le métabolisme énergétique : description et moyens …©tabolisme-énergétique... · ainsi la...

NUTRITION – Le métabolisme énergétique : description et moyens d'études les compartiments corporels, moyens d'investigation

11/03/2016PIOCH Nicolas L2CR : NICOLAS MargotNutrition Dr Gaborit26 pages

Le métabolisme énergétique : description et moyens d'études les compartiments corporels, moyens d'investigation

A. Composition corporelle

I. Introduction

C'est l'etude des compartiments de l'organisme. De nos jours, il faut aller au-delà du poids des gens et del'IMC, la composition corporelle est la base de la nutrition clinique. En effet c'est important car cela permet :

– d'évaluer l’évolution masse grasse/ masse maigre lors d'une stratégie de perte de poids chez un patientobèse

– d'évaluer la dénutrition (perte de masse maigre)– d'évaluer la masse musculaire en médecine du sport (performance d'un athlète)

Parfois, un simple examen clinique permet d'évaluer la composition corporelle. Dans certaines cultures, le faitd'être en surpoids, d'être obèse est un marqueur culturel. Chez les athlètes évidemment, il va y avoir un développement de la masse musculaire et chez les obèses on vaparfois avoir des développements d’œdèmes qui vont nous empêcher de bien évaluer la composition corporelledes personnes.

→ Plusieurs modèles de représentation de la composition corporelle :

Pour representer ces differents compartiments, il y a plusieurs approches : ce sont les modeles de representationbiochimique, anatomique ou physiologique.

1/26

Plan :

A. Composition corporelle I. Introduction II. Méthodes de mesure des compartiments

B. La dépense énergétique I. Le métabolisme de base ou dépense énergétique de repos : DER II. L'effet thermique des aliments III. L'énergie dépensée pour l'activité physique IV. Variabilité de la DE V. Méthodes d'évaluation de la dépense énergétique VI. Estimation de la dépense énergétique totale (DET)

C. Conclusion


=> Le Modele biochimique separe les composants de l'organisme (macronutriments) en fonction de leursproprietes chimiques :

– Eau– Lipides/ carbone – Proteines / azote – Glucides – Mineraux / calcium et phosphore (dans l'os +++) ,

Potassium / compartiment intracellulaire , Sodium / compartiment extracellulaire

=> Le Modele anatomique separe le corps en differents tissus, en organes par rapport à l'organisation spatiale,et il a progresse avec l'imagerie (IRM, scanner, TDM...). L'homme ideal a :

– muscles squelettiques = 40 % du poids corporel– tissu adipeux = 20%– peau = 7%– foie, cerveau = 2,5%– cœur, reins = 0,5%

=>Le Modele physiologique, sépare le corps en modeles, cree artificiellement des compartiments et selon lecalcul que l'on fait on distingue des modeles :

- à 2 compartiments : MG et masse non grasse.

- à 3 compartiments : MG, Masse cellulaireactive, eau extra-cellulaire.

- à 4 compartiments : MG, liquides extra-cellulaires, masse cellulaire active et solidesextra-cellulaires (masse minérale osseuse)

2/26


• La masse grasse

La masse grasse correspond aux triglycérides stockés dans les adipocytes. Quelle que soit sa localisationanatomique, elle représente en général 10 à 25 % du poids corporel mais elle est différente en fonction du sexe.En général chez l'homme on a moins de masse grasse que chez la femme (10 à 15% de MG chez l'homme et 20à 25 % chez la femme).

Dans le cas de pathologies (quand on est en surpoids ou obésité), on va avoir une augmentation de la massegrasse : d'ailleurs la définition de l'obésité par l'OMS est un excès de masse grasse (MG).La densité de la MG est de 0.9 g/mL. Ce compartiment est virtuellement dépourvu d'eau.

La masse grasse a 4 rôles essentiels :– Réserves énergétiques de l’organisme lors des périodes interprandiales sous forme de triglycérides qui

peuvent être lipolysés pour obtenir de l'énergie (environ 90 000 kcal pour 70kg de poids corporel).– Isolant thermique,– Protection contre les chocs,– Synthèse hormonale d'adipokines : leptine (rôle sur la prise alimentaire), adiponectine (reflet de

l'insulino-sensibilité de l'organisme d'un individu)

Le minimum vital de tissu adipeux est d'environ 3% (anorexiques), mais la masse grasse peut être « toxique » sielle est trop élevée (notamment localisation viscérale) car cela favorise les maladies métaboliques et lesrisques cardiovasculaires.L'IMC est corrélé à la masse grasse (plus on grossit plus on a de la MG) et il y a toujours une différence entreles hommes et les femmes (les femmes ont plus de MG que les hommes).

• La masse maigre

Elle est l'entité la plus polymorphe, cela correspond à la somme de l’eau, des os, des organes et des muscles.Elle contient les éléments vitaux, notamment les protéines, et représente 70 à 90% du poids corporel. Sadensité est de 1.1 g/mL.La masse maigre est essentiellement constituée d’eau (73%) et cette eau est extracellulaire et intracellulaire.Sa diminution signe une dénutrition ou une déshydratation. La diminution de ce compartiment menace plus lasanté que la diminution de la MG.Le rapport entre l’eau et la masse maigre (73%) définit l’hydratation de la masse maigre.

