Physiologie de l’alimentationstockage des nutriments

Séverine Ledoux, Service Explorations Fonctionnelles

Hôpital louis Mourier

1. Régulation de la prise alimentaire

2. Les différents aliments

3. Stockage des nutriments

4. Adaptation au jeûne

5. Aspects qualitatifs: vitamines et oligoéléments

Un déficit énergétique entraîne une réponse de l’organisme visant à restaurer la balance:

- augmentation de la prise alimentaire

- diminution de la dépense énergétique

Entrée Sortie

Et vis-versa….

Dépense énérgétique

Prise alimentaireNx arqué

Centre d’intégrationde la faim et satiété

Hypothalamique

+ _

Facteurs digestifs Réponse à court terme

réserve Réponse à long terme

réponse à court terme:

relayée par peptides intestinaux et nerf vague

en fonction de distension, motilité, facteurs chimiques (H+), nutriments,… - Satiété relayée par cholecystokinine (CCK), GLP-1, PYY, ..

- Faim relayée par ghréline, oréxines, endocanabinoides,..

réponse à long terme:

- Leptine sécrétée par tissu adipeux en fonction des réserves

reflet de la masse adipeuse (i.e. informe le cerveau sur les stocks)

- insuline (pancréas)

- informations métaboliques provenant du foie

Interactions sur la satiété entre les systèmes à court et long terme

Intégration centrale dans le noyau arqué (ARC) hypothalamiquepar anorexigènes (MSH) et oréxigènes (NPY, AGRP)

Connections avec d’autres structure du SNC

- à la périphérie par le nerf vague (X)

- au cortex (émotions)

Nombreux systèmes, interactions, redondance

Leptine

Ghreline

+

insuline

++

TRH3R

Dépense énérgétique

Prise alimentaire

CCK

motilité

X _ NPY

(POMC)

PC-1

Nx arqué+

MSH

_

Centre de satiétéHypothalamique

Apports énergétiques 2000-2500 Kcal/j

Quantitatifs:50-55 % Glucides = énergie30-35 % Lipides = énergie10-15 % Protides= autres fonctions,

énergie via néoglucogénèse (régime hyperP)

Qualitatifs:alimentation variée, apport en fibres, vitamines et oligo-éléments, acides aminés et acides gras essentiels, eau(ex: viande rouge = fer, laitages = calcium,..)

Répartis en trois repas par jour (variations culturelles)

Apports alimentaires recommandés:

Glucides:5 g/kg poids/jour

sucres simples (saccharose, fructose, glucose): sucre, fruits, confitures, miel, boissons sucréesfavorisent les pics d’insuline (favorable au stockage)

Sucres complexes: féculents riz, blé, pommes de terres, lentilles,(ne font pas grossir contrairement aux idées reçues)

Rôle énergétique important

Lipidesen principe 1g/kg poids/jour

Apport en Acides gras essentiels et vitamines liposolubles Lipides insaturés moins athérogènes

Végétales tournesol polyinsaturéeolive: monoinsaturé

Animales saturées (beurre, charcuteries, fromages, laitages,

viande)

très palatablesfaciles à stockerPeu mobilisable (> 20-30 min d’exercice)

1 kg = 9000 Kcal

Protéines1g/kg poids /jour

Consommation indispensable (viande = 20 % de protéines)Acides aminées essentiel (protéines animales surtout)

Protéines animales mieux assimilées

Utilisation nette:Lait de femme 95 %Blanc d’œufs 87Viande 70 Végétales 40

Réserve énergétique de secours (fonte musculaire)

Autres fonctions +++

Substance apportée par l’alimentation dont l’organisme ne peut faire la synthèse (tout au moins en quantité suffisante)

Certaines sont stockées (liposolubes, B12)Agissant à dose minime

Sans valeur énergétique

Svt coenzymes

Fer, B9, B12 hémoglobineCalcium, vitamine D osGroupe B: S. nerveux, phanèresC antioxydant

Les vitamines et les oligo-éléments

Stockage des aliments

Alimentation intermittente (repas)

dépense énergétique continue (W mécanique, électrique chaleur,...)

