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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
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