• La masse minérale osseuse

Elle correspond à 5% du poids corporel correspondant aux cristaux de phosphates tricalciques du squelette.Sa densité est de 3g/mL (très élevée).Sa baisse signe l’ostéoporose (vieillissement, ménopause).

• L’eau extracellulaire

– Elle représente environ 20% du poids corporel– Elle correspond à l’ensemble des liquides interstitiels et au plasma– Elle constitue la masse liquidienne facilement échangeable– Elle s’ajoute à l’eau intracellulaire pour constituer l’eau corporelle totale (60% poids corporel)

3/26


• L ’eau intracellulaire

Elle représente 40 % du poids corporel.

• La masse cellulaire active

Elle correspond à l’ensemble des cellules des différents organes et muscles. Elle est calculée par : MCA = MM – eau extracellulaire.

L’intensité de son métabolisme détermine les besoins énergétiques de l’organisme. Cette masse comprend lesprotéines de l’organisme, et la masse protéique est de 16% du poids corporel (ou MM sèche).Elle joue un rôle structurel (protéines des membranes) et est importante à plusieurs niveaux : dans la mobilité,CR : au niveau musculaire, au niveau enzymatique, pour les défenses immunitaires.

La diminution de plus de 50% des protéines n’est pas compatible avec la survie, ce qui correspond pourtant àune perte de poids <10% = justifie la mesure des compartiments corporels en cas de risque de dénutrition +++

NB : les glucides stockés représentent une part négligeable de l’organisme (<1% PC)

Ex : homme de 40 ans en bonne santé :– Poids corporel = 70kg– MG = 10kg = 14,3%– ECF = extra-cellular fluid = 18L = 25,7%– ICF = intra-cellular fluid = 26L = 37,1%– MIN = minéraux = 4kg = 5,7 %– PROT = protéines = 11kg = 15,7 %– Densité corporelle = 1,05

II. Methodes de mesure des compartiments

Il existe 3 types de méthodes :

– Methode de quantification in vivo des constituants specifiques de l'organisme (utilisee enrecherche)

– Methode d'estimation in vivo des compartiments de l'organisme qui repose sur une mesurecorporelle (densite, volumes, impedances) et une hypothese de modelisation (hydratation de la massemaigre = 73%)

– Methode de prediction de la valeur (methodes indirectes, anthropometriques ou impedancemetriebioelectrique tres utilisees en pratique clinique)

a) Mesures anthropometriques

→ Calcul de l'IMC (indice de la masse corporelle) =Poids [kg ]

(Taille [m ])2

• Maigreur : IMC < 18,5 • Poids Normal : 18,5 ≤ IMC < 25

4/26


• Surpoids : 25 ≤ IMC < 30 • Obesite I : 30 ≤ IMC < 35

II : 35 ≤ IMC < 40 III : 40 ≤ IMC = anciennement obésité morbide = maintenant obésité massive/sévère

→ Mesure du tour de taille : Mesure avec un metre ruban à mi distance entre l'epine iliaque antero-superieureet la derniere cote flottante, sur un sujet debout, torse nu en fin d'expiration.

→ Mesure du tour de hanche : mesuré là où les fesses sont les plus proéminentes.

Ces mesures anthropométriques sont importantes pour décrire la répartition du tissu adipeux. Des études ontmontré que les hommes et les femmes ont des compositions corporelles différentes :

– Répartition androïde (obésité dans la partie supérieure du corps) en forme de pomme chez l'homme,associée à des risques de développer un diabète de type 2, un infarctus ou une goutte.

– Répartition gynoïde (obésité dans la partie inférieure du corps) en forme de poire chez la femme. Ici letissu adipeux est localisé en sous-cutané et est un marqueur protecteur. En effet certaines personnespeuvent être très obèses et n'avoir aucun risque de développer un diabète.

Ainsi la répartition de la graisse et donc la composition corporelle est très importante et 2 sujets de même poidsou de même IMC peuvent avoir une répartition de graisse totalement différente qui va faire qu'ils vont avoir unrisque métabolique ou un risque cardiovasculaire différent.

→ Technique des plis cutanes : C'est une méthode de prédiction. L’hypothèse est que l'épaisseur de la graisse sous cutanée va refléter la massegrasse totale. Cela permet d’avoir la densité corporelle en fonction de l’âge et du sexe. On va utiliser le compasde Harpenden.MG = Somme de 4 plis (ou « équation ») : pli bicipital, pli tricipital, pli sous-scapulaire, pli supra-iliaque.

5/26


Ces mesures anthropométriques ont des limites : – Il faut définir les normes.– Les équations sont inadéquates chez le grand obèse.– Souvent elles sous estiment la MG en cas d’obésité viscérale de la partie androïde.– Il existe des variations inter-observateurs car ces mesures doivent être assez reproductibles et la

personne doit avoir l'habitude de mesurer ces plis (tout le monde n'a pas la même technique).

