline placées sous la peau, mesurant en permanence la glycémie et injectant en permanence aussi la quantité d insuline nécessaire. Cette technique présente de nombreux avantages : pas d insuline à transporter, une régulation de la glycémie quasi normale. Plus récemment, les recherches s orientent vers des greffes d îlots de Langerhans. b) Les traitements du diabète de type 2 Le traitement pharmacologique actuel de l hyperglycémie du diabétique de type 2 est complexe, il repose sur : Une stimulation de la sécrétion d insuline par des sulfonylurées. Une diminution de la production hépatique de glucose par la metformine. Une augmentation de l action de l insuline par les glitazones. Un ralentissement de l absorption intestinale du glucose par l acarbose. Ces traitements sont associés à un régime alimentaire strict et une activité physique adaptée. 48

48 Bilan du chapitre 3 Le diabète de type 1 se définit par une hyperglycémie et une très faible sécrétion d insuline due à la destruction des cellules ß des îlots de Langerhans par les lymphocytes T du système immunitaire : c est une maladie auto-immune. On qualifie ce diabète de diabète insulino-dépendant (DID). Effectivement, son traitement consiste à l heure actuelle en des injections d insuline. Le diabète de type 2 se caractérise par une hyperglycémie associée à une production normale à forte d insuline. Les cellules cibles de l insuline deviennent progressivement insensibles à l insuline. C est un diabète non insulino-dépendant. Les facteurs de déclenchement de ces deux types de diabète sont à la fois génétiques et environnementaux. Document 9 Schéma de synthèse Diabète de type 1 10% de la population diabétique Diabète de type 2 90% de la population diabétique Gènes de prédisposition Facteurs environnementaux Début brutal chez les jeunes Hyperglycémie, soif intense, miction importante Poids normal ou faible Cellules ß des îlots de Langerhans détruites Très peu ou pas d insuline produite Présence de très nombreux récepteurs à l insuline Glycémie 1,26 g.l 1 Insulinémie très faible Apports réguliers d insuline exogène Diabète insulino-dépendant Déclenchement Gènes de prédisposition multifactoriel Facteurs environnementaux Début très progressif chez l adulte Sujets obèses 4 fois sur 5 Signes cliniques Cellules ß des îlots de Langerhans Pancréas intactes Insuline produite Cellules cibles Pas de réponse à l insuline hépatiques, Utilisation du glucose perturbée musculaires et adipeuses Glycémie 1,26 g.l 1 Sang Insulinémie normale à forte diminuant avec le temps Moyens de lutte Type de diabète Médicaments agissant sur l insulino-sécrétion et l insulinorésistance Alimentation équilibrée et activité physique Diabète non insulino-dépendant 49

49 4 Synthèse Du chapitre 2 : La régulation de la glycémie La glycémie représente la concentration de glucose dans le sang. Cette concentration oscille autour d une valeur dite de consigne d environ 1 g.l 1 ou 5,5 mmol.l 1 malgré des apports intermittents et une consommation cellulaire variable. On parle d homéostasie glycémique. L homéostat glycémique est constitué de différents organes. Les organes effecteurs stockent et, pour certains, restituent le glucose. Le foie, les muscles et le tissu adipeux sont les organes effecteurs. Le foie, par glycogénogenèse, stocke le glucose sous forme de glycogène ; par glycogénolyse, il restitue le glucose. La glycogénogenèse a lieu aussi dans les muscles mais pas la glycogénolyse. Les adipocytes stockent le glucose sous forme de triglycérides, ce phénomène est appelé la lipogenèse. Ce stockage de glucose n est pas irréversible car le foie peut produire du glucose à partir des triglycérides remis en circulation. Le glucose stocké dans les adipocytes représente une réserve beaucoup plus importante que le glycogène hépatique, mais ce stock n est pas immédiatement disponible en raison de la complexité des mécanismes de production du glucose à partir des triglycérides. Le pancréas est l organe qui commande la régulation de la glycémie. Les cellules des îlots de Langerhans du pancréas captent en permanence la valeur de la glycémie et produisent en fonction de cette valeur deux hormones : l insuline et le glucagon. L insuline, sécrétée par les cellules ß des îlots de Langerhans, est une hormone hypoglycémiante. Elle favorise l absorption du glucose et sa mise en réserve par les organes effecteurs. Le glucagon, sécrété par les cellules des îlots de Langerhans, est une hormone hyperglycémiante. Il favorise la glycogénolyse au niveau des hépatocytes. Les variations de la glycémie (paramètre réglé) déclenchent la sécrétion d hormones par les cellules insulaires pancréatiques (système de commande) qui agissent sur les organes effecteurs afin de ramener la glycémie à sa valeur de consigne. Par conséquent, une légère hausse de la glycémie par apport alimentaire déclenche une réponse qui tend à faire baisser la glycémie. Au contraire, une légère baisse de la glycémie par consommation due à un effort physique intense déclenche une réponse qui tend à augmenter la glycémie. Un tel système de contrôle constitue une boucle de rétroaction qui assure une autorégulation permanente du paramètre réglé, ici, la glycémie. 50

