Système endocrinien KIN1024C7 PDF

MÉTABOLISME ÉNERGÉTIQUE ET HORMONES Maxime Bergevin, MSc  Arnold. A. Berthold Contexte historique … Et 4 poussins sont castrés (↓ testostérone) et ne développent pas des c...

MÉTABOLISME ÉNERGÉTIQUE ET HORMONES Maxime Bergevin, MSc  Arnold. A. Berthold Contexte historique … Et 4 poussins sont castrés (↓ testostérone) et ne développent pas des caractéristiques mâles normalement. Au départ, 6 poussins… Deux ont leurs testicules réimplantés dans l’abdomen, et recommencent à se développer. Conclusion: quelque chose dans le sang permet aux poussins de se développer normalement en coq. 2 poussins n’ont aucune chirurgie et se développent normalement. KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Beaucoup d’hormones… et d’abréviation Abréviations couramment utilisé en endocrinologie. Nous utilisons habituellement les abréviations anglophones, même lorsque nous parlons en français. Pas besoin d’apprendre par cœur, mais peut être une référence si vous lisez des textes sur le système endocrinien. Vous avez aussi une longue liste d’hormones (en français) à partir de la page 790 du McKinley (3ème édition) Tableau tirée de Constanzo, 6ème édition, 2018 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc © Physiologie hormonale  Physiologie| Une hormone, c’est quoi? Types de transmission Huberman Lab podcast The science of sexual development L’hormone communique avec sa propre cellule. Pour les intéressés, discussion sur les Insuline-like growth factor (foie, muscles, os, etc) phéromones… (Pas à l’examen) Maturation et survie des cellules L’hormone communique avec des cellules voisines (généralement confiné au liquide interstitiel). Insuline et glucagon (pancréas) Ces hormones s’inhibent entre elles, au sein du même organe. L’hormone communique avec des cellules ailleurs dans le corps. Insuline et glucagon (pancréas) Favorise la glycogénolyse ou glycogenèse dans les muscles et le foie, entre autres L’hormone communique avec des cellules d’un autre organisme. Très peu d’évidences que cela se produit chez l’humain. Figures tirées de Greenstein & Wood., 3ème édition, Endrocrine System at a Glance 2011 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Physiologie| Une hormone, c’est quoi? Types de glandes ► En vert, les principales glandes endocrines. La fonction de ces organes est uniquement reliée aux hormones. ► En bleu, ce sont des organes contenant des cellules endocrines, mais ayant également d’autres fonctions. Exemple – Cœur: En plus de pomper le sang à travers le corps, libère le facteur natriurétique auriculaire. Pancréas: Libère de l’insuline et du glucagon, en plus de sécréter certaines enzymes dans l’intestin lors de la digestion. Figure tirée de McKinley et al., 1ème édition, 2024 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Physiologie| Une hormone, c’est quoi? Types d’hormones Les hormones sont classées en 3 catégories selon leur structure chimique. On les appelle aussi monoamines C’est ce qu’on appelle des ligands. Ce sont des molécules pouvant activer des processus biologiques, soit dans leur propre cytosol, soit dans le cytosol d’autres cellules. Les neurotransmetteurs sont aussi un type de ligand. Figure tirée de McKinley et al., 3ème édition, 2024 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Physiologie| Une hormone, c’est quoi? Types d’hormones Point de départ = cholestérol Minéralocorticoïdes Progestagène - Aldostérone - Progestérone - Corticostérone Glucocorticoïdes - Cortisol - Corticostérone Toutes les hormones Androgènes Estrogènes stéroïdiennes sont - Testostérone - Estradiol dérivées du - Dihydrotestostérone - Estriol cholestérol. - Androstènedione - Estrone Figure tirée de Häggström & Richefield, Wikijournal of medicine, 2014 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Physiologie| Une hormone, c’est quoi? Types d’hormones ► Origine des hormones peptidiques Construits à partir d’acides aminées. Fabrication contrôlé par l’ADN… » Transcription de l’ADN en ARN messager (noyau). » ARN messager dit au ribosome de débuter l’assemblage de la protéine (cytoplasme). » La nouvelle chaîne d’acide aminés (i.e., protéine) obtient sa configuration 3D dans le ribosome et le cytoplasme. L’hormone peptidique