Mais elles ont aussi des avantages : – simples et peu coûteuses.– souvent utilisées pour suivre la dénutrition.

b) Mesure de l'eau totale

C'est une méthode d'estimation. On peut utiliser :

La dilution de traceur :

C'est l'ingestion d'une quantité connue d’eau marquée (isotopes stables : deutérium, oxygène 18 ou eautritiée). Sa concentration plasmatique permet de calculer un volume de distribution. Cela repose sur l’hypothèseque MM contient une proportion fixe d’eau (73 %).Comme la masse grasse est dépourvue d’eau on a : MM = EAU TOTALE/0,73

C'est une technique peu utilisée en pratique clinique car l'utilisation de marqueurs et d'isotopes est réservée a lamédecine nucléaire.

Impédancemétrie bioélectrique : (BIA) utilisée en clinique++

– Elle est basée sur la capacité des tissus hydratés à conduire l’énergie électrique,– Elle est fonction du volume du compartiment hydro-électrolytique contenu dans le corps– Liée à la résistance spécifique (r), la longueur (L), et le volume conducteur (V) :– V = r L2 / Z– L: la taille de l’individu, r : une constante déterminée lors de l’étalonnage du système, z : impédance

C'est un petit appareil utilisé en pratique clinique, on colle 2 électrodes au niveau du poignet, et 2 au niveau dela cheville homo-latérale. Le courant est appliqué pendant quelques secondes, et la mesure de Z est lue. Le plus souvent, il n'y a qu'unseul courant de 800 μAmp avec une fréquence de 50 kHz (indolore).

6/26


Les mesures avec plusieurs fréquences permettent une approche des différents secteurs hydriques, lesmembranes cellulaires se comportant comme une capacité électrique.Quand le courant a une fréquence > 50 kHz, le volume mesuré est assimilé à l’eau totale.Quand cette fréquence est < 5 kHz, le volume mesuré correspond à l’eau extracellulaire.

Limites : – Qualité de la validation initiale de l’équation– Pertinence pour une population spécifique (sportif ? Obèse?)– Conditions de mesures

Avantages : – Technique simple, peu coûteuse (très présente dans les salles de sport)– indolore pour le patient.

c) Absorptiometrie biphotonique à rayons X : DEXA

C'est la méthode de référence +++ (Gold standard) pour l’étude de la composition corporelle. Cela permetd’accéder directement à un modèle à trois compartiments : MG + MM + contenu minéral osseuxElle consiste à balayer l’ensemble du corps avec un faisceau de rayons X à 2 niveaux d’énergie (40 et 100 Kev)c'est donc un examen irradiant. L’atténuation des faisceaux dépend de la matière traversée (eau, os, gras,...).On a ensuite un traitement informatique des mesures physiques

Avantages : – La précision est excellente (à 1% près),– Permet une approche régionale/segmentaire (bras, tronc, jambes, androide/gynoide)

des 3 compartiments mesurés,– L’irradiation imposée au patient est faible et similaire à celle d’une radio

pulmonaire,

Limites : – Coût et rareté des installations– Irradiation (Contre indiqué femmes jeunes sans contraception)– Impossibilité de l’utiliser au lit du malade– Grands obèses ne peuvent pas être mesurés (diamètre sagittale max = 63cm)– Pas de distinction graisse viscérale/sous-cutanée– Ne mesure pas les compartiments hydriques (pas d'évaluation de l'eau IC et EC).

7/26


Voici un exemple de DEXA chez un individu sain et chez un autre un peu plus gras :

Suivi DEXA après une perte de poids chez une femme obèse :

d) Tomodensitometrie et l'IRM, scanner de masse grasse.

– C'est une mesure ultra précise, rapide (surfaces) mais irradiante.– Elle permet de faire la distinction entre graisse viscérale (autour des organes) et sous-cutanée.

Excès de graisse viscérale

Exces de graisse sous-cutanee

Pour les personnes ayant de la graisse viscerale, on parle d'obesite a risque cardio-metabolique.

8/26


On a etudie le lien entre le tour de taille et la graisse viscerale (mesuree par scanner) :

On voit bien qu'il existe une correlation, avec cependant pour un individu donne des variations. C'estglobalement un marqueur interessant.

e) Mesure de la densite corporelle (methode d'estimation)

Dans un modèle à deux compartiments, si une densité fixe est attribuée à chaque compartiment :– 0,9 g/ml pour la masse grasse– 1,1 g/ml pour la masse maigre

la proportion de chacun des compartiments peut-être calculée à partir de la densité du corps entier. D (densité) = masse / volume

L’équation de Siri : % MG =

La densité corporelle peut être déterminée de deux façons : par hydrodensitometrie ou par plethysmographie.

L' hydrodensitometrie :

– Elle repose sur le principe d'Archimede c'est-à-dire qu'on mesure un volume en l'immergeant dans l'eau.– Pour cela il faut un equipement adapte, une cuve de taille suffisante, une capacite à determiner les

volumes des gaz respiratoires et intestinaux.– On ne peut pas l'utiliser sur les enfants, les malades, les personnes agees à mobilite reduite, les patients à

cooperation reduite...C'est surtout une technique de recherche, elle est très peu utilisée en pratique clinique.

La plethysmographie :

– C'est une sorte de cabine où l'on va mettre un individu– Cela repose sur la loi de Boyle-Mariotte : le produit Pression x Volume est une constante. #Breuzard– Si un corps est introduit dans une cabine fermee de volume connu, le regime de pression de la cabine est

modifie en proportion du volume introduit.– Duree de la mesure = 5 min. Non traumatisant et simple pour le patient.