Constitution de réservesPour assurer apport énergétique continu

Glucides et lipides = Rôle essentiellement énergétique

Protéines = rôle essentiellement structurel

Métabolisme des protéines

Association d’AA de taille très variable

Fonctions multiples

- structure (collagène)- contraction (myosine)- transport plasmatique (albumine)- Immunité (immunoglobulines)- Enzymes- informations biologiques (hormones, récepteurs)- etc…

Voies métaboliques

Protéines 11 kg

Acides aminés disponibles

protéolyse

ApportsExogènes(70 g/j)

Synthèse de novo

Synthèse protéique

Dégradation

irreversible(70 g/j)

Fonctions spécifiques (néogluco pour l’alanine, hormones pour tyrosine…)

UréeNH4CO2

300g/jRenouvellement des protéines

Dépend des organesmuscle 20 %Foie 10Intestion 15Peau 15

Vitesse de renouvellement variableFoie = rapide cristallin = très lent

Augmente dans certaines situations cataboliques (infections, cancers ..)avec protéolyse > synthèse (fonte musculaire)

Diminue au cours du jeûneL’absence d’AA disponibles ralenti la synthèse

La synthèse protéique consomme beaucoup énergie (1kCal/g)

Renouvellement des protéines

Glucose = utilisable par toutes les cellulesbesoins du cerveau 120 g/ j (25 morceaux de sucre)

Acides gras libres = équipement nécessairemuscles oxydatifs, cœur, foie, reinsf cerveau = ne passent pas la barrière méningés

Corps cétoniques=+++ jeûne oxydation AGL foieCerveau, muscle, rein

Substrats énergétiques cellulaires

Glucides et lipides

Utilisation

glycolyse: hématies, muscles blancs

oxydation du glucose et des AGL:foie, muscles rouges (posture, respiration, W continu)requière: des vaisseaux, équipement enzymatique

Ex: effort bref: glycolyse lactates crampes effort prolongé: oxydation G et AGL

Glucides et lipides (2)

Métabolisme

Acétyl-CoA

Pyruvate ATP

ADP + Pi

Polysaccharides

HexosesPentoses

ADP + Pi

ATP

ADP + Pi

ATP

ADP + Pi

ATPATP

ADP + Pi

ADP + Pi

ATP

Lipides

Acides gras

ATP

ADP + Pi

Protéines

Acides aminés

Cycle de l’acide citrique

Cycle deL’urée

ATP

ADP + Pi

Urée

CO2

Chaîne de transportdes électrons

Phosphorylationoxydative

O2

ATP

e-

oxydation

glycolyse

Réserves

glycogène: synthétisé à partir du glucosefoie utilisation systémiquemuscle utilisation localequantités limitées (300 g)

Triglycérides: tissu adipeux provient surtout de l ’alimentation peu de lipogénèse hépatique (dans nos pays):

stimulée par excès de G inhibée par apports riches en L

quantités importantes (10 à 30 % PC = plusieurs kilos) mais peu mobilisables

Glucides et lipides (2)

Repas

T. Dig

AAGlucoseTG, PhL

AA essentiels

Glycolyse

Glycolyseoxydationglycogène

oxydation

Chiloµ

Tissu adipeuxG6P:th glycogèneou glycolyse pyruvate acetyl coA

libération AA, urée th protéines circulantes

néoglucogénèse(alanine)

LPL

TG

VLDL

AGCC

Krebs

GlycérolTG

AG

Coût énergétique Digestion 2 à 4 %

Glucose 6 %Lipides 2 % de l’énergie dépensée Protides 24% pour le stockage

i.e. repas gras stockage plus facile glucides favorise stockage via insuline

Rôle du foieEssentiel dans la régulation du métabolisme des lipides, protides et glucides

2.5 % PC mais métabolisme hépatique 20 % de la DERi.e. activité métabolique +++

Energie surtout apportée par AGL

Participe au maintien de la glycémie : étroites limites (fonctionnement cellulaire en particulier cérébral)

Production de glucose interprandiale essentiellement hépatique:néoglucogénèse (AA, glycérol, lactates) et glycogénolyse

Capture post prandiale: arrivée de glucose dans la veine porte induit sécrétion insuline et inhibe production hépatique de glucose

Métabolisme des Lipides

Lipogénèse

À partir de la glycolyse

Favorisée par régime riche en glucides

Inhibée par régime riche en lipides (AGL)

Synthèse des corps cétoniques

Si insulinémie basse (jeûne)

À partir de l’acétyl coA

Clairance du cholestérol: captation des chilomicrons et LDL

Rôle du foie (2)

Synthèse des protéines

Synthèse de la majorité des protéines plasmatiques

90 %, transport, coagulation

Stimulée par Afflux AA et insuline (PP)

Maintien des taux d’AA circulant

Captation postprandiale, libération interprandiale

Enrichissement en AA essentiels et ramifiés

permet de réguler la synthèse protéique des tissus

Synthèse d’urée associée à synthèse de bicarbonates

Permet élimination de l’azote et tamponnement charge acide des protéines

Rôle du foie (3)