est ensuite entreposé dans des « boîtes » que l’on appelle vésicules. » Notes – Les vésicules libèrent leur contenu d’un coup à l’extérieur de la cellule. Les hormones peptidiques sont donc sécrétées en « batch ». C’est ce qu’on appelle une sécrétion pulsatile. Protéines d’intérêts: insuline, glucagon Figures tirées de Constanzo, 6ème édition, 2018 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Physiologie| Une hormone, c’est quoi? Types d’hormones ► Origine des monoamines Monoamine = amine biogène Les monoamines sont dérivés d’un seul acide aminé… » Tyrosine – Catécholamines (dopamine, [nor]adrénaline) » Tryptophane – Sérotonine, mélatonine (neurotransmetteur) » Histidine – histamine (système immunitaire) Donc les monoamines peuvent prendre plusieurs rôles… Comme les protéines, les monoamines sont entreposées dans des vésicules. Monoamines d’intérêts: adrénaline, noradrénaline Note: La norépinéphrine et l’épinéphrine sont les mêmes molécules que la noradrénaline et l’adrénaline. Pas besoin d’apprendre les enzymes par cœur, ici. Mais il est important de savoir ce qu’est une catécholamine. Figures tirées de Constanzo, 6ème édition, 2018 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Physiologie| Régulation Boucles réflexes Généralement, on entend plutôt parler des réflexes en lien avec le système nerveux Les réflexes sont très importants pour le système endocrinien! Autre exemple – Autre exemple – L’adrénaline stimule la sécrétion de L’augmentation du CO2 stimule la glucagon libération d’adrénaline. Figure tirée de McKinley et al., 3ème édition, 2024 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Physiologie| Régulation Boucles réflexes ► Boucles de rétroaction négatives Exemple – Insuline Exemple – Glucagon Le pancréas libère de l’insuline lorsque la glycémie est Le pancréas libère du glucagon lorsque la glycémie est élevée. faible. L’insuline favorise l’absorption du glucose par les cellules. Le glucagon favorise la libération du glucose par les La glycémie retourne à des valeurs normales, stoppant la cellules. sécrétion d’insuline. La glycémie retourne à des valeurs normales, stoppant la sécrétion de glucagon. KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Physiologie| Transport Sang 1. Sécrétion | Hormones sécrétées de la cellule 3&4 dans le liquide interstitiel, puis le sang. 2. Transport | Hormones transportées dans le sang 2 vers une cellule cible (dans TOUS le corps) 3. Arrivée | Hormones quittent le sang pour atteindre les cellules cibles Communication nerveuse fonctionne différemment 4. Action | Certaines hormones rentrent dans la cellule, d’autres s’attachent à des récepteurs membranaires. 1 Figure tirée de McKinley et al., 3ème édition, 2024 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Physiologie| Transport Sang Stéroïdes (+ hormones thyroïdiennes) = liposoluble Implication pour le transport dans le sang? Acides aminés et protéines = hydrosolubles Implication pour le transport dans le sang? Figure tirée de Greenstein & Wood., 3ème édition, Endrocrine System at a Glance 2011 Figure tirée de McKinley et al., 3ème édition, 2024 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Physiologie| Actions cellulaires Récepteurs Récepteurs membranaires Récepteurs intracellulaires Action généralement plus rapide que Action généralement plus lente que celles des récepteurs intracellulaires celle des récepteurs membranaires Agit via un système de second Agit sur un récepteur provoquant la messager pour provoquer des synthèse d’ARN, puis de protéines changements dans la cellule Liposoluble = plombier Hydrosoluble = livreur de pizza Le plombier (hormone) vient faire des Le livreur (hormone) ne rentre pas dans la modifications dans la cellule (protéines). cellule, mais la pizza (message), oui. Figures tirées de Greenstein & Wood., 3ème édition, Endrocrine System at a Glance 2011 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  L’adénylate cyclase n’est qu’un exemple. Physiologie| Actions cellulaires Récepteurs membranaires Il existe plusieurs autres mécanismes couplés aux protéines G. Système de protéines G Couplage entre un récepteur (hormonale) et une enzyme effectrice. 1. Hormones se lient à son récepteur. 