9/26

100×4,95

D−4,50


Bodpod

f) Tableau récapitulatif

g) Variations physiologiques :

• En fonction du sexe :

→ La masse grasse est plus développée chez la femme (23% vs 15% chez l’homme à 20 ans) du fait de lagestation, lactation avec une répartition corporelle différente (androïde vs gynoïde).

→ La masse maigre est plus faible chez la femme mais les performances sportives (VO2 max) s’égalisent sirapportées à la MM.

→ La masse calcique est plus faible chez la femme car elle est 1.4 fois plus élevée chez l’homme. De ce fait,lors de la ménopause et de la chute des œstrogènes, les femmes sont plus à risques d'ostéoporose.

• En fonction de l'activité physique :

La masse grasse est plus faible chez le sportif au profit de la masse maigre. Donc pas forcément de variationsde poids avec entraînement.

10/26


• En fonction de l'âge (vieillissement) :

La Masse grasse augmente de 1g/j dès l’âge de 20 ans pour les femmes, ou 30 ans pour les hommes et d'environ3% par an donc augmentation du risque cardiovasculaire surtout si la répartition est androïde.La masse maigre évolue en sens inverse, le poids tend à rester constant. Pour lutter contre le vieillissement il faut entretenir sa Masse Musculaire (exercice). Le maintien de la MM peutse traduire par une légère prise de poids entre 30 et 70 ans (MM constante, MG augmente).

L’eau corporelle diminue également mais un peu plus vite que ne le laisse prévoir la baisse de MM, laconstante de 73% n’est plus vrai au delà de 70 ans.La masse osseuse diminue :

– Avant 50 ans perte de 3.8g/an pour les femmes– Après 50 ans perte de 7.6 g/an pour les femmes, 7 g/an pour les hommes– La diminution est aggravée par un déficit en hormones sexuelles (œstrogènes) lors de la ménopause.

• En fonction de l’âge (enfant et adolescent) :

Masse grasse et masse musculaire augmentent jusqu’à 20 ans, et la masse musculaire augmente plus vite chezle garçon. L'hydratation de la masse musculaire diminue :

– 86 % H2O chez le fœtus– 80% à la naissance– 73% fin de l’adolescence

La masse osseuse augmente avec un pic de calcium vers 15-20 ans avec environ 4.400g chez les garçons et3.100 g chez les filles . Cela dépend de facteurs génétiques, de l'activité physique pendant l’enfance (environ7%) et d'une alimentation riche en calcium (environ 5%).

• Femmes enceintes :

Elles ont une répartition un peu spécifique des compartiments. On observe une prise de poids en général de 10 à15 kg qui dépend de leur morphologie initiale :

- 6 à 7 L H2O (2 à 3 L chez la mère)- 3 kg MG- 3 kg MM sèche

La surcharge extracellulaire est peu prévisible et las urcharge adipeuse résiduelle est parfois problématique,difficile à perdre. (hygiène alimentaire pendant la grossesse ++)

• Variations pathologiques :

Obésité : – Augmentation du poids– Augmentation de la MG– Accompagnée d’une augmentation de la MM (VEC et MCA)

Déficit énergétique et Dénutrition : – Baisse du poids– Baisse de la MG – Baisse de la MM – Baisse de la MCA mais augmentation du VEC si dénutrition sévère (hypoalbuminémie)

11/26


Déshydratation extracellulaire : – Baisse du poids– Masse grasse constante– Baisse de la MM– MCA constante, baisse du VEC

Exemple 1 :

Exemple 2 : Données de la composition corporelle (DEXA + impédance)

Un patient obèse a perdu du poids après un régime : - Baisse de la MG importante

- Baisse de la MM modérée (à la fois baisse de la MCA et du VEC)- Masse calcique constante

Par contre s'il a une baisse de la MCA (voir de la masse calcique) avec un VEC diminué c'est pas la bonneméthode car moins bon pour la santé (risques de dénutrition, déshydratation, douleurs).

Exemple 3 :

Un patient insuffisant rénal au stade préterminal dénutri a pris du poids, 2 cas se présentent : Bon cas : - Augmentation MG

- MM constante - Augmentation MCA et baisse modérée du VECConclusion: Il a suivi les conseils diététiques et fait de l’exercice

12/26


Mauvais cas : - MG stable - MM augmentée - MCA stable et augmentation du VECConclusion: il a mangé trop de sel

h) Conclusion

En pratique médicale, la notion de composition corporelle doit être intégrée dans le raisonnement et lapratique médicale. L’étude de la composition corporelle constitue un élément indispensable de l’évaluation dustatut nutritionnel+++. Elle permet de prendre les décisions thérapeutiques les mieux adaptées, telle que lechoix d’un programme d’amaigrissement ou de renutrition.

La DEXA représente la méthode de choix, au vu de la précision et de la qualité des renseignements obtenus.L’impédance bioélectrique peut être utilisée, en tenant compte des limites et des imprécisions de cetteméthode (seules les variations importantes doivent être prises en compte).

