Contrôle hormonal du métabolisme énergétique
La découverte de l’insuline en 1921 a été l’un des événements les plus importants de la médecine moderne. Elle a sauvé la vie d’innombrables patients atteints de diabète sucré, un trouble du métabolisme des glucides caractérisé par l’incapacité de l’organisme à produire de l’insuline ou à y répondre. La découverte de l’insuline a également permis de mieux comprendre la fonction du pancréas endocrine. L’importance du pancréas endocrine réside dans le fait que l’insuline joue un rôle central dans la régulation du métabolisme énergétique. Une carence relative ou absolue en insuline conduit au diabète sucré, qui est une cause majeure de maladie et de décès dans le monde.
L’hormone pancréatique glucagon, en conjonction avec l’insuline, joue également un rôle clé dans le maintien de l’homéostasie du glucose et dans la régulation du stockage des nutriments. Un apport adéquat en glucose est nécessaire pour une croissance et un développement corporels optimaux et pour le fonctionnement du système nerveux central, pour lequel le glucose est la principale source d’énergie. C’est pourquoi des mécanismes élaborés ont été mis au point pour garantir le maintien des concentrations de glucose dans le sang dans des limites étroites, que ce soit pendant les périodes de festin ou de famine. Les nutriments consommés en excès peuvent être stockés dans l’organisme et rendus disponibles plus tard, par exemple lorsque les nutriments sont rares, comme pendant le jeûne, ou lorsque l’organisme utilise de l’énergie, comme pendant l’activité physique. Le tissu adipeux est le principal site de stockage des nutriments, presque tous sous forme de graisse. Un seul gramme de graisse contient deux fois plus de calories qu’un seul gramme de glucides ou de protéines. En outre, la teneur en eau est très faible (10 %) dans le tissu adipeux. Ainsi, un kilogramme de tissu adipeux a une valeur calorique 10 fois supérieure à celle du même poids de tissu musculaire.
Après l’ingestion des aliments, les molécules de glucides sont digérées et absorbées sous forme de glucose. L’augmentation des concentrations de glucose dans le sang qui en résulte est suivie d’une augmentation de 5 à 10 fois des concentrations d’insuline sérique, qui stimule l’absorption du glucose par les tissus hépatiques, adipeux et musculaires et inhibe la libération du glucose par le tissu hépatique. Les acides gras et les acides aminés dérivés de la digestion des graisses et des protéines sont également absorbés et stockés dans le foie et les tissus périphériques, notamment le tissu adipeux. L’insuline inhibe également la lipolyse (la dégradation des graisses), empêchant ainsi la mobilisation des graisses. Ainsi, pendant l’état « nourri », ou anabolique, les nutriments ingérés qui ne sont pas immédiatement utilisés sont stockés, un processus largement dépendant de l’augmentation de la sécrétion d’insuline associée à la nourriture.
Quelques heures après un repas, lorsque l’absorption intestinale des nutriments est terminée et que les concentrations de glucose dans le sang ont diminué vers les valeurs d’avant le repas, la sécrétion d’insuline diminue, et la production de glucose par le foie reprend afin de soutenir les besoins du cerveau. De même, la lipolyse augmente, fournissant des acides gras qui peuvent être utilisés comme carburant par le tissu musculaire et du glycérol qui peut être converti en glucose dans le foie. Au fur et à mesure que la période de jeûne se prolonge (par exemple, 12 à 14 heures), les concentrations de glucose dans le sang et la sécrétion d’insuline continuent de diminuer, tandis que la sécrétion de glucagon augmente. L’augmentation de la sécrétion de glucagon et la diminution concomitante de la sécrétion d’insuline stimulent la dégradation du glycogène pour former du glucose (glycogénolyse) et la production de glucose à partir d’acides aminés et de glycérol (gluconéogenèse) dans le foie. Après l’épuisement du glycogène hépatique, les concentrations de glucose dans le sang sont maintenues par la gluconéogenèse. Ainsi, l’état de jeûne, ou catabolique, est caractérisé par une diminution de la sécrétion d’insuline, une augmentation de la sécrétion de glucagon et une mobilisation des nutriments à partir des réserves du foie, des muscles et du tissu adipeux.
Avec la poursuite du jeûne, le taux de lipolyse continue d’augmenter pendant plusieurs jours, puis atteint un plateau. Une grande partie des acides gras libérés par le tissu adipeux est convertie en acides cétoniques (acide bêta-hydroxybutyrique et acide acétoacétique, également appelés corps cétoniques) dans le foie, un processus qui est stimulé par le glucagon. Ces acides cétoniques sont de petites molécules qui contiennent deux atomes de carbone. Le cerveau, qui utilise généralement le glucose comme source d’énergie, commence à utiliser les acides cétoniques en plus du glucose. Finalement, plus de la moitié des besoins énergétiques métaboliques quotidiens du cerveau sont satisfaits par les acides cétoniques, ce qui diminue considérablement la nécessité de produire du glucose par le foie et la nécessité de la gluconéogenèse en général. Cela réduit le besoin d’acides aminés produits par la dégradation des muscles, épargnant ainsi le tissu musculaire. La famine se caractérise par de faibles concentrations sériques d’insuline, des concentrations sériques élevées de glucagon et des concentrations sériques élevées d’acides gras libres et d’acides cétoniques.
En résumé, à l’état d’alimentation, l’insuline stimule le transport du glucose dans les tissus (pour être consommé comme carburant ou stocké sous forme de glycogène), le transport des acides aminés dans les tissus (pour construire ou remplacer les protéines) et le transport des acides gras dans les tissus (pour fournir un dépôt de graisse pour les besoins énergétiques futurs). À l’état de jeûne, la sécrétion d’insuline diminue et la sécrétion de glucagon augmente. Les réserves de glycogène du foie, puis les réserves de protéines et de graisse, sont mobilisées pour produire du glucose. En fin de compte, la plupart des besoins en nutriments sont assurés par les acides gras mobilisés à partir des réserves de graisse.
Robert D. Utiger