50 Diminution de la sécrétion de glucagon Augmentation de la sécrétion d insuline Hausse de la glycémie Boucle de régulation de la glycémie Baisse de la glycémie Augmentation de la sécrétion de glucagon Diminution de la sécrétion d insuline Du chapitre 3 : Le diabète Le diagnostic de diabète est établi lorsque, à deux reprises, on constate une glycémie à jeun supérieure à 1,26 g.l 1. Il existe deux types de diabète : le diabète de type 1 (DT1) et le diabète de type 2 (DT2). Le diabète de type1 se caractérise par une glycémie très élevée (en général supérieure à 4 g.l 1 ), par une insulinémie quasi nulle, une glycosurie, un amaigrissement malgré une alimentation excessive, une soif intense et une importante miction. Les lymphocytes T détruisent progressivement les cellules ß des îlots de Langerhans. C est une maladie autoimmune qui se déclare le plus souvent chez des sujets jeunes (avant 20 ans). Le diabète de type 2 affecte plutôt des adultes au-delà de 50 ans présentant un surpoids et une vie sédentaire. La glycémie est supérieure à la normale et le sujet produit dans un premier temps de l insuline. Les cellules cibles deviennent progressivement insensibles à l insuline. Les facteurs déclenchant le diabète de type 1 comme le diabète de type 2 sont d ordre génétique et environnemental. Une étude menée sur le diabète de type 1 montre qu il existe des gènes de prédisposition. Ainsi, un lien a pu être établi entre les gènes HLA et le DT1. Une vie sédentaire associée à une obésité augmente très fortement les risques de développer un diabète de type2. Les traitements de ces diabètes sont nombreux et variés. Ils dépendent évidemment du type de diabète, de son intensité, des caractéristiques du patient. Il faut également tenir compte de facteurs aggravants, tels l hypertension artérielle, l hyperlipidémie, le tabagisme, l alcoolisme. Le diabète de type 1 se traite par injection d insuline. Des espoirs existent comme la greffe d îlots de Langerhans, l implantation de pancréas artificiel et l encapsulation des cellules productrices d insuline, qui permettrait de diminuer les réactions du système immunitaire et donc de réduire les traitements immunosuppresseurs. Divers médicaments traitent le diabète de type 2 en stimulant la sécrétion d insuline, en diminuant la production hépatique de glucose, en augmentant l action de l insuline et en ralentissant l absorption intestinale des glucides. 51