B. La depense energetique

La dépense énergétique de 24h est la somme de 3 composantes : – Métabolisme basal ou métabolisme de repos– La thermogenèse liée à la prise alimentaire– L’activité physique

L’estimation des dépenses énergétiques permet de déterminer :– les besoins énergétiques d'un patient (à un instant donné),– les nouveaux besoins lors d’une perte de poids (aspect dynamique),– de quantifier la balance énergétique.

Notion de balance energetique :

• Les sources d'énergie :

Ce sont les macronutriments (glucides, lipides, protéines) et les réserves endogènes (dans le foie soit dansle tissu adipeux). La dépense énergétique est continue, alors que les apports alimentaires sont discontinus doncil faut qu'on ait des compartiments où l'on peut stocker la réserve énergétique en période où on ne mange pas

13/26


(période inter-prandiale). C'est compliqué pour les protéines (autres fonctions) et les glucides (<1kg) d’êtrestockés par rapport aux lipides (stockage immense, plusieurs kg). Tout cela permet de ne pas être obligé demanger h24.

Pour être utilisable, cette énergie doit être transformée en ATP, processus qui consomme de l’oxygène etproduit de la chaleur.

L’oxydation des substrats par l’organisme est hiérarchisée selon un ordre inverse à la capacité qu’àl’organisme à stocker ces macronutriments :1) Glucides2) Protéines3) Lipides

L’équilibre entre les ingestions et l’oxydation des lipides est le déterminant majeur de la balance énergétique(stockage TG). Ainsi comme a dit Lavoisier, dans l'organisme « rien ne se perd, rien ne se crée, tout setransforme ».

• Les apports énergétiques recommandés :

Chez un individu sain, ils varient entre 2000-2500 Kcal/j. Un régime équilibré comprend : – 15% de protéines,– 30% de lipides,– 55% de glucides.

1Kg de graisse de réserve = 9000 KcalNB : éthanol = 7Kcal/g

• Les dépenses énergétiques :

La dépense énergétique des 24 h se répartit en trois postes principaux d’inégale importance : 1) Le métabolisme de repos qui représente 60-75 % de la Dépense Energétique Totale2) La dépense lié à l’activité physique, variable (15 à 30 % DET)3) La thermogenèse, effet thermique des aliments (10 % DET)

14/26


À ces trois postes principaux de dépense énergétique, il faut ajouter des dépenses inhabituelles qui, danscertaines circonstances, peuvent constituer un coût important :

– croissance (coût énergétique faible),– allaitement (coût énergétique élevé)– réparation et cicatrisation (ex: brûlures)– réactions de défense contre les infections, réactions inflammatoires (ex = augmentation de 80% si

péritonite)

L’ensemble de ces dépenses énergétiques constitue la dépense énergétique totale d'un individu.

I. Le metabolisme de base ou depense energetique de repos : DER

C'est la depense energetique minimale pour le fonctionnement et l'entretien de l'organisme (pompesioniques, turnover de substrats, maintien de la température...), c’est à dire essentiellement le fonctionnement dela masse cellulaire active (MM).Il est mesuré dans des conditions standardisées (DER) :

– à jeun (minimum 12h)– le matin (8-10 h)– à température neutre (19-24 °C)– au repos (décubitus, silence, éveillé)

NB: La dépense énergétique pendant le sommeil est < 5 % par rapport à la DER.

Contribution des différents organes au métabolisme de base :– Foie : 25 %– Cerveau : 20 % – Cœur : 9 %– Reins : 7 % – Muscles : 25 %

Le métabolisme de base varie de façon proportionnelle au poids et à la Masse Maigre. Il dépend de l’âgeet du sexe essentiellement aussi par le biais de la masse maigre (les hommes ont plus de MM donc un MDBplus élevé). La MM explique 80 % de la variabilité de la DER.

Avec la mesure de la Masse Musculaire on peut estimer la DER : pas d’équation très satisfaisante donc pasutilisé en pratique clinique.

Ce métabolisme de base est soumis aux facteurs génétiques (20 % restant du MDB) ce qui explique desvariations entre des personnes de même poids, de même sexe... Le MDB est influencé par des facteurshormonaux comme le système nerveux sympathique, les hormones thyroïdiennes (qui sont très impliquéesdans la régulation et le maintien de la température corporelle), le cycle menstruel,...

Autres facteurs : température, apports alimentaires antérieurs, stress,…

II. L'effet thermique des aliments : thermogenèse post-prandiale

L’énergie chimique des aliments doit être convertie en énergie utilisable.

Les aliments doivent être :– digérés, métabolisés, c’est-à-dire transformés en substances plus simples,

15/26


– puis être stockés par exemple au niveau du foie et du muscle sous forme de glycogène, ou au niveau dutissu adipeux sous forme de triglycérides.

Le coût énergétique de ces processus varie avec les voies biochimiques empruntées (en fonction du type demacronutriments ingérés) et représente environ (en % de la valeur calorique ingérée) :

– 5 % à 10 % pour les glucides,– 20 % à 30 % pour les protéines,– < 5 % pour les lipides.

S’ajoute une partie facultative, régulé par le SNA sympathique au niveau du muscle et du tissu adipeux brun :c'est une perte d’énergie sous forme de chaleur grâce aux protéines découplantes (UCP) de la mitochondrie.

