Physiologie de lalimentation stockage des nutriments Sverine Ledoux

Physiologie de l’alimentation stockage 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 Et vis-versa…. Sortie

Centre d’intégration de la faim et satiété Hypothalamique Prise alimentaire Nx arqué + Facteurs digestifs Réponse à court terme _ Dépense énérgétique 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) hypothalamique par 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 Centre de satiété Hypothalamique Prise alimentaire X + Nx arqué TRH Dépense b 3 R énérgétique NPY _ _ a. MSH PC-1 (POMC) CCK motilité + Ghreline + Leptine + insuline

Apports alimentaires recommandés: Apports énergétiques 2000 -2500 Kcal/j Quantitatifs: 50 -55 % Glucides = énergie 30 -35 % Lipides = énergie 10 -15 % Protides= autres fonctions, énergie via néoglucogénèse (régime hyper. P) 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)

Glucides: 5 g/kg poids/jour sucres simples (saccharose, fructose, glucose): sucre, fruits, confitures, miel, boissons sucrées favorisent 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

Lipides en principe 1 g/kg poids/jour Apport en Acides gras essentiels et vitamines liposolubles Lipides insaturés moins athérogènes Végétales tournesol polyinsaturée olive: monoinsaturé Animales saturées (beurre, charcuteries, fromages, laitages, viande) très palatables faciles à stocker Peu mobilisable (> 20 -30 min d’exercice) 1 kg = 9000 Kcal

Protéines 1 g/kg poids /jour Consommation indispensable (viande = 20 % de protéines) Acides aminées essentiel (protéines animales surtout) Protéines animales mieux assimilées Utilisation nette: Lait de femme Blanc d’œufs Viande Végétales 95 % 87 70 40 Réserve énergétique de secours (fonte musculaire) Autres fonctions +++

Les vitamines et les oligo-éléments Substance apportée par l’alimentation dont l’organisme ne peut faire la synthèse (tout au moins en quantité suffisante) Certaines sont stockées (liposolubes, B 12) Agissant à dose minime Sans valeur énergétique Svt coenzymes Fer, B 9, B 12 Calcium, vitamine D Groupe B: C hémoglobine os S. nerveux, phanères antioxydant

Stockage des aliments Alimentation intermittente (repas) dépense énergétique continue (W mécanique, électrique chaleur, . . . ) Constitution de réserves Pour 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 protéolyse Synthèse protéique 300 g/j Renouvellement des protéines Apports Exogènes (70 g/j) Synthèse de novo Acides aminés disponibles Dégradation irreversible (70 g/j) Urée NH 4 CO 2 Fonctions spécifiques (néogluco pour l’alanine, hormones pour tyrosine…)

Renouvellement des protéines Dépend des organes muscle Foie Intestion Peau 20 % 10 15 15 Vitesse de renouvellement variable Foie = rapide cristallin = très lent Augmente dans certaines situations cataboliques (infections, cancers. . ) avec protéolyse > synthèse (fonte musculaire) Diminue au cours du jeûne L’absence d’AA disponibles ralenti la synthèse La synthèse protéique consomme beaucoup énergie (1 k. Cal/g)

Glucides et lipides Substrats énergétiques cellulaires Glucose = utilisable par toutes les cellules besoins du cerveau 120 g/ j (25 morceaux de sucre) Acides gras libres = équipement nécessaire muscles oxydatifs, cœur, foie, rein sf cerveau = ne passent pas la barrière méningés Corps cétoniques= +++ jeûne oxydation AGL foie Cerveau, muscle, rein

Glucides et lipides (2) 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

Métabolisme Protéines Polysaccharides ADP + Pi Lipides ADP + Pi ATP Acides aminés ADP + Pi Hexoses Pentoses ADP + Pi ATP Acides gras ADP + Pi ATP glycolyse ATP Pyruvate Urée Cycle de L’urée oxydation CO 2 ADP + Pi Acétyl-Co. A ATP Cycle de l’acide citrique e- O 2 Chaîne de transport des électrons Phosphorylation oxydative ATP

Glucides et lipides (2) Réserves glycogène: synthétisé à partir du glucose foie utilisation systémique muscle utilisation locale quantités 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

Repas T. Dig AA essentiels AA Glucose TG, Ph. L Glycolyse libération AA, urée th protéines circulantes Chiloµ néoglucogénèse (alanine) Glycérol G 6 P: th glycogène ou glycolyse AG Glycolyse oxydation glycogène TG Tissu adipeux pyruvate Krebs AG acetyl co. A CC oxydation LPL VLDL TG

Coût énergétique Digestion 2 à 4 % Glucose 6 % Lipides 2 % Protides 24% de l’énergie dépensée pour le stockage i. e. repas gras stockage plus facile glucides favorise stockage via insuline

Rôle du foie Essentiel dans la régulation du métabolisme des lipides, protides et glucides 2. 5 % PC mais métabolisme hépatique 20 % de la DER i. 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

Rôle du foie (2) 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 co. A Clairance du cholestérol: captation des chilomicrons et LDL

Rôle du foie (3) 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

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 captation glycolyse, oxydation Lipides lipogénèse 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 + INS th protéines circulantes libération AA, urée AA essentiels AA Glucose TG, Ph. L Glycolyse Chiloµ INS néoglucogénèse (alanine) Glucagon + glycogénolyse G 6 P: th glycogène INS + ou glycolyse + Glycolyse oxydation glycogène Tissu adipeux INS + oxydation LPL pyruvate Krebs Glucagon TG AG acetyl co. A CC VLDL

Apport énergie / 24 h Variable ~ 2000 Kcal Synthèse Spécifiques (hormones, structures…) Digestion AA 50 Kcal (3%) AGL, G Fonctionnement des organes Activité Musculaire thermogénèse Foie 20 % DER AGL ± G, AA DER ~ constante 1100 Kcal Stockage Variable ~ 200 Kcal dont 5% consommé Foie AGL, G muscle Variable ~ 600 Kcal AA T. Adipeux Glyco. G, Prot TG+++ Total 100. 000 Kcal Dégradation Urée 50 kcal

Adaptation au jeûne • 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.

• En même temps il faut préserver la capacité à échapper aux prédateurs, cher 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 Avantage sélectif Mobilité Nourriture rare Pays industrialisés obésité, diabète sédentarité nourriture abondante populations en voie de développement Anorexie, 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 Kcal 2/3 musculaire (locale), 1/3 hépatique (générale) 1 g sec = 4 kcal 2/3 de poids en eau épuisé en 48 h de jeûne ou 30 min d’exercice Protéines musculaires 2500 Kcal 1 g = 4 kcal 2/3 de poids en eau autres fonctions (enzymes, structure, …) Lipides = TG du Tissu adipeux 100. 000 Kcal 1 g = 9 kcal sans 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.

Buts de l’adaptation au jeûne - 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

Jeûne court Dépense 1800 Kcal Muscle AA 75 g AA (alanine) Néogluco. G T adipeux TG 160 g 120 g Oxydation incomplète 60 g 36 g CC SNC CO 2 + H 2 O Glucose 180 g 36 g glycérol AGL 144 g Glycogène GR Lactate pyruvate Muscle (glycogène) CO 2 + H 2 O Glycémie > 0. 45 g/l Flux hépatique 9 g/h Glycogénolyse 75 % puis neoglucogénèse 25 % Utilisation cerveau 60 %, rein GR 30 %, muscle 10 %

glycérol Glucose Pyruvate AA Acétyl Co. A oxaloacétate Lactates ATP AGL CC Krebs H 2 O + CO 2 L’énergie de la néoglucogénèse est fournie par l’oxydation des acides gras dans le foie