51 5 Glossaire Acinus pancréatique : regroupement en forme de petites boules de cellules sécrétrices du suc pancréatique Adipocyte (N.m.) : cellule du tissu adipeux assurant le stockage des graisses dans l organisme. Amidon : grosse molécule de glucides polymère du glucose. Amylase : protéine enzymatique digestive de la salive qui a pour rôle de digérer l amidon. Athérome : dépôt plus ou moins étendu et plus ou moins épais de graisses (lipides) sur la surface interne des artères. Athérosclérose : épaississement de la paroi artérielle par des plaques d athérome, pouvant conduire à l obstruction de l artère. Biocatalyseur : du grec kata [cata-], exprimant une idée de dégradation, de recul, et du grec lusis [lyso-, -lyse], «dissolution». Substance présente dans les tissus vivants et qui est indispensable à la réalisation de réactions chimiques vitales. À la fin de la réaction, le biocatalyseur n est pas altéré et est à nouveau fonctionnel. La vitesse d action des biocatalyseurs est élevée à température compatible avec l organisme. Cellule cible : se dit d une cellule spécifiquement sensible à une hormone. Eau iodée : réactif de couleur marron-orangé-jaune permettant de mettre en évidence la présence d amidon par une coloration bleu nuit. Empois d amidon : amidon en solution aqueuse légèrement chauffée. Fermentation : voie d oxydation partielle de métabolites (glucose par exemple) fournissant peu d énergie sous forme d ATP, des molécules organiques et des molécules minérales (CO 2 et H 2 O). La nature des molécules organiques définit le type de fermentation. Glande endocrine : glande spécialisée dans la sécrétion d hormone. Glucagon : hormone hyperglycémiante produite par les cellules des îlots de Langerhans du pancréas. Glucagonémie : concentration de glucagon dans le sang. Glycémie : concentration de glucose dans le sang en g.l 1 ou mmol.l 1. Glycogène : polymère du glucose. Glycogénogenèse : polymérisation du glucose en glycogène. 52

52 Glycogénolyse : hydrolyse du glycogène en glucose. Glycosurie : présence de glucose dans les urines. Hépatocyte : cellule du foie. Homéostasie : fonction permettent le maintien d une variable biologique. Homéostat : ensemble des organes et des processus impliqués dans la régulation d un paramètre biologique. Hormone : molécule produite par des cellules spécialisées (cellules endocrines). Transportée par le sang, elle modifie le fonctionnement d autres cellules situées à distance des cellules ayant produit l hormone. Hydrolyse : décomposition grâce aux ions H 3 O + et HO provenant de la dissociation de l eau (hydro = eau ; lyse = destruction). Hyperglycémiant : qui provoque une augmentation de la glycémie. Hyperglycémie : glycémie supérieure à 1,2 g.l 1. Hypoglycémiant : qui provoque une diminution de la glycémie. Hypoglycémie : glycémie inférieure à 0,7 g.l 1. Insuline : hormone hypoglycémiante produite par les cellules ß des îlots de Langerhans du pancréas. Insulinémie : concentration d insuline dans le sang. Lipogenèse : formation de triglycérides à partir du glucose. Liqueur de Fehling : la liqueur de Fehling, initialement bleue, conduit à un dépôt de couleur rouge brique à chaud, et cela uniquement en présence d un composé qui présente une fonction aldéhyde (tels les sucres réducteurs, comme le glucose, le maltose). Lymphocytes : cellules appelées aussi leucocytes ayant un rôle majeur dans l immunité. Maladie auto-immune : maladie due à une hyperactivité du système immunitaire à l encontre de substances ou de tissus qui sont normalement présents dans l organisme. Miction : action d uriner. Milieu intérieur : principaux liquides internes essentiels à l organisme composés du sang, de la lymphe canalisée et de la lymphe interstitielle. Milieu intracellulaire : milieu constitué du cytoplasme dans la cellule. Pepsine : enzyme digestive du suc gastrique qui a pour rôle de digérer les protéines. Polymère : molécule formée de l association de plusieurs molécule identiques. Polyurie : Augmentation anormale du volume des urines. 53

53 Prévalence : Nombre de personnes atteintes d une certaine maladie dans une population donnée à un moment donné. Respiration : voie oxydation totale de métabolites (glucose par exemple) fournissant de l énergie sous forme d ATP et des molécules minérales (CO 2 et H 2 O). Trypsine : enzyme digestive du suc pancréatique qui a pour rôle de digérer les protéines. Triglycérides : composés lipidiques de l organisme constituant la principale réserve énergétique de l organisme et stockés dans les tissus adipeux. Veine porte : veine qui conduit le sang provenant des intestins vers le foie. 54