L'effet thermique des aliments va dépendre de la palatabilité (consistance, teture) du repas, de la quantité deglucides simples, de l'exercice physique préalable, du degré d’adiposité, de la caféine, de la nicotine,…

• Le tissu adipeux brun :

Ce qui va différencier morphologiquement unadipocyte blanc d'un adipocyte brun est le nombrede mitochondries (plus élevé dans le TAB).

Ce tissu adipeux brun est très présent chez lenouveau-né dans la région supérieure du corps,interscapulaire, au niveau des processusclaviculaires, et autour du rein.

Ces mitochondries vont produire des protéinesdécouplantes (UCP). Ces UCP vont prendre lesprotons du cycle de Krebs pour pouvoir produirede la chaleur à la place de la production d'ATP.Cela va donc augmenter la dépense énergétique.

De nombreuses recherches ont cherché à utiliser ce tissu adipeux brun dans le but de lutter contre l'obésité.Malheureusement, la quantité de tissu adipeux brun diminue lorsque l'individu grandit et lorsqu'il grossit. Donc l'obésité diminue la thermogenèse.

Des petites quantité de tissu adipeux brun ont des impacts métaboliques hyper importants : d'un point de vueénergétique et par unité de masse des tissus, le tissu adipeux brun est 100 fois plus actif que les tissus adipeuxblancs car l'énergie est dissipée est non stockée sous forme d'ATP. L'activation des adipocytes bruns représenteune cible potentielle du traitement de l'obésité.Des études sont en cours pour trouver comment augmenter les quantités de tissu adipeux brun...

16/26


Dans le tissu adipeux brun :

III. L'energie depensee pour l'activite physique

Elle est très variable : 20-25 % dans les pays développés mais elle peut atteindre 70 % chez un sportif ou untravailleur de force. Elle peut se mesurer en chambre calorimétrique, actimètre,..Le coût énergétique des activités portantes est plus élevé chez le sujet obèse.

IV. Variabilité de la dépense énergétique

Elle est extrêmement variable d’une personne à l’autre. C'est un facteur très important à prendre en compte dans la définition des besoins énergétiques individuels. Une prescription calorique généralisée n’a pas de sens : par exemple, c'est illusoire de prescrire 1 800kilocalories par jour à tous les patients hospitalisés. D’où l’intérêt de la mesure de la dépense énergétiquepour calculer la ration calorique nécessaire pour maintenir le poids stable.

Variabilité avec la masse : ++→ Masse maigre détermine la dépense énergétique (plus on en a, plus la DER est élevée)

Variabilité avec l’âge → Diminution de 2% de la DE tous les 10 ans en rapport avec la réduction de la masse maigre

Variabilité avec le sexe → La femme dépense 10% d’énergie de moins que l’homme

Dans l’obésité (augmentation MG) augmentation DE par : → Augmentation de la masse musculaire (excès poids = environ 75% MG et 25 % MM)→ Coût mobilité→ Thermogenèse post-prandiale

17/26


Sur ce schéma nous pouvons voir la corrélation entre la masse maigre et la dépense énergétique totale. La masse musculaire est donc le principal facteur.

Quelques exemples de DET :

(DET = dépense énergétique totale)

• Variabilité avec la ration alimentaire :

La suralimentation prolongée ou la restriction calorique durable s’accompagnent de changements de la DE quivont tendre à limiter les variations de poids. Si on prend trop de poids, il va y avoir une modification de la DEet si on perd du poids, la DE va se modifier dans l'autre sens.

18/26


Lors d'une restriction alimentaire, la diminution des apports énergétiques s’accompagne d’une perte de poids.Mais cette perte de poids tend à diminuer à mesure que la restriction énergétique se prolonge jusqu’à lastabilisation du poids.Cet arrêt de la perte de poids témoigne de l’adaptation à la restriction énergétique par une diminution desdépenses énergétiques qui aboutit au rééquilibrage de la balance énergétique.

La composition du poids perdu varie : – Plus l'adiposité initiale est importante, plus la contribution en MG perdue sera importante.– Plus le déficit calorique est important, plus la proportion de MM perdue sera importante .

Evolution du métabolisme de base avec la perte de poids :

19/26


Effet d’une diminution de l’apport énergétique sur le bilan énergétique et le poids corporel :

in = ce qui rentre,

out = ce qui est dépensé.

• Dépenses énergétiques et alimentation hypercalorique :

En situation de suralimentation prolongée on observe un gain de poids qui, au fil du temps, va s’arrêter. C’estexactement l’image en miroir de celle décrite pour la perte.L’arrêt du gain de poids témoigne également d’une augmentation de DE qui vient rééquilibrer la balance. Cette augmentation s’explique par:

– le gain de MM métaboliquement active– l’augmentation de la thermogenèse post-prandiale due à l’excès de la prise alimentaire– la majoration de DE liée à l’activité physique du à l’élévation du poids.