Régulation du métabolisme des G, L, P

Glucose PP sécrétion d’insuline:(pour limiter élévation PP de glycémie)

Glucides production hépatique de glucose stockage foie: stimule th glycogène

inhibe glycogénolyse stockage muscle: stimule th glycogène

utilisation périphérique: stimule captationglycolyse, oxydation

Lipideslipogénèse hépatique, lipolyse tissu adipeux oxydation AGL (profite à l ’oxydation du glucose)

Protéines synthèse

Période interprandiale

de la glycémie de l’insuline et du glucagon =

de la glycogénolyse de la néoglucogénèse de la captation hépatique des AA ( G)

de la lipolyse ( I) Lipogénèse ( G)

du catabolisme protéique ( I)

Régulation

T. Dig

AAGlucoseTG, PhL

AA essentiels

Glycolyse

Glycolyseoxydationglycogène

oxydation

Chiloµ

Tissu adipeux

LPL

th protéines circulanteslibération AA, urée

néoglucogénèse(alanine)

G6P:th glycogèneou glycolyse pyruvate acetyl coA

AGCC

TG

VLDL

INS +

INS +Glucagon -

Glucagon +

INS +

Krebs

INS +

glycogénolyse

Apport énergie / 24h Variable

~ 2000 Kcal

Digestion 50 Kcal (3%)

StockageVariable

~ 200 Kcaldont 5% consommé

Fonctionnement des organesFoie 20 % DER

Synthèse Spécifiques(hormones, structures…) Activité

Musculairethermogénèse

DégradationUrée

50 kcal

AA

AGL, G

AGL, G

AGL ± G, AA

AA

Variable~ 600 Kcal

DER~ constante1100 Kcal

Total 100.000 Kcal

Foie muscle T. Adipeux GlycoG GlycoG, Prot TG+++

•Chez les animaux, l’énergie du métabolisme de base, de l’activité physique, de la croissance et de la reproduction est tirée de l’alimentation.

•La résistance à l’absence d’aliments est fonction de la capacité à stocker mais aussi à redistribuer la dépense énergétique.

Adaptation au jeûne

•En même temps il faut préserver la capacité à échapper aux prédateurs, chercher de la nourriture

•Tout ça est fonction de la balance stockage/dépense

•La plupart des animaux vont inhiber la reproduction, diminuer leur activité (torpeur, hibernation)et leur température corporelle (jusqu’à -3°C chez l’écureuil de terre de l’arctique, 0-5°C chez la marmotte, jusqu’à 34°C chez l’anorexique)

Adaptation au jeûne

Gestion des stocks énergétiques de l’organisme étroitement régulée

ancêtres chasseurs Pays industrialisésAvantage sélectif obésité, diabèteMobilité sédentaritéNourriture rare nourriture abondante

populations en voie de développementAnorexie, grève de la faim, dénutrition pathologique

Jeûne physiologique = Jeûne nocturne 12 h

alimentation intermittente, dépense énergétique continue

Stocks glycogène, TG utilisés en période interprandiale

Jeune prolongé = Décès en 60 j, 50 % masse protéique

perte fonctions enzymatiques, transport, immunité

défaillance cardiorespiratoire, infections

Réserves énergétiques

Energie circulante faible (G, AG, TG) = une centaine de calories

Glucides = Glycogène 900 Kcal2/3 musculaire (locale), 1/3 hépatique

(générale)1g sec = 4 kcal2/3 de poids en eau épuisé en 48 h de jeûne ou 30 min

d’exercice

Protéines musculaires 2500 Kcal1g = 4 kcal2/3 de poids en eau autres fonctions (enzymes, structure, …)

Lipides = TG du Tissu adipeux 100.000 Kcal1g = 9 kcalsans eau, densité faible avantage sélectif (graines, hommes)plus difficile à mobiliser (effort > 30 min, jeûne prolongé)

Corps cétoniques• seuls les animaux dont le cerveau représente plus de

5% de la dépense énergétique ont besoin d’augmenter leur cétogenèse à jeun (quasi-particularité de l’homme)

• 4.69 Cal/g

• beaucoup moins hydraté que glycogène

• Très utilisé comme forme de stockage de l’énergie chez certaines bactéries.

• Fioul essentiel chez nourrisson, permet de préserver le glucose pour la voie des pentoses-phosphates (acides nucléiques, NADPH).

• Augmente survie de cellules cérébrales exposées à anoxie.

- garder les protéines

- garder le glycogène pour les urgences (stress, exercice)

- utiliser les réserves lipidiques

- maintenir un apport énergétique aux organes

Jeûne court = apport de glucose au cerveau = glycogénolyse et néoglucogénèse

Jeûne long = utilisation des lipides > protéines= cétogénèse

Buts de l’adaptation au jeûne

Jeûne courtDépense 1800Kcal

MuscleAA 75g

T adipeuxTG 160g

AA(alanine)

glycérol

AGL

Glycogène

NéoglucoG

Oxydation incomplète CC

Glucose180 g

SNCCO2 + H2O

GR

Muscle(glycogène)CO2 + H2O

144 g

36g

Lactatepyruvate

36g

60g120g

Glycémie > 0.45 g/lFlux hépatique 9 g/hGlycogénolyse 75 % puis neoglucogénèse 25 %Utilisation cerveau 60 %, rein GR 30 %, muscle 10 %

Glucose

Pyruvate

Acétyl CoA

KrebsH2O + CO2

AA

Lactates

AGL

CCoxaloacétate

L’énergie de la néoglucogénèse est fournie par l’oxydation des acides gras dans le foie

glycérol

ATP

DONC…

production de glucose glycogénolyse + néoglucogénèse (AA, pyr, lact, glycérol)

Pour cerveau et tissus gluco-dépendants

Consommation réelle = oxydation complète dans le cerveau

Mais dans les autres tissus l’énergie est essentiellement fournie par les AGL

Muscles - utilisent préférentiellement AGL (non hydrosolubles, ne passent pas la barrière méningée, nécessite oxygène)- Consommation glycogène = exercice, anoxie

Jeûne long (qq heures à qq jours) selon le ratio cerveau/reste du corps

MuscleAA 20 g

T adipeuxTG 160g

AA(alanine)

glycérol

AGL

Glycogène

NéoglucoG

Oxydation incomplète CC

Glucose180 g

SNCCO2 + H2O

GR

Muscle(glycogène)CO2 + H2O

44 g

36g Lactatepyruvate

47g120g

AA, lactate, pyruvate, glycérol insuffisant pour apporter 180 g Glucose

Glycogène rapidement épuisé, Risque de déplétion protéique

Utilisation CC par le cerveau = néoglucoG au dépend des AA

néoglucoG rénale (glutamine)

57g

Régulation hormonale

de la glycémie

de l’insuline =

de la captation de glucose des tissus ins-dep au profit du cerveau

de la lipolyse (libération AGL tissu adipeux) de la libération des AA musculairesdes corps cétoniques

du glucagon =

de la glycogénolyse de la néoglucogénèse de la captation hépatique des AA

Baisse de la DER ( hormones thyroidiennes, cathécolamines)

severine.ledoux@lmr.aphp.fr

Les vitamines

Définition:

Substance organique, apportée par l’alimentation dont l’organisme ne peut faire la synthèse (tout au moins en quantité suffisante)

Exceptions: vitamine D (peau), vitamine K (flore intestinale), vitamine PP (à partir du tryptophane)

Sans valeur énergétique

Agissant à dose minime

Classées par lettres et par chiffres (B)2 groupes: Hydrosolubles et liposolubles

Absorption :essentiellement dans le grêle proximal(Sauf vitamines C, B12 : grêle distal; et vitamine K: colon)Vitamines liposolubles avec les lipides

stockage:Hydrosolubles : peu stockées, éliminées par les urines (pas de surdosage)

ex: vitamine c = apport régulier nécessaire +++ carence en quelques jours

vitamines B12 = stock hépatiques +++ pour plusieurs mois ou années

Liposolubles: stockées, risque d’intoxication en cas d’apport excessif

Formes actives:Transformées dans l’organisme (sauf C et E = vitamines antioxydantes)

Fonctions :Coenzymes : A, K, groupe B, C

Antioxydantes (stabilisateurs de membranes): C et E, B carotène

Fonction hormonales : D A (récepteurs nucléaires)

Déficits: - par carence d’apport- par malabsorption (pathologie digestive)- par augmentation des besoins

ex : prématurés (carences en vit E) grossesse (carences en folates (B9)) hémolyse, sd myéloprolofératifs (vit B9,

12)

Installation plus ou moins rapideSymptomatologie plus ou moins bruyanteCertaines lésions sont irréversibles (neurologiques+++)

Nom

hydrosolublesThiamineRiboflavineA.PanthoténiquePyridoxyneNiacineBiotineAc FoliqueCobalamineAc AscorbiqueLiposolublesRétinolCalciférolTocophérolPhytoménadionephylloquinone

B1B2B5B6PP/B3H/B8 B9B12C

ADEK

Apports recommandés

1.3 mg1.5 mg10 mg10 mg 2 mg150 µg15 mg300 µg100 mg

800 µg10 µg12 mg35 µg

Sources alimentaires

Céréales, levures, viandes, abatslevures, viandes, abats, fromageoeufs, viandes, levuresLevures, foie, œufs, laitLevures, foie, arachidesAbats, œufs, levuresAliments divers (légumes, abats)Viandes, foie, produits fermentésFruits, légumes

Beurre, foie, poisson, carottes Huiles de poisson, laitHuiles végétalesLégumes verts (choux, épinards)Bactéries TD

Sensibilité à la chaleur

Les plus « classiques »

Déficit en B1 (thiamine)Rôle dans métabolisme glucidiquesymptômes:Asthénie, Anorexie, vomissementsSignes neurologiques centraux et périphériquesCauses:Carence d’apport, alcoolisme, diabète, vomissements- Beri-beri (riz décortiqué): polynévrite, insuffisance cardiaque- Gayet wernicke (alcoolisme): encéphalopathie

Déficit en B12 (Cobalamine)Rôle dans hématopoïèsesymptômes:Anémie macrocytaireCauses:Biermer (anticorps anti-facteur intrinsèque)Gastrectomies, Crohnvégétariens

Les plus classiques (suite)Déficit en vitamine A (rétinol)Rôle dans la vision (rhodopsine)symptômes:Signes oculaires (vision nocturne, xerophtalmie)HyperkératoseInfections viralesCause: stéatorrhée, carence d’apport

Toxicité si surdosage: nausées, vomissements, céphalées, vertiges (HIC)

Déficit en vitamine DRôle dans la minéralisationsymptômes:Rachitisme chez l’enfant, ostéomalacie chez l’adultecauses:Carence d’apport, défaut d’ensoleillement

surdosage: hypercalcémie

Les Autres déficits…

B2 (riboflavine) Lésions muqueuses et cutanées

B3 (Panthothène) anomalies neurologiques, paresthésies

B6 (pyridoxine) anomalies cutanées, crises convulsives

PP (niacine) pellagre (dermatite photosensible, neuro)

B9 (folates) anémie macrocytaire, défaut tube neural

C (ascorbate) scorbut (anomalies des dents et phanères)

H (biotine) dermatite, alopécie

E (tocophérol) anémie hémolytique du prématuré, ataxie

Vitamine K maladie hémorragique du NN

Oligo-éléments

Définition:

Nutriments essentiels d’origine minérale, sans valeur énergétique

Présent dans l’organisme en faible quantité

Minéraux ( Na, K, Ca Mg et Ph en grande qqtées)

Rôles divers: - Strucure tertiaire des protéines (Zn)- cofacteurs d’enzymes (Mn, Zn)- constituant d’hormones (Iode)- covitamines (Co)- Immunité (fe, Zn)- transport de l ’O2 (Fe)- Oxydo-reduction (Cu, Se)- rôle structural (fluor)

Stockage:

Hépatique pour la plupart

carences:

Rares car niveau élevé dans l’environnementSauf fer (pertes sanguines), Iode (montagnes),..

Risque d’intoxication (fluor,chrome, cuivre, plomb,…) pollution+++

Et de surcharge (hémochromatose et fer, maladie de Wilson et Cu)

Fer: quelques grammes

Constituant de hémoglobine (70%)

Autres (30%)- myoglobine- Enzymes (oxydoréduction)- transferrine (transport)- ferritine (réserve)

Réserves- foie, rate, moelle, muscle

Pertes selles, urines,..X10 en cas de menstruations

Besoins en fer 10 à 20 mg/j; mal absorbé (10 % en moyenne)

Varie selon sexe, MNP

Age: enfant besoin x 10 (très peu dans le lait)

augmentés par la grossesse = masse globulaire, fœtus, placenta

pertes à accouchement, allaitement

Pathologies gynécologiques et digestives

Sources

- fer héminique (viande rouge), crustacés, bien absorbé

- fer non héminique (végétaux) = biodisponibilité 5x plus faible

Absorption duodénum, jéjunum

(inhibée par fibres, phytates, tanins,…)

Carence: anémie microcytaire

Surcharge: hémochromatose (atteinte multiples: foie, articulations, glandes endocrines, myocarde,..)

severine.ledoux@lmr.aphp.fr