54 6 Exercices Exercices d apprentissage du chapitre 2 Exercice 1 Exercice 2 Vrai ou faux. Barrer les affirmations fausses : 1. Les hépatocytes : a. sont les cellules du foie b. sont les cellules du tissu adipeux c. sont capables de stocker le glucose sous forme de glycogène d. sont capables de stocker le glucose sous forme de triglycérides e. sont capables de libérer du glucose dans le sang 2. Les adipocytes : a. sont les cellules du foie b. sont les cellules du tissu adipeux c. sont capables de stocker le glucose sous forme de glycogène d. sont capables de stocker le glucose sous forme de triglycérides e. sont capables de glycogénolyse 3. Les cellules musculaires : a. sont les cellules du foie b. sont les cellules du tissu adipeux c. sont capables de stocker le glucose sous forme de glycogène d. sont capables de glycogénolyse et de libérer le glucose e. sont capables de glycogénogenèse 4. La glycogénolyse est : a. la mise en réserve du glucose sous forme de glycogène b. l hydrolyse du glycogène permettant la libération du glucose 5. La glycogénogénèse est : a. la mise en réserve du glucose sous forme de glycogène b. l hydrolyse du glycogène permettant la libération du glucose 6. L insuline est : a. une hormone hypoglycémiante b. une hormone hyperglycémiante c. sécrétée par les cellules ß des îlots de Langerhans d. sécrétée par les cellules des îlots de Langerhans On cherche le mode d action du foie dans le mécanisme de régulation de la glycémie. Sur un chien en bonne santé et à jeun, on mesure toutes les 10 minutes la glycémie dans la veine porte hépatique (GA) et dans la veine sus-hépatique (GV). Au temps 30 minutes, on perfuse le chien par intraveineuse de 235 mg de glucose par minute pendant 90 minutes. 55

55 Les résultats sont indiqués dans le tableau ci-dessous : Temps en minutes Glycémie dans la veine porte hépatique (GA ) en mg.100ml 1 Glycémie dans la veine sus-hépatique (GV ) en mg.100ml 1 Débit sanguin hépatique (DSH) en ml.min Aide 1 Le bilan hépatique est exprimé en mg de glucose par minute. Calculer le bilan hépatique aux différents moments de l expérience. Rechercher la différence entre la quantité de glucose sortant du foie et celle entrant dans le foie. Pour le temps 0, cette valeur est de 16 mg.100ml 1. Ensuite, par un calcul de proportionnalité, et sachant que le débit hépatique à ce moment est de 260 ml.mi 1, il est simple de calculer le bilan en mg.min 1 En utilisant le logiciel «Open calc», représenter graphiquement l évolution du bilan hépatique en fonction du temps. Utiliser les fonctionnalités du logiciel Open writer pour indiquer sur le graphique la période de perfusion. Décrire les variations du bilan hépatique observées pendant la durée de l expérience. Expliquer ces variations à l aide de vos connaissances. 56

56 Exercice 3 Aide 1 Aide 2 Document 1 À l aide des documents ci-après et de vos connaissances, préciser les différents rôles de l insuline et expliquer quand et comment sa sécrétion est déclenchée. Avant de rédiger, examiner bien chaque document et déterminer sa contribution à la résolution du problème posé. Ne pas oublier de faire un bilan pour bien répondre à la question. Variation de la glycémie suite à l injection en intraveineuse d insuline chez un animal à jeun sain Glycémie en g.l 1 Animal à jeun 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Injection d insuline (0,04 U.kg Temps en minutes Document 2 Libération d insuline par un pancréas isolé et perfusé en fonction de la concentration en glucose de la solution perfusée. Sécrétion d insuline en µu.ml 1 Concentration de glucose ,6 g.l 1 0,8 g.l 1 0,7 g.l 1 0,9 g.l 1 0,7 g.l Temps en minutes Information 1 Une injection d insuline provoque chez un chien normal à jeun une chute rapide du bilan hépatique qui passe en moins d une heure de 42 mg de glucose par minute à une valeur à peu près nulle. Chez un chien témoin également à jeun, le bilan hépatique ne se modifie pas significativement pendant cette période de temps. 57

