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Le contrôle des flux de glucose, source essentielle d’énergie des cellules musculaires
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Introduction :
Lors d’un effort, les besoins des muscles ne sont pas les mêmes qu’au repos. Pour fonctionner, les cellules musculaires ont besoin d’énergie apportée par le glucose et le dioxygène. Elles ont également des déchets à rejeter, comme le dioxyde de carbone.
Comment les flux de glucose dans l’organisme sont-ils contrôlés afin d’apporter aux muscles l’énergie dont ils ont besoin ?
Dans un premier temps, nous verrons comment le corps adapte les apports en glucose en fonction de l’activité ; puis nous verrons comment la quantité de glucose dans le sang est régulée. Enfin, nous aborderons différents troubles liés à une mauvaise régulation du glucose.
Cellules musculaires et besoins en glucose
Des besoins variables en fonction de l’activité
Lors d’un effort, les muscles ont davantage besoin d’énergie sous forme d’ATP afin d’assurer leur fonction de contraction. Cette énergie est apportée par le métabolisme respiratoire qui utilise des nutriments comme le glucose et de l’oxygène circulant dans le sang.
Ainsi, plus l’activité est intense, plus les besoins musculaires vont augmenter.
La respiration cellulaire est un métabolisme permettant la synthèse d’ATP à partir de glucose et de dioxygène. Les mitochondries sont le lieu de cette respiration.
Comparatif des quantités de dioxygène, de dioxyde de carbone et de glucose au repos et à l’effort
Grâce à une augmentation de la fréquence respiratoire, le volume de dioxygène inspiré, et donc l’ sanguin disponible pour les cellules de l’organisme, augmente. Cette augmentation cherche à répondre aux besoins des cellules musculaires lors de l’effort.
La consommation en dioxygène est mesurée en volume d’air consommé. On la note .
Augmentation du volume d’air consommé et des besoins en glucose lors de l’effort
Lors d’un effort :
Une irrigation adaptée aux besoins des muscles
Pour faciliter les apports aux muscles, le débit sanguin intramusculaire doit également augmenter.
Au repos, les organes nécessitant le plus de volume sanguin sont les organes du noyau central (système digestif, système nerveux central, etc.) que l’on retrouve au niveau du tronc. Logique, ce sont eux qui réalisent les fonctions essentielles du corps au repos.
Lors d’un effort, les besoins des muscles augmentent, nécessitant un apport plus important en sang.
En outre, lors de l’effort, on note une optimisation de la distribution du volume sanguin pour répondre aux besoins des muscles :
Vasoconstriction :
La vasoconstriction consiste en la contraction des muscles lisses autour de la paroi d’un vaisseau sanguin, diminuant ainsi son diamètre et donc le débit sanguin à l’intérieur de ce vaisseau.
Vasodilatation :
À l’inverse, la vasodilatation est un relâchement des muscles lisses autour de la paroi d’un vaisseau sanguin, augmentant ainsi son diamètre et donc le débit sanguin à l’intérieur de ce vaisseau.
Le sang circule donc plus vite et en plus grand volume au niveau des muscles.
Une vasodilatation au niveau de la peau permet également de dissiper la chaleur produite en surplus par l’effort. En effet, le flux de sang plus important permis par la dilatation des capillaires au niveau de la peau augmente les échanges avec le milieu extérieur. Ceci permet la thermorégulation du corps lors de l’effort.
Lors d’un effort, la fréquence cardiaque augmente ainsi que la dilatation des vaisseaux sanguins irriguant les muscles.
Glycémie et contrôle
Le stockage du glucose
Glycémie :
La glycémie est le taux de glucose dans le sang qui se mesure en . Une glycémie dite « normale » a une valeur proche de .
Les sucres sont présents dans l’organisme sous forme libre, le glucose, ou sous forme de réserve, le glycogène.
On trouve le glucose dans le sang, tandis que le glycogène est stocké dans le foie et les muscles.
On observe une augmentation de la glycémie après un repas et une diminution pendant un effort prolongé. Le retour à la normale se fait en quelques heures. La glycémie doit être régulée par l’organisme car une hyperglycémie ou une hypoglycémie prolongée peut entraîner des problèmes énergétiques et de santé.
La glycémie fluctue peu dans la journée, et ce malgré la prise de repas et la consommation de glucose par l’organisme lors des efforts (de à ), grâce à des organes capables de stocker ou de libérer du glucose. Ce faible écart montre la présence d’un système de régulation performant. L’organe responsable de cette régulation est le pancréas, situé près de l'estomac.
