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Physiologie de lalimentation stockage des nutriments Séverine Ledoux, Service Explorations Fonctionnelles Hôpital louis Mourier.

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1 Physiologie de lalimentation stockage des nutriments Séverine Ledoux, Service Explorations Fonctionnelles Hôpital louis Mourier

2 1. Régulation de la prise alimentaire 2. Les différents aliments 3. Stockage des nutriments 4. Adaptation au jeûne 5. Aspects qualitatifs: vitamines et oligoéléments

3 Un déficit énergétique entraîne une réponse de lorganisme visant à restaurer la balance: - augmentation de la prise alimentaire - diminution de la dépense énergétique Entrée Sortie Et vis-versa….

4 Dépense énérgétique Prise alimentaire Nx arqué Centre dintégration de la faim et satiété Hypothalamique + _ Facteurs digestifs Réponse à court terme réserve Réponse à long terme

5 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,..

6 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

7 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 dautres structure du SNC - à la périphérie par le nerf vague (X) - au cortex (émotions)

8 Nombreux systèmes, interactions, redondance Leptine Ghreline + insuline + + TRH 3R Dépense énérgétique Prise alimentaire CCK motilité X _ NPY (POMC) PC-1 Nx arqué + MSH _ Centre de satiété Hypothalamique

9 Apports énergétiques Kcal/j Quantitatifs: % Glucides = énergie % Lipides = énergie % 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:

10 Glucides: 5 g/kg poids/jour sucres simples (saccharose, fructose, glucose): sucre, fruits, confitures, miel, boissons sucrées favorisent les pics dinsuline (favorable au stockage) Sucres complexes: féculents riz, blé, pommes de terres, lentilles, (ne font pas grossir contrairement aux idées reçues) Rôle énergétique important

11 Lipides en principe 1g/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 (> min dexercice) 1 kg = 9000 Kcal

12 Protéines 1g/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 dœufs87 Viande70 Végétales40 Réserve énergétique de secours (fonte musculaire) Autres fonctions +++

13 Substance apportée par lalimentation dont lorganisme 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, B12hémoglobine Calcium, vitamine Dos Groupe B: S. nerveux, phanères Cantioxydant Les vitamines et les oligo-éléments

14 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

15 Métabolisme des protéines Association dAA de taille très variable Fonctions multiples - structure (collagène) - contraction (myosine) - transport plasmatique (albumine) - Immunité (immunoglobulines) - Enzymes - informations biologiques (hormones, récepteurs) - etc…

16 Voies métaboliques Protéines 11 kg Acides aminés disponibles protéolyse Apports Exogènes (70 g/j) Synthèse de novo Synthèse protéique Dégradation irreversible (70 g/j) Fonctions spécifiques (néogluco pour lalanine, hormones pour tyrosine…) Urée NH4 CO2 300g/j Renouvellement des protéines

17 Dépend des organes muscle20 % Foie10 Intestion15 Peau15 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 Labsence dAA disponibles ralenti la synthèse La synthèse protéique consomme beaucoup énergie (1kCal/g) Renouvellement des protéines

18 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 Substrats énergétiques cellulaires Glucides et lipides

19 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)

20 Métabolisme Acétyl-CoA Pyruvate ATP ADP + P i Polysaccharides Hexoses Pentoses ADP + P i ATP ADP + P i ATP ADP + P i ATP ADP + P i ATP Lipides Acides gras ATP ADP + P i Protéines Acides aminés Cycle de lacide citrique Cycle de Lurée ATP ADP + P i Urée CO 2 Chaîne de transport des électrons Phosphorylation oxydative O2O2 ATP e-e- oxydation glycolyse

21 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 Glucides et lipides (2)

22 Repas T. Dig AA Glucose TG, PhL AA essentiels Glycolyse oxydation glycogène oxydation Chiloµ Tissu adipeux G6P: th glycogène ou glycolyse pyruvate acetyl coA libération AA, urée th protéines circulantes néoglucogénèse (alanine) LPL TG VLDL AG CC Krebs Glycérol TG AG

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

24 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

25 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 lacétyl coA Clairance du cholestérol: captation des chilomicrons et LDL Rôle du foie (2)

26 Synthèse des protéines Synthèse de la majorité des protéines plasmatiques 90 %, transport, coagulation Stimulée par Afflux AA et insuline (PP) Maintien des taux dAA circulant Captation postprandiale, libération interprandiale Enrichissement en AA essentiels et ramifiés permet de réguler la synthèse protéique des tissus Synthèse durée associée à synthèse de bicarbonates Permet élimination de lazote et tamponnement charge acide des protéines Rôle du foie (3)

27 Régulation du métabolisme des G, L, P Glucose PP sécrétion dinsuline: (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

28 Période interprandiale de la glycémie de linsuline 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)

29 Régulation T. Dig AA Glucose TG, PhL AA essentiels Glycolyse oxydation glycogène oxydation Chiloµ Tissu adipeux LPL th protéines circulantes libération AA, urée néoglucogénèse (alanine) G6P: th glycogène ou glycolyse pyruvate acetyl coA AG CC TG VLDL INS + INS + Glucagon - Glucagon + INS + Krebs INS + glycogénolyse

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

31 Chez les animaux, lénergie du métabolisme de base, de lactivité physique, de la croissance et de la reproduction est tirée de lalimentation. La résistance à labsence daliments est fonction de la capacité à stocker mais aussi à redistribuer la dépense énergétique. Adaptation au jeûne

32 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 (jusquà -3°C chez lécureuil de terre de larctique, 0-5°C chez la marmotte, jusquà 34°C chez lanorexique)