57 Document 3 Variation du bilan hépatique chez le chien au cours du temps Bilan hépathique en mg de glucose par minute Injection d insuline Temps en minutes Information 2 Document 4 Le bilan hépatique représente la différence entre la quantité de glucose sortant du foie et celle entrant pendant le même temps. Du tissu musculaire est maintenu en vie dans un milieu de culture convenable ; on dose le prélèvement de glucose effectué par ce tissu dans le milieu ainsi que sa teneur en glycogène au bout de 10 minutes. Comportement du tissu musculaire avec ou sans insuline Glucose prélevé dans le milieu en mg de glucose par g de muscle et pour 10 minutes Milieu sans insuline Milieu avec insuline Teneur du muscle en glycogène au bout de 10 minutes en mg par g de muscle Milieu sans insuline Milieu avec insuline 1,43 1,88 2,45 2,85 Information 3 On sait qu une alimentation riche en glucides fait engraisser. Par ailleurs, chez un animal à qui on a détruit expérimentalement les cellules ß des îlots de Langerhans, on constate que la formation des lipides dans le tissu adipeux est réduite de près de 90 %. 58

58 Exercices d apprentissage du chapitre 3 Exercice 1 Exercice 2 Document 1 Voici une liste de caractéristiques relatives aux deux types de diabète : A. Hyperglycémie chronique. B. Composante génétique. C. Influence des facteurs environnementaux. D. Absence de production d insuline. E. Résistance des cellules cibles à l insuline. F. Défaillance des mécanismes de régulation de la glycémie. Quelles sont les caractéristiques du diabète de type 1? A B C D E F Quelles sont les caractéristiques du diabète de type 2? A B C D E F Des études épidémiologiques ont été réalisées chez les indiens Pima, communauté au sein de laquelle la fréquence des diabètes de type 2 est particulièrement élevée. On cherche à identifier l origine de cette constatation. Les indiens Pima sont séparés en deux populations : les indiens Pimas mexicains de Maycoba et les indiens Pima habitant aux États-Unis à Gila River. Localisation des populations d indiens Pima Californie Phoenix Gila River Tuscon Nogueles Mexique Maycoba Présence des indiens Pima 59

59 Document 2 Pourcentages de nouveaux cas de diabète de type 2 détectés par an en fonction du lien de parenté et de l IMC Nouveaux cas pour 1000 personnes par an <20 20 à à à à 40 >40 Indice de masse corporelle (kg.m 2) aucun parent diabétique un parent diabétique deux parents diabétiques Document 3 Diabètes, nutrition et modes de vie des deux populations d indiens Pima Pimas de Gila River Pimas de Maycoba % d individus atteints de diabète de type ,9 % d individus atteints d obésité Activité physique en heures par semaine 5 25 Apports lipidiques en % de l apport total Apports de fibres en g.j Mode de vie sédentaire agriculteur À partir de l étude des documents 1, 2 et 3 et de vos connaissances, indiquer quels sont les facteurs qui influencent l apparition du diabète de type 2 chez les indiens Pima habitant aux États-Unis. Exercice 3 Au cours de l évolution de la maladie, l importance des troubles varie d une personne à l autre, voire chez une même personne. Des études ont comparé des personnes atteintes de diabète de type 2 à des stades évolutifs différents (notés 1, 2, 3, 4 et 5) à des sujets témoins (notés 0). Leur insulinémie et l utilisation du glucose par leur organisme sont mesurées. On mesure aussi leur glycémie au cours d un test d hyperglycémie provoquée. 60

60 Document 1 Évolution de l insulinémie aux différents stades de la maladie par rapport au témoin (0) Insuline en µu.ml 1 pendant un test d hyperglycémie provoquée différents stades de la maladie Document 2 Évolution de l utilisation du glucose sous stimulation insulinique (mg.m 2.min 1 ) aux différents stades de la maladie par rapport au témoin (0) Utilisation du glucose sous stimulation insulinique (mg.m 2 min 1 ) différents stades de la maladie Document 3 Évolution de la glycémie (g.l 1 ) pendant un test d hyperglycémie provoquée aux différents stades de la maladie par rapport au témoin (0) Glycémie moyenne (gl 1 ) pendant un test d hyperglycémie provoquée 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, différents stades de la maladie 61

61 À partir de l étude des documents 1 et 2, indiquer comment évolue le fonctionnement du pancréas au cours de la maladie. En prenant successivement les individus aux stades 2 et 5, montrer que les valeurs d insulinémie et de l utilisation du glucose par les organes justifient leur glycémie lors du test d hyperglycémie provoquée (document 3). 62