Le rôle du pancréas
Le pancréas est l’organe de contrôle de la glycémie. Il libère des hormones capables d’agir sur des organes effecteurs (le foie et les muscles) dans le but de faire varier la glycémie et ainsi la rapprocher de sa valeur de base.
Le pancréas a deux fonctions distinctes :
La glycémie est donc une valeur régulée. On peut représenter le contrôle de la glycémie par une boucle de régulation :
Les flux de glucose à l’échelle cellulaire
L’insuline et le glucagon agissent sur les organes effecteurs que sont le foie et les muscles notamment. À la surface des cellules de ces organes se trouvent différents récepteurs.
La cellule musculaire va consommer son propre glucose stocké sous forme de glycogène puis, à terme, le glucose circulant.
Seul le foie est capable de déstocker le glucose, en le libérant dans le sang en cas d’hypoglycémie. La cellule musculaire ne peut dépolymériser le glycogène que pour ses propres besoins, donc en cas d’activité.
Un type de transporteur permet l’entrée du glucose et un autre la sortie. L’entrée est inhibée par le glucagon et activée par l’insuline. La sortie est inhibée par l’insuline et activée par le glucagon.
Glycémie et dérégulation
L’hypoglycémie prolongée
Chez une personne en bonne santé, et dans une situation normale, la glycémie est d’environ . Il est cependant possible que certaines pathologies ou situations entraînent une hypoglycémie anormalement prolongée.
Certains médicaments mais aussi certaines pathologies du foie peuvent entraîner une hypoglycémie, tout comme un jeûne de plusieurs jours.
Le jeûne prolongé volontaire a des effets néfastes sur la santé.
En cas d’hypoglycémie (glycémie ) on peut noter les symptômes suivants :
Si elle est sévère et prolongée, l’hypoglycémie peut conduire à la destruction de certains tissus et au coma. Les neurones notamment sont des cellules glucodépendantes, c’est pourquoi l’hypoglycémie peut provoquer des vertiges et des maux de tête.
L’hypoglycémie peut entraîner différents troubles mais ne survient que très rarement de manière sévère chez des individus en bonne santé.
Les diabètes
Le diabète est une maladie entraînée par un trouble de l’assimilation ou de l’utilisation du glucose par l’organisme, à l’origine d’une hyperglycémie chronique. Il est responsable à long terme du développement de complications au niveau vasculaire et neurologique (il peut toucher les reins, la vision, les neurones).
Le coût, important, engendré par les traitements en fait un problème reconnu de santé publique.
Le diabète est diagnostiqué lors d’une glycémie à jeun d’au moins .
Il existe plusieurs types de diabète. Les plus connus sont :
Les traitements existants permettent aux personnes atteintes de vivre en limitant les symptômes et en empêchant la survenue de complications. Il n’est cependant pas possible de guérir le diabète à l’heure actuelle.
diabète de type 1 DID | diabète de type 2 DNID | |
fréquence | des diabètes | des diabètes |
apparition des premiers symptômes | enfant à jeune adulte | généralement après 40 ans dans la plupart des cas |
symptômes | hyperglycémie chronique
soif intense urines abondantes amaigrissement rapide |
hyperglycémie chronique
surpoids |
insuline | absente
destruction des cellules par l’organisme (maladie auto-immune) |
synthèse insuffisante
insulinorésistance (l’insuline n’agit pas correctement) |
causes | prédisposition génétique
environnement |
maladie héréditaire
manque d’activité physique alimentation déséquilibrée |
traitements | apport d’insuline par injection
pompe |
régime équilibré à base d’aliments à index glycémique bas (leur glucose n’est libéré que progressivement dans le sang lors de la digestion, cela évite les décharges insuliniques)
activité physique médicaments hypoglycémiants puis insuline |
Conclusion :
Pour permettre de satisfaire les besoins variables des muscles en énergie lors d’un effort, des mécanismes adaptatifs vont être mis en place par l’organisme :
En cas de perturbation de la glycémie, le pancréas sécrète de l’insuline ou du glucagon, qui sont des hormones respectivement hypoglycémiante et hyperglycémiante. Elles agissent sur les organes effecteurs.
Une mauvaise régulation de la glycémie entraîne des troubles graves. Les différents types de diabètes notamment sont des troubles d’hyperglycémies chroniques.