• Variabilité d'origine génétique :

Le niveau de dépense énergétique est pour partie dépendant de facteurs génétiques : → dépense énergétique de repos :

– Environ 10 % des différences inter-individuelles du niveau de DER,– La DER peut varier jusqu’à 500 kcal/jour d’une famille à l’autre (contre 100 kcal/jour d’un individu

à l’autre au sein d’une même famille)

→ thermogenèse alimentaire : – les différences de réponses thermogéniques liées au patrimoine génétique représentent environ 35 à

50 kcal/jour– facteurs génétiques interviennent également dans l’adaptation de la DE en réponse à des

déséquilibres alimentaires (UCP)

→ coût énergétique de l’activité physique : – Il existe un déterminisme génétique du niveau d’activité physique et du coût énergétique en fonction

des postures et des activités courantes.

20/26


V. Methodes d'evaluation de la depense energetique

a) la calorimetrie

• La calorimétrie directe :

Dans cette méthode, on considère qu’il y a une égalité entre la production de chaleur et la dépense d’énergiede l’individu. La réalisation de la mesure nécessite une enceinte de taille réduite et hermétique (chambre de Lavoisier) ou unecombinaison calorimétrique.Tout cela permet la quantification des différentes composantes de la perte dechaleur :

– DER– Activité physique– thermogenèse Post Prandiale

Elle est peu utilisée en raison de la tolérabilité et du nombre réduit d’institutions disposant de l’équipementnécessaire (réservée à la recherche).

• La calorimétrie indirecte :

C'est la méthode utilisée dans les services. On met l'individu sous une cloche bien fermée et on mesure leséchanges gazeux respiratoires.Cette méthode repose sur l’équivalence entre l’énergie utilisée dans l’organisme et l’oxydation desnutriments. C'est la méthode de référence. Il est donc possible d’utiliser la consommation globale d’oxygènecomme témoin de la dépense d’énergie (Énergie O2 = 20 kcal/l). La mesure des échanges gazeux respiratoires (consommation d’oxygène, et production de gaz carbonique) peutêtre réalisée sous une cagoule ventilée (canopy).

Elle doit être corrigée par l’excrétion d’azote, c'est à dire la dégradation des protéines mais en général c'estfaible. C'est surtout utilisé pour mesurer la DER et cela permet aussi de mesurer le Quotient Respiratoire.

21/26


• Le concept de quotient respiratoire :

La transformation de l’énergie chimique contenue dans les macronutriments en ATP, passe par des réactions dephosphorylation oxydative qui vont consommer de l’oxygène et produire du gaz carbonique.

C'est le rapport entre la quantité de gaz carbonique produit par l’oxydation totale d’un substrat sur la quantitéd’oxygène nécessaire à cette oxydation complète.Ce QR varie en fonction du substrat considéré :

QR = 1 pour les glucides0,7 pour les lipides 0,8 pour les protides

Chez l’homme, le calcul du QR à partir de la mesure de la VCO2 et de la VO2 informe sur la nature dessubstrats oxydés. Plus le QR se rapproche de 1 , plus l’organisme utilise les glucides (le sujet n'est peut être pas à jeun).Plus le QR se rapproche de 0,7, plus l’organisme utilise les lipides (jeûne).

Glucides C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ <=> 6 CO₂ + 6 HO₂ QR (CO₂/O₂) = 1

Protéines C₇₂H1₁₂N₂O₂₂S + 77 O₂ <=> 63 CO₂ + …QR (CO₂/O₂) = 0.82

LipidesC₁₆H₃₂O₂ + 23 O₂ <=>16 CO₂ + 16 HO₂QR (CO₂/O₂) = 0.70

→ Variabilité familiale du QR :

Les familles qui ont un QR bas oxydent une plus grande quantité de lipides par 24 heures. Ils constitueront doncmoins de réserve et prendront moins de poids Ces individus ont une proportion de fibres de type I dans le muscle plus importante (fibres à contractionlente, résistantes, sollicitées pendant les efforts d’endurance et équipées pour oxyder facilement les acides gras).

22/26

QR=VCO2

VO2


b) Mesure directe de la consommation maximale d’O2 (VO2 max) :

En direct, lors d'une épreuve d’effort, on mesure la consommation d’O2 et la production de CO2 en temps réeld'un individu. Cela permet de connaître sa capacité maximale en endurance, son seuil de transition aéro-anaérobie et son niveau maximal d’utilisation des lipides.Très utilisé en médecine du sport, mais difficile à utiliser chez un patient obèse.

c) La méthode à l'eau doublement marquée

Elle permet de déterminer la dépense énergétique totale dans les conditions habituelles de vie.Elle consiste à faire ingérer au sujet un mélange d’eau marquée sur l’oxygène (¹⁸O) et sur l’hydrogène(deutérium) = mesure l'élimination de ces traceurs dans les urines sur plusieurs jours.

– La différence de vitesse d’élimination de l’oxygène et du deutérium dépend de la production de CO2 etpermet le calcul indirect de la production de CO2 et de la DE.

– Simple et non agressive : le patient boit de l’eau marquée par des traceurs stables (donc non radioactifs)et recueille un échantillon d’urine tous les jours pendant 14 jours

– Très onéreuse– Réservée à des activités de recherche

d) LES METHODES INDIRECTES de mesure de la dépense liée à l’activité physique

Ce sont des méthodes très en développement avec les applications et les objets connectés pour connaîtrel'activité physique.

