Régulation de la glycémie et diabète de type I

Au sein de l’organisme, le glucose joue un rôle capital : il sert au fonctionnement des globules rouges ainsi qu’à l’ensemble des cellules dont celles des muscles et du cerveau. Chez un sujet sain, le taux de glucose présent dans l’organisme est naturellement régulé dans le but de maintenir un apport énergétique régulier. Cette régulation est un phénomène biologique mettant en jeu le système hormonal ainsi que plusieurs organes (pancréas, foie et rein). Au niveau hormonal, l’insuline sert à faire baisser le taux de glucose tandis que le glucagon joue le rôle inverse et permet de faire remonter ce taux. Le diabète de type 1 est une maladie auto-immune où les cellules du pancréas produisant l’insuline sont détruites. La régulation de la glycémie est alors compromise et peut donner suite à de sévères complications, voire à la mort. Actuellement, le traitement de cette maladie repose sur une insulino-thérapie intensive et nécessite une bonne compréhension, par le patient, de son métabolisme glucidique. Le patient doit déterminer lui-même une dose d’insuline à s’injecter en fonction de mesures de son taux de glucose et de l’influence estimée sur ce dernier de certaines perturbations (repas, activité physique, stress, maladie, etc.). Une bonne observance du traitement est nécessaire mais elle est difficile à mettre en place en pratique. En effet, si le taux de glucose résultant est trop souvent faible ou, à l’inverse, trop souvent élevé, ceci peut entraîner des complications touchant de nombreux organes (yeux, reins, coeur, pied, etc.). Le traitement idéal de cette maladie consisterait à l’automatiser : une commande déterminerait une dose précise d’insuline à injecter en fonction de la mesure du taux de glucose. Un tel traitement nécessite une modélisation du métabolisme glucidique suffisamment précise afin d’éviter des erreurs de dosages. L’objectif de ce travail de recherche est la détermination d’un modèle dédié à la commande du métabolisme glucidique chez le patient diabétique de type 1. Pour que ce modèle permette le développement de lois de commande implémentables à grande échelle, il doit être simple et suffisamment représentatif du métabolisme glucidique tout en étant identifiable à partir de données qui peuvent être obtenues de manière non contraignante pour le patient, c’est-à-dire des données issues du traitement usuel du patient (taux de glucose mesurée, quantité de glucides ingérés et quantité d’insuline injectée). L’objectif de cette thèse a été de développer un tel modèle et d’en estimer les paramètres d’après des données patients fourni par le CHU de rennes.

La concentration en glucose dans le sang, appelée glycémie, est maintenue à une valeur quasi constante quelles que soient les perturbations subies par le milieu intérieur de l’organisme. Ces perturbations peuvent être, par exemple, un apport de glucose lors d’un repas ou l’utilisation de glucose lors d’une activité sportive. Différents mécanismes agissent alors au sein de l’organisme pour réguler la glycémie.

Le concept d’homéostasie a été élaboré par Claude Bernard (Bernard, 1865), il fait référence à la notion d’équilibre ou de constance du milieu intérieur de l’organisme. L’introduction de ce terme est le fait du physiologiste américain, Cannon Walter Bradford (Bradford, 1932) : « The constant conditions which are maintained in the body might be termed equilibria. That word, however, has come to have fairly exact meaning as applied to relatively simple physico-chemical states, in closed systems, where known forces are balanced. The coordinated physiological processes which maintain most of the steady states in the organism are so complex and so peculiar to living beings – involving, as they may, the brain and nerves, the heart, lungs, kidneys and spleen, all working cooperatively – that I have suggested a special designation for these states, homeostasis. The word does not imply something set and immobile, a stagnation. It means a condition – a condition which may vary, but which is relatively constant . »

L’homéostasie désigne donc les processus qui permettent le bon fonctionnement de l’organisme en maintenant quasi-constantes certaines grandeurs physiologiques : la température de l’organisme, le pH, la pression, la concentration de glucose dans le sang, etc.

La glycémie est finement régulée dans l’organisme et maintenue dans des intervalles de valeurs précises :

− entre 1 g/l à 1, 40 g/l en période post-prandiale .

− entre 0, 63 g/l et 1 g/l en période post absorptive et en début de période de jeûne.

Lorsque la glycémie est inférieure à 0,63 g/l ou supérieure à 1,40 g/l, on parle respectivement d’hypoglycémie ou d’hyperglycémie. Dans ces cas, des dysfonctionnements ou complications peuvent apparaître. En effet, le glucose est un substrat énergétique essentiel servant au fonctionnement des globules rouges et de l’ensemble des cellules, dont celles des muscles et du cerveau. Lors d’une hypoglycémie, la quantité de glucose disponible dans l’organisme est plus faible et le cerveau doit donc diminuer sa consommation. Ainsi, des troubles cognitifs se produisent qui peuvent conduire à un coma, voire au décès, si un traitement approprié n’est pas réalisé à temps. Les effets de l’hyperglycémie sont plus insidieux. Un état hyperglycémique fréquent peut être en effet responsable de nombreuses complications : rétinopathie, néphropathie, problèmes cardiaques, etc.