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 Muscle AA 20 g AA (alanine) Glycogène Néogluco. G T adipeux TG 160 g glycérol AGL 120 g SNC CO 2 + H 2 O Glucose 180 g 57 g Oxydation incomplète 44 g GR 36 g CC 47 g Lactate pyruvate Muscle (glycogène) CO 2 + H 2 O AA, lactate, pyruvate, glycérol insuffisant pour apporter 180 g Glucose Glycogène rapidement épuisé, Risque de déplétion protéique Utilisation CC par le cerveau = néogluco. G au dépend des AA néogluco. G rénale (glutamine)

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 musculaires des corps cétoniques du glucagon = de la glycogénolyse de la néoglucogénèse de la captation hépatique des AA Baisse de la DER ( hormones thyroidiennes, cathécolamines)

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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, B 12 : 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 B 12 = 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 (B 9)) hémolyse, sd myéloprolofératifs (vit B 9, 12) Installation plus ou moins rapide Symptomatologie plus ou moins bruyante Certaines lésions sont irréversibles (neurologiques+++)

Nom hydrosolubles B 1 Thiamine B 2 Riboflavine B 5 A. Panthoténique B 6 Pyridoxyne PP/B 3 Niacine H/B 8 Biotine B 9 Ac Folique B 12 Cobalamine C Ac Ascorbique Liposolubles A Rétinol D Calciférol E Tocophérol K Phytoménadione phylloquinone Sensibilité à la chaleur Apports recommandés Sources alimentaires 1. 3 1. 5 10 10 2 150 15 300 100 mg mg mg µg mg Céréales, levures, viandes, abats, fromage oeufs, viandes, levures Levures, foie, œufs, lait Levures, foie, arachides Abats, œufs, levures Aliments divers (légumes, abats) Viandes, foie, produits fermentés Fruits, légumes 800 10 12 35 µg µg mg µg Beurre, foie, poisson, carottes Huiles de poisson, lait Huiles végétales Légumes verts (choux, épinards) Bactéries TD

Les plus « classiques » Déficit en B 1 (thiamine) Rôle dans métabolisme glucidique symptômes: Asthénie, Anorexie, vomissements Signes neurologiques centraux et périphériques Causes: Carence d’apport, alcoolisme, diabète, vomissements - Beri-beri (riz décortiqué): polynévrite, insuffisance cardiaque - Gayet wernicke (alcoolisme): encéphalopathie Déficit en B 12 (Cobalamine) Rôle dans hématopoïèse symptômes: Anémie macrocytaire Causes: Biermer (anticorps anti-facteur intrinsèque) Gastrectomies, Crohn végétariens

Les plus classiques (suite) Déficit en vitamine A (rétinol) Rôle dans la vision (rhodopsine) symptômes: Signes oculaires (vision nocturne, xerophtalmie) Hyperkératose Infections virales Cause: stéatorrhée, carence d’apport Toxicité si surdosage: nausées, vomissements, céphalées, vertiges (HIC) Déficit en vitamine D Rôle dans la minéralisation symptômes: Rachitisme chez l’enfant, ostéomalacie chez l’adulte causes: Carence d’apport, défaut d’ensoleillement surdosage: hypercalcémie

Les Autres déficits… B 2 (riboflavine) Lésions muqueuses et cutanées B 3 (Panthothène) anomalies neurologiques, paresthésies B 6 (pyridoxine) anomalies cutanées, crises convulsives PP (niacine) pellagre (dermatite photosensible, neuro) B 9 (folates) anémie macrocytaire, défaut tube neural C (ascorbate) scorbut (anomalies 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 ’O 2 (Fe) - Oxydo-reduction (Cu, Se) - rôle structural (fluor)

Stockage: Hépatique pour la plupart carences: Rares car niveau élevé dans l’environnement Sauf 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, . . X 10 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 5 x plus faible Absorption duodénum, jéjunum (inhibée par fibres, phytates, tanins, …) Carence: anémie microcytaire Surcharge: hémochromatose (atteinte multiples: foie, articulations, glandes endocrines, myocarde, . . )

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