C'est surtout pour l'enregistrement de la fréquence cardiaque, basée sur la relation linéaire étroite existantentre la fréquence cardiaque et la dépense énergétique, pour des activités physiques d’intensité croissante.Elle peut être utilisée dans des études épidémiologiques

La méthode des accéléromètres permet de quantifier et d’enregistrer l’intensité de mouvement selon un outrois axes au cours d’une activité physique, et de le convertir en dépense d’énergie.

La méthode factorielle permet d’évaluer les dépenses énergétiques journalières d’un individu à partir del’enregistrement du type et de la durée des activités pratiquées et du coût énergétique unitaire de chaqueactivité, c'est beaucoup plus théorique.

23/26


VI. Estimation de la dépense énergétique

Il est possible de réaliser les estimations de la DER à partir de données anthropométriques simples. Deuxéquations sont proposées pour estimer le métabolisme de base à partir du poids (P), de la taille (T) et de l’âge(A) en fonction du sexe :

→ Équations de Harris et Benedict (les plus connues) : Femmes MB = 2,741 + 0,0402 P + 0,711 T – 0,0197 AHommes MB = 0,276 + 0,0573 P + 2,073 T – 0,0285 A

→ Équations de Black :Femmes MB = 0,963 . P0,48 . T 0,50 . A-0,13Hommes MB = 1,083 . P0,48 .T 0,50 . A-0,13

avec Métabolisme Basal en MJ.j-1, P = poids en kg, T = taille en m et A = âge en annéesLes variations entre mesurée et théorique peuvent expliquer certaines variations pondérales.

La DE totale peut être estimée en multipliant la DER par un facteur traduisant l’intensité de l’activité physiqued’une personne. On calcule la dépense énergétique de repos (DER) et on estime le niveau d’activité physique(NAP) : 1,3 = sédentaire

1,8 = très actifMultiplication du DER par le facteur d’activité : DET= DER x NAP

on obtient :DET = 1.4 DER : malade hospitalisé DET = 1.55 DER : activité légèreDET = 1.8 DER : activité modérée DET = 2.1 DER : activité importante

Exemple: Patient de 120 kg inactif : DER 1 800 kcal/jourDET = 1 800 X 1,3 = 2 340 kcal/jourCe facteur a pu être déterminé pour de nombreuses activités de la vie quotidienne, sédentaire, professionnelleou sportive (tables).

24/26


• Dans quels domaines utiliser cette formule ?

– Estimation des apports alimentaires en pratique clinique– Régime hypocalorique– Renutrition en milieu hospitalier– Médecine du sport– En recherche: Causes de l’obésité, Survie dans des situations extrêmes, ..

• Estimation du niveau d'activité physique (NAP) :

Il existe des carnets, des questionnaires d’activité pour quantifier quelle est l'activité physique qu'il va pouvoirfaire dans la vie de tout les jours, que ce soit professionnel, domestique, loisirs, sports, transports, … Mais aussison temps d’inactivité en précisant la durée, la fréquence et l'intensité.

Appareils de mesures :

→ Podomètre :– < 3000 pas / jour = inactivité– 3000 à 6000 pas/jour = activité faible– > 10 000 = recommandation d’activité physique pour la population générale– 12 000 à 15 000 pour perte poids ou maintien après amaigrissement

→ Accéléromètres

→ Cardio-fréquencemètres

Exemple de questionnaire pour quantifier l'activité physique d'un enfant, il faut penser à toutes les activités dansla journée :

– Scolaire– Cours d' Éducation Physique et Sportive – Sport scolaire– Activité durant les récréations– Transports– Moyen de transport pour se rendre à l’école– Moyen de transport usuel– Loisirs– Activités non structurées– Activités journalières extra-scolaires– Activité physique en famille le week-end– Activités structurées– Type et nombre d’heures de sport hebdomadaires– Inactivité +++– Nombre d’heures de télévision, ordinateur, jeux vidéos

• Les effets de l'activité physique :

Quand on fait du sport, on diminue la masse grasse et on augmente la masse maigre. On va donc avoir uneaugmentation de la dépense énergétique liée au repos et à l'exercice physique. Si on a une activité physique qui est trop faible ou inadaptée, comme dans le cas de l’obésité, il va y avoir unesédentarité qui va diminuer la dépense énergétique et qui va entretenir l'obésité : moins on bouge, plus onrisque d’être obèse.

25/26


C. Conclusion

L’estimation des dépenses énergétiques permet de déterminer les besoins énergétiques d'un patient(obésité, anorexie, sportif,...).Le rôle de l’activité physique est très important, nous ne sommes plus des singes qui courent de partout pourattraper à manger.On peut mieux comprendre les mécanismes régulant la DER. Il faudra trouver des traitement modulant laDER...

Dédicace aux PSYCAR car on est les meilleurs !Dédicace à l'Ice-car et au Carpache pour le tournage de la descente qui fut épique !Dédicace à cette descente aux enfers qui fut trop courte à mon goût...Dédicace à tune ta CAT et aux constructeurs de l’extrême car mine de rien le jour J approche... Dédicace au CLM et à mes cotuteurs Rayane et Evans !(Thomas tu dois être vers l'obésité de stade II, fait gaffe)Pas merci à Maud pour m'avoir échangé ce ronéo, pas merci à la prof d'avoir fait un cours aussi rapide et longqui m'a pourri mon we...A toi cher P2 qui vient enