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Avril 2006

La longue histoire du sucre sanguin



  1. À la recherche du sucre sanguin

Historiquement, le diabète sucré est l’une des pathologies les plus anciennement décrites. Pourtant, malgré des siècles d’études, il a fallu attendre les travaux de Claude Bernard au dix-neuvième siècle pour comprendre l’origine du sucre sanguin et le vingtième siècle pour décrypter la physiopathologie des diabètes et élaborer des traitements adaptés.

Aujourd’hui, on compte en France environ 1,5 millions de personnes atteintes d’une forme ou d’une autre de diabète sucré et la prévalence des diabètes est en augmentation dans la plupart des pays, essentiellement en raison des mutations rapides dans les modes de vie. Cependant, contrairement au passé, les malades peuvent accéder aux connaissances les plus récentes sur leur mal, à des méthodes de prévention efficaces pour les cas les plus nombreux et à des traitements éprouvés. Mais, de quoi s’agit-il en réalité ?

Le mot diabète vient du grec diabêtês qui signifie qui traverse, qui perfuse. Il a été forgé dans l’Antiquité pour qualifier un symptôme connu de longue date, l’émission d’urines surabondantes, qualifiée aujourd’hui de polyurie. En effet, dans ce cas, tout le liquide ingéré par un individu semble se retrouver dans les urines après avoir traversé le corps, comme un simple tuyau. Ce dysfonctionnement s’accompagne d’une soif chronique, qualifiée de polydipsie. En réalité, ces symptômes peuvent résulter de troubles différents qui n’ont pas forcément autre chose en commun que la polyurie. Comme toujours, la réalité est plus complexe que les mots qui la décrivent. Évacuons tout de suite ce qu’il est convenu d’appeler « diabète insipide », sans rapport avec les diabètes sucrés dont nous nous occuperons exclusivement ici. Le diabète insipide est dû, le plus souvent, soit à un défaut de sécrétion de l’hormone antidiurétique, qui comme son nom l’indique, limite la sécrétion d’urine (diurèse signifie émission d’urine), soit à un défaut des récepteurs à cette hormone empêchant cette dernière de remplir sa fonction. La conséquence en est une émission d’urine abondante mais c’est le seul point commun avec les diabètes sucrés.

L’Antiquité et le Moyen Âge

La présence de sucre dans l’urine de certaines personnes a été remarquée dès la plus haute antiquité. Le Papyrus égyptien d’Ebers, daté de – 3000 ans à - 1500 ans avant notre ère, donne la première description écrite des symptômes du diabète sucré, notamment le besoin irrépressible de boire et de manger. À la même époque, en Chine, ces symptômes sont également décrits dans les traités de médecine et, en Inde, deux médecins, Susruta et Charaka, utilisent une méthode originale pour diagnostiquer la maladie : ils découvrent que l’urine des malades attire les fourmis, comme le miel.

Dans l’Europe antique si, curieusement, les œuvres du plus grand médecin de son temps, Hippocrate (environ - 460 - 377), traduites par Littré entre 1839 et 1861, n’en font pas mention, Aristote (- 384 - 322), une des plus grandes figures scientifiques de l’Antiquité, s’y est intéressé. À l’aube de notre ère, c’est le médecin grec, Aretê de Cappadoce, qui lui donne le nom de diabêtês, mais il considère, à tort, qu’il s’agit d’une maladie de l’estomac, comme on le sait par la traduction de ses œuvres complètes réalisée, au début du dix-neuvième siècle, par Laennec, le célèbre médecin français inventeur du stéthoscope. Galien (né vers 131, mort vers 201) s’y intéresse également et pense, lui aussi à tort, que c’est une maladie des reins. Un progrès apparaît avec le médecin persan, Avicenne (980-1037). Bien que son œuvre s’inspire en grande partie de celle de Galien, il distingue deux types de diabètes et fait le lien avec certaines gangrènes. Paracelse (1493-1541), qui remettra en question tant Galien qu’Avicenne, fait mention des mêmes symptômes et montre que l’évaporation de l’urine des malades laisse un dépôt cristallin. Toutefois, les explications proposées à ces différentes époques relèvent plus de la fantaisie que de la physiologie.

Vers une meilleure connaissance des symptômes

C’est à Thomas Willis (1621-1675) que l’on doit le nom latin du diabète sucré, diabetes mellitus. Ce médecin et anatomiste anglais qui a laissé son nom, entre autre, au système d’artères de la base du cerveau (le polygone de Willis), décrit en 1674 la saveur sucrée des urines des diabétiques et de leur résidu d’évaporation. Il est le premier à établir un lien entre l’urine des diabétiques et leur sang mais, à l’instar de Paracelse, il se trompe en pensant qu’il s’agit d’une maladie du sang. Cent ans plus tard, au dix-huitième siècle, William Cullen (1710-1790), médecin écossais mais aussi chimiste, étudie attentivement de nombreux patients diabétiques, ce qui l’amène à distinguer diabète sucré et diabète insipide mais il avoue son impuissance à trouver une cause unique à la présence de sucre dans les urines. C’est à la même époque que le médecin anglais Matthew Dobson (1735-1784) montre que ce n’est pas seulement l’urine des diabétiques qui contient du sucre mais aussi le sérum sanguin dont il isole un dépôt ayant le goût du sucre. Il remarque également que certains diabètes tuent les malades en quelques semaines alors que d’autres sont chroniques, classification proche des types I et II actuels.
Frank Johann Peter (1745-1821), médecin allemand considéré comme un pionnier de la santé publique et de l’hygiène, a l’idée simple d’ajouter de la levure à l’urine des diabétiques pour détecter la présence de sucre : le dégagement gazeux produit par la fermentation signe la présence de sucre. Il établit, en outre, une classification des diabètes. C’est également à la fin du dix-huitième siècle qu’un régime alimentaire est proposé pour la première fois à un patient obèse, le capitaine Meredith, par le médecin écossais John Rollo (1750-1809). Ce dernier ayant remarqué que la quantité de sucre présente dans l’urine de son patient dépendait de son alimentation, il l’engage à diminuer les aliments à base de céréales et à augmenter ceux d’origine animale, comme la viande et la graisse. Autre idée novatrice, il demande à son patient de tenir un carnet de surveillance de son alimentation et de suivi de sa maladie, ce qui se fait encore aujourd’hui. Toutefois il pense à tort que l’origine de la maladie doit être recherchée dans un dysfonctionnement de l’estomac et le régime qu’il propose ne permet pas, loin s’en faut, de pallier les effets de tous les diabètes qu’on ne sait toujours pas distinguer, faute d’en connaître les causes. Apollinaire Bouchardat (1809-1886), pharmacien et chimiste français qui présida l’Académie de médecine et la Société de pharmacie, publie en 1875 « De la glycosurie ou diabète sucré, son traitement hygiénique » et préconise lui aussi ce type de régime alimentaire qui restera le seul traitement proposé aux diabétiques jusqu’au début du vingtième siècle.

Les débuts de l’expérimentation

Comme on le voit, les progrès sont restés lents jusqu’à la fin du dix-huitième siècle, mais, au siècle suivant, des progrès majeurs vont être enregistrés. La chimie et la physiologie entament leur irrésistible essor et il devient alors possible d’identifier les différents types de sucres. Dès 1815, Eugène Chevreul (1786 - 1889), pharmacien français plus connu pour ses travaux sur les couleurs dont s’inspirèrent les peintres impressionnistes, montre que le sucre urinaire se comporte chimiquement comme le sucre du jus de raisin. On sait aujourd’hui qu’il s’agit du même sucre, le glucose, carburant quasi-universel des cellules vivantes. Hermann Fehling, chimiste allemand (1812-1885), a laissé son nom à la liqueur de Fehling, un réactif qui permet de détecter les sucres réducteurs par le précipité rouge qu’ils produisent à chaud dans ce réactif. C’est le cas, en particulier du glucose mais pas du sucre alimentaire, le saccharose, ce qui permet de les distinguer. Ce procédé, basé sur la réduction de sels de cuivre, était déjà utilisé par Barreswil qui travaillait avec Claude Bernard et a cosigné avec lui Sur les Phénomènes chimiques de la digestion, publié en 1845.
C’est dans De l’origine du sucre dans l’économie animale, publié en 1848, que C. Bernard expose ses découvertes essentielles sur le sucre sanguin. Pour le mettre en évidence, il utilise non seulement la liqueur de Fehling mais aussi la levure, tout comme le faisait Frank Johann Peter un demi-siècle plus tôt. Les travaux de C. Bernard montrent que le sucre sanguin ne provient pas, pour l’essentiel, du sucre alimentaire mais qu’il est fabriqué par le foie, idée novatrice à une époque où les biologistes pensaient que seuls les végétaux sont capables de fabriquer des matières organiques. Il montre aussi que le foie stocke le glucose sous forme de glycogène, au moment des repas, et le libère ensuite progressivement dans la circulation. Autre découverte majeure, il montre que le foie est capable de fabriquer du glucose à partir de substances non sucrées, processus appelé aujourd'hui néoglucogenèse. Enfin, il découvre qu’une piqûre appliquée à une région précise du système nerveux provoque une hyperglycémie, montrant ainsi que la régulation de la glycémie implique le système nerveux. On sait aujourd’hui que la contribution du système nerveux à cette régulation est modeste, par rapport à celle du système hormonal, mais la notion d’hormone n’est pas encore établie à l’époque.
En 1869, le médecin allemand Paul Langerhans (1847-1888) remarque que le pancréas contient, à côté des cellules sécrétant le suc pancréatique, d’autres cellules, regroupées en îlots auxquels son nom reste attaché. Il faudra cependant attendre 1901 pour que le médecin américain Eugène Lindsay Opie (1873-1971) remarque, à l’autopsie de malades diabétiques, que leurs îlots de Langerhans sont détruits. Mais le lien entre pancréas et diabète sucré n’est établi expérimentalement qu’en 1889, lorsque les médecins allemands, Oskar Minkowski (1858-1931) et Josef Von Mering (1849-1908), montrent que l’ablation du pancréas chez un chien provoque le diabète sucré. Ils démontrent, en outre, que ce n’est pas l’absence de suc pancréatique qui en est responsable car la ligature du canal pancréatique n’a aucune incidence sur le sucre sanguin. Cette glande intervient donc dans autre chose que la sécrétion du suc pancréatique.


L’EXPÉRIENCE

Le glucose, un sucre universel ?

Nous allons rechercher la présence du glucose chez une variété, la plus large possible, d’êtres vivants. Comme presque tous nos aliments, viandes, légumes, fruits, œufs, lait, etc. ont pour origine des êtres vivants, nous nous installerons dans la cuisine pour rechercher le glucose dans ces aliments. La méthode utilisée est très simple. Elle fait appel à des bandelettes de détection du glucose, destinées à l'analyse d’urine, que l’on trouve dans toutes les pharmacies. Le principe de fonctionnement des bandelettes est expliqué ci-après.

Matériel

Bandelettes de détection Clinistix® (50 bandelettes pour moins de 5 €).
Aliments divers d’origine animale ou végétale : on peut tester le contenu en glucose de la viande, du foie, du muscle, de l’huître, de la moule ou de tout autre coquillage. On peut aussi rechercher le glucose dans le blanc d’œuf.
Pour les végétaux, on peut tester du jus d’orange, de la tomate, de la poire, de la pomme, du raisin, du concombre, de l'oignon, de la carotte, de la pomme de terre, etc.

Comment procéder ?

Pour les échantillons liquides comme le sang, le blanc d’œuf, le jus de fruit, il suffit de tremper l’extrémité de la bandelette dans le liquide, de tapoter pour éliminer l’excès de liquide et d’attendre 10 secondes pour lire le résultat. La couleur prise par la zone réactive de la bandelette est à comparer avec l’échelle de couleurs présente sur le flacon pour évaluer la concentration de glucose. Pour les échantillons solides, comme les viandes, les légumes, l'huître, la moule, la banane, etc., écraser un morceau dans un peu d’eau et tremper la bandelette dans le liquide ou, plus simplement, appliquer fermement la partie réactive de la bandelette sur une section de l'échantillon.
Pour rechercher la présence de glucose chez les animaux, on peut tester du sang animal recueilli dans l’emballage de la viande qui vient d’être achetée (de bœuf, de veau, de porc, de mouton, etc.). Une goutte de sang suffit pour le test.

Résultats

Le glucose est présent chez la quasi totalité des êtres vivants, une illustration supplémentaire de l’unité du vivant. Les végétaux chlorophylliens le fabriquent par photosynthèse et le transfèrent dans divers organes où il sert de substrat à la respiration. Il est généralement stocké sous forme d’amidon, un polymère de glucose, mais on le trouve aussi sous forme libre dans les fruits (poire, pomme, orange, pamplemousse…), les racines (carottes), les bulbes (oignon) et même dans les tubercules bourrés d’amidon, comme celui de la pomme de terre (voir photo).
Chez les animaux, où il provient soit des sucres des végétaux (glucose, fructose et surtout amidon), soit de sa synthèse par le foie à partir d’acides aminés notamment (néoglucogenèse), on le trouve pratiquement partout : dans le sang des vertébrés (voir photo) et dans les autres tissus, notamment le foie et les muscles, chez les mollusques (huître, moule), chez les oiseaux, y compris dans le blanc d’œuf. En revanche, on n’en trouve pas dans le lait de vache. Ce dernier contient du lactose, un sucre auquel les bandelettes ne réagissent pas, qui est formé par la liaison de glucose et de galactose.


Du glucose est trouvé dans les divers échantillons végétaux et animaux testés

Comment les bandelettes peuvent-elles être étroitement spécifiques du glucose ?

Le principe des bandelettes, inventé en 1957, repose sur l’oxydation du glucose par une enzyme, la glucose-oxydase et utilise une double réaction enzymatique.
La glucose-oxydase, comme la plupart des enzymes, est étroitement spécifique de son substrat qui est le glucose. Contenue dans la partie réactive de la bandelette, elle catalyse l’oxydation du glucose en acide gluconique et en peroxyde d’hydrogène (eau oxygénée). Une peroxydase, contenue elle aussi dans la partie réactive de la bandelette, catalyse l’oxydation d’un chromogène (orthotolidine) par le peroxyde d’hydrogène ce qui le transforme en dérivé de coloration violacée. Ainsi, la présence de glucose au contact de la bandelette produit une coloration violacée. Le même principe est utilisé en milieu liquide pour doser précisément le glucose avec un spectrophotomètre.
Les équations des deux réactions enzymatiques couplées sont indiquées ci-dessous :

glucose + O2 + H2O ---- glucose-oxydase ----> glucono-1,4-lactone + H2O2

H2O2 + RH2 (chromogène réduit) ---- peroxydase ----> 2 H2O + R (coloré)


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