33 Adaptation au jeûne Gestion des stocks énergétiques de lorganisme étroitement régulée ancêtres chasseursPays industrialisés Avantage sélectifobésité, diabète Mobilitésédentarité Nourriture rarenourriture abondante populations en voie de développement Anorexie, grève de la faim, dénutrition pathologique

34 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

35 Réserves énergétiques Energie circulante faible (G, AG, TG) = une centaine de calories Glucides = Glycogène 900 Kcal 2/3 musculaire (locale), 1/3 hépatique (générale) 1g sec = 4 kcal 2/3 de poids en eau épuisé en 48 h de jeûne ou 30 min dexercice Protéines musculaires 2500 Kcal 1g = 4 kcal 2/3 de poids en eau autres fonctions (enzymes, structure, …) Lipides = TG du Tissu adipeux Kcal 1g = 9 kcal sans eau, densité faible avantage sélectif (graines, hommes) plus difficile à mobiliser (effort > 30 min, jeûne prolongé)

36 Corps cétoniques seuls les animaux dont le cerveau représente plus de 5% de la dépense énergétique ont besoin daugmenter leur cétogenèse à jeun (quasi-particularité de lhomme) 4.69 Cal/g beaucoup moins hydraté que glycogène Très utilisé comme forme de stockage de lénergie 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.

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38 - 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 ladaptation au jeûne

39 Jeûne court Dépense 1800Kcal Muscle AA 75g T adipeux TG 160g AA (alanine) glycérol AGL Glycogène NéoglucoG Oxydation incomplète CC Glucose 180 g SNC CO2 + H2O GR Muscle (glycogène) CO2 + H2O 144 g 36g Lactate pyruvate 36g 60g 120g Glycémie > 0.45 g/l Flux hépatique 9 g/h Glycogénolyse 75 % puis neoglucogénèse 25 % Utilisation cerveau 60 %, rein GR 30 %, muscle 10 %

40 Glucose Pyruvate Acétyl CoA Krebs H2O + CO2 AA Lactates AGL CC oxaloacétate Lénergie de la néoglucogénèse est fournie par loxydation des acides gras dans le foie glycérol ATP

41 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 lénergie est essentiellement fournie par les AGL Muscles - utilisent préférentiellement AGL (non hydrosolubles, ne passent pas la barrière méningée, nécessite oxygène) - Consommation glycogène = exercice, anoxie

42 Jeûne long (qq heures à qq jours) selon le ratio cerveau/reste du corps Muscle AA 20 g T adipeux TG 160g AA (alanine) glycérol AGL Glycogène NéoglucoG Oxydation incomplète CC Glucose 180 g SNC CO2 + H2O GR Muscle (glycogène) CO2 + H2O 44 g 36g Lactate pyruvate 47g 120g 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

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45 Régulation hormonale de la glycémie de linsuline = 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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47 Les vitamines Définition: Substance organique, apportée par lalimentation dont lorganisme 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

48 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 dintoxication en cas dapport excessif Formes actives: Transformées dans lorganisme (sauf C et E = vitamines antioxydantes)

49 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 dapport - 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 rapide Symptomatologie plus ou moins bruyante Certaines lésions sont irréversibles (neurologiques+++)

50 Nom hydrosolubles Thiamine Riboflavine A.Panthoténique Pyridoxyne Niacine Biotine Ac Folique Cobalamine Ac Ascorbique Liposolubles Rétinol Calciférol Tocophérol Phytoménadione phylloquinone B1 B2 B5 B6 PP/B3 H/B8 B9 B12 C A D E K Apports recommandés 1.3 mg 1.5mg 10 mg 2 mg 150 µg 15 mg 300 µg 100mg 800 µg 10µg 12 mg 35 µg Sources alimentaires Céréales, levures, viandes, abats 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 Beurre, foie, poisson, carottes Huiles de poisson, lait Huiles végétales Légumes verts (choux, épinards) Bactéries TD Sensibilité à la chaleur

51 Les plus « classiques » Déficit en B1 (thiamine) Rôle dans métabolisme glucidique symptômes: Asthénie, Anorexie, vomissements Signes neurologiques centraux et périphériques Causes: Carence dapport, alcoolisme, diabète, vomissements - Beri-beri (riz décortiqué): polynévrite, insuffisance cardiaque - Gayet wernicke (alcoolisme): encéphalopathie Déficit en B12 (Cobalamine) Rôle dans hématopoïèse symptômes: Anémie macrocytaire Causes: Biermer (anticorps anti-facteur intrinsèque) Gastrectomies, Crohn végétariens

52 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 dapport Toxicité si surdosage: nausées, vomissements, céphalées, vertiges (HIC) Déficit en vitamine D Rôle dans la minéralisation symptômes: Rachitisme chez lenfant, ostéomalacie chez ladulte causes: Carence dapport, défaut densoleillement surdosage: hypercalcémie

53 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

54 Oligo-éléments Définition: Nutriments essentiels dorigine minérale, sans valeur énergétique Présent dans lorganisme en faible quantité Minéraux ( Na, K, Ca Mg et Ph en grande qqtées) Rôles divers: - Strucure tertiaire des protéines (Zn) - cofacteurs denzymes (Mn, Zn) - constituant dhormones (Iode) - covitamines (Co) - Immunité (fe, Zn) - transport de l O 2 (Fe) - Oxydo-reduction (Cu, Se) - rôle structural (fluor)

55 Stockage: Hépatique pour la plupart carences: Rares car niveau élevé dans lenvironnement Sauf fer (pertes sanguines), Iode (montagnes),.. Risque dintoxication (fluor,chrome, cuivre, plomb,…) pollution+++ Et de surcharge (hémochromatose et fer, maladie de Wilson et Cu)

56 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

57 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,..)

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