2. Le complexe α-GTP se détache de la protéine G… 3. … et migre vers l’adénylate cyclase. 4. L’adénylate cyclase active convertie de l’ATP en cAMP 5. Le cAMP active des protéines kinases A 6. Les protéines kinases activent d’autres protéines 7. Ces protéines phosphorylées produisent une action physiologique Bref… L’hormone (premier messager) active « quelque chose » dans la cellule (second messager). Ce second messager (dés)active certaines protéines/enzymes, produisant une action physiologique Figure tirée de Constanzo, 6ème édition, 2018 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Physiologie| Actions cellulaires Récepteurs membranaires ► Effet d’amplification Une seule hormone peut activer plusieurs protéines. … Mais à quoi ça sert? → Sensibilité Cette amplification permet à la cellule d’être très sensible aux variations hormonales. Des changements importants peuvent se produire dès que quelques hormones se lient à leurs récepteurs. Exemple – Il n’est pas impossible que la résistance à l’insuline soit partiellement due à une amplification inefficace. → Rapidité et efficacité Certaines hormones doivent agir très rapidement (adrénaline). Le fait que peu d’hormones puissent avoir des effets importants peut donc être bénéfiques. Figure tirée de El-Fakahany & Merkey, Principles of Pharmacology – Study Guide KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Physiologie| Actions cellulaires Récepteurs membranaires 1. Hormones diffusent dans la cellule (Pourquoi?). 2. Hormone se lie à son récepteur (dans le cytosol) 3. Le complexe hormone-récepteur se lie à l’ADN 4. Transcription de l’ADN en… 5. … ARNm 6. Translation de l’ARNm en… 7. … Nouvelles protéines 8. Action physiologique Bref… L’hormone diffuse dans la cellule pour aller s’attacher à un récepteur intracellulaire. Le complexe hormone-récepteur voyage vers le noyau pour aller activer certains gènes. L’activation de ces gènes mènent à l’expression de certaines protéines, et par conséquent, à une action physiologique. Exemple – Dans le tissu adipeux, le cortisol peut augmenter l’expression de la lipase hormonosensible, facilitant la lipolyse. Figure tirée de Constanzo, 6ème édition, 2018 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Les hormones ne sont pas les seules Physiologie| Actions cellulaires Récepteurs membranaires « choses » pouvant agir sur la synthèse des protéines! PAS À l’EXAMEN Pour les intéressés… Une partie importante de l’adaptation à l’exercice provient de l’expression (ou non) de différentes protéines. Ces protéines peuvent être des enzymes, des hormones, d’autres molécules de signalisation, etc… Oui, les hormones stéroïdiennes jouent un rôle dans l’expression des protéines… … Mais beaucoup d’autres signaux peuvent avoir des effets similaires. Bref, c’est un univers vaste et fascinant. Figure tirée de Egen, Hawley & Zierath, Cell Metab, 2016 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  HORMONES et substrats énergétiques  Activité physique| Hormones importantes Adrénaline Hormones rapides: catécholamines Étant une catécholamine (monoamine), utilise un système de second messager Système nerveux sympathique stimule la libération d’adrénaline via le nerf splanchnique Ach Agit au niveau du tissu Agit au niveau du foie adipeux pour mobiliser et du muscle pour les lipides. mobiliser le glycogène Active les lipases Active le glycogène Cellules chromaffines hormonosensibles. phosphorylase. KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Activité physique| Substrat énergétique Glucose plasmatique Hormones rapides: insuline/glucagon Ces deux hormones peptidiques répondent à la « même » stimulation, mais ont des actions Fonction exocrine: enzyme digestif Fonction endocrine: contrôle de la glycémie opposées. glucagon insuline Figures tirées de Power & Howley, 10ème édition, 2019 Figures tirées de Greenstein & Wood., 3ème édition, Endrocrine System at a Glance 2011 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Activité physique| Substrat énergétique Glucose plasmatique Hormones lentes: cortisol Agit au niveau du tissu adipeux Étant une hormone associée au stress, a (lipolyse) et du foie également plusieurs autres fonctions (gluconéogenèse) dans différents systèmes du corps. Figures tirées de Greenstein & Wood., 3ème édition, Endrocrine System at a Glance 2011 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Activité physique| Hormones importantes Au repos: La libération de glucose hépatique est équivalente à la captation du glucose par les tissus. Vrais tests de la gluco-régulation: Après un repas (Pas dans le cours) e.g., test oral de tolérance au glucose Ingestion de 50g ou 75g de glucose. ↑ glycémie, donc augmentation de l’insuline. Valeur normal: CTRL après l’infusion Idem pour glycérol interstitiel abdominale et fémorale Diminution de RER de 0.04 points… Voir dernier cours pour explication KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Activité physique| Substrat énergétique Tissu adipeux Les catécholamines nous biaiseraient-ils contre le glycogène musculaire? Un argument avec le Cycle de Randle 1- La β-oxydation augmente la quantité d’acétyl-CoA et citrate dans la mitochondrie (utilisés dans le cycle de Krebs). 2- L’acétyl-CoA inhibe l’enzyme pyruvate déshydrogénase nécessaire à la réaction transitoire. Il y a donc une accumulation Glucose est bloqué par l’augmentation d’AGNE! de pyruvate dans le cytosol. 3- Le citrate inhibe l’enzyme phosphofructokinase qui est nécessaire à la glycolyse. Bref, la glycolyse fonctionne au ralenti ! Conséquence? 1- Utilisation moins efficace du glucose via respiration cellulaire 2- Accumulation de glucose-6-phosphate ne permet pas au muscle d’absorber le glucose provenant du sang. Figures tirées de Power & Howley, 10ème édition, 2019 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Activité physique| Substrat énergétique Tissu adipeux Captation du glucose et flux métabolique ► Intensité élevée Pour fournir le muscle adéquatement en ATP, on utilisera surtout du glucose. La glycolyse et réaction transitoire fonctionnent rapidement. Le glucose rentrant dans la cellule est utilisée, conservant une concentration relativement faible. ► Intensité modérée Pour fournir le muscle adéquatement en ATP, on utilisera surtout des lipides. La glycolyse et réaction transitoire fonctionnent au ralenti. Le glucose s’accumule dans la cellule, créant un gradient de concentration défavorable à la Figures tirées de Rose & Richter, Physiol, 2005 diffusion du glucose. KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Activité physique| Substrat énergétique Glucose hépatique Et glucagon/insuline Augmentation du glucagon Diminution de l’insuline Favorise la mobilisation du glucose hépatique. L’insuline favorise la captation par les tissues. Le muscle est relativement insensible au glucagon. La plupart des tissus, mais pas tous, sont sensibles à Avec l’entraînement en endurance, moins ou pas de l’insuline. changement dans la concentration plasmatique de Dans le muscle, agit principalement en translocalisant les glucagon… Pourquoi? GLUT4. Hypothèse 1: Plus efficace pour utiliser les lipides. Dans le foie, promeut la synthèse du glycogène et inhibe Hypothèse 2: Foie devient plus sensible au la gluconéogenèse. glucagon, donc plus besoin de l’augmenter comme Particularité: diminution de l’insuline, malgré que l’on veuille que le avant. muscle capte du glucose à l’exercice ! Figure tirée de Power & Howley, 10ème édition, 2019 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Activité physique| Substrat énergétique Glucose hépatique Et glucagon/insuline ►Devis de l’étude… [Glucagon] et [insuline] constante Pédalage à 60% VO2max (intensité modérée) Technique pour les [hormones] constantes Production de glucose hépatique est à son plus bas et ne Manipulation de certaines [hormones] « match » pas l’utilisation du glucose… » Glucagon n’augmente pas = absence de son effet stimulateur sur le glucose hépatique. » Insuline ne diminue pas = présence de son effet inhibiteur sur le glucose hépatique. [Glucagon] constante, [insuline] diminuée Exercice entre les lignes pointillées Production de glucose hépatique augmente par rapport à la condition précédente… » Glucagon n’augmente pas = absence de son effet stimulateur sur le glucose hépatique. » Insuline diminue = son effet inhibiteur sur le glucose hépatique est plus faible. [Glucagon] augmentée, [insuline] constante Production de glucose hépatique augmente par rapport à la condition précédente… » Glucagon augmente = présence de son effet stimulateur sur le glucose hépatique. » Insuline ne diminue pas = présence de son effet inhibiteur sur le glucose hépatique. [Glucagon] augmenté, [insuline] diminuée Production de glucose hépatique augmente par rapport à la condition précédente… » Glucagon augmente = présence de son effet stimulateur sur le glucose hépatique. » Insuline diminue = son effet inhibiteur sur le glucose hépatique est plus faible. Insuline and glucagon in prevention of hypoglycemia during exercise in humans Hirsch et al., Am J Physiol Endocrinol Metab, 1991 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Activité physique| Substrat énergétique Glucose hépatique Et catécholamines ►Devis de l’étude… Pédalage à 50% VO2max (intensité faible) Maintien artificiel des hormones à des valeurs constantes. Condition contrôle – Pas de perfusion d’adrénaline Perfusion d’adrénaline dans les 10 dernières Évidemment… Pas de changement majeur dans [adrénaline] minutes. Pas de changement dans la production de glucose. Perfusion d’adrénaline dans les 10 dernières minutes Évidemment… Augmentation marqué dans [adrénaline] Production Augmentation importante et quasi-instantané dans la production de glucose hépatique. » À toute chose égale, augmenter l’adrénaline augmente la production de glucose hépatique. » Comme le glucagon, l’adrénaline permet d’activer certaines enzymes clefs dans la glycogénolyse et la gluconéogenèse du foie. Epinephrine infusion during moderate intensity exercise increases glucose production and uptake Kreisman et al., Am J Physiol Endocrinol Metab, 2000 KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Activité physique| Substrat énergétique Glucose hépatique ►Devis de l’étude… Condition contrôle – Pas de perfusion d’adrénaline Pédalage à 50% VO2max (intensité faible) Pas de changement marqué dans le ratio glucagon/insuline. Maintien artificiel des hormones à des valeurs Perfusion d’adrénaline dans les 10 dernières minutes constantes. Augmentation dans le ratio glucagon/insuline. Perfusion d’adrénaline dans les 10 dernières Diminution de la [insuline plasmatique] minutes. Augmentation de la [glucagon plasmatique] ► Contrôle de ces hormones par Ratio glucagon/insuline le système nerveux… Nerf splanchnique stimule la libération de catécholamines. Catécholamines voyagent jusqu’au pancréas… … Pour inhiber la production d’insuline et stimuler la production de glucagon. Inversement, bloquer les récepteurs adrénergiques (e.g., propranolol) empêche l’augmentation du glucagon Epinephrine infusion during moderate intensity exercise (Luyckx & Lefebvre, Diabetes, 1974). increases glucose production and uptake Kreisman et al., Am J Physiol Endocrinol Metab, 2000 Explique la cinétique de ces hormones, Figure tirée de Power & Howley, 10ème édition, 2019 même sans variation importante de la glycémie. KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©  Activité physique| Substrat énergétique Vue d’ensemble ► Catécholamines Augmente de manière relativement linéaire avec la durée de l’exercice. Augmente également avec l’intensité de l’exercice. Mobilise toutes les sources d’énergie, mais de manière non-spécifiques. ► Glucagon & insuline Glucagon augmente dans la première heure d’exercice pour atteindre un plateau. Protection de la glycémie via la mobilisation du glucose hépatique (principalement) et des lipides. Insuline diminue pour ne pas empêcher le foie de libérer son glucose, ainsi que de freiner la captation du glucose par les autres tissus « non essentiel ». ► Cortisol Atteint un pic après ~30 mins d’exercice à intensité modérée pour ensuite graduellement redescendre. Permet de mobiliser la plupart des ressources afin de protéger la glycémie. Contribue à la gluconéogenèse en rendant disponible dans le sang du glycérol (via augmentation de la lipolyse) et des acides aminés (via protéolyse musculaire; non vue en classe, car pas hyper conséquent à l’exercice physique). Toutes ces hormones et bien d’autres (cortisol, hormones thyroïdiennes, hormones de croissance) contribuent à Figure tirée de McKnney et al., 6ème édition, 2017 maintenir l’homéostasie et la performance lors d’activités physiques. KIN1024 – Physiologie de l’exercice 1 Wooclap: Maxime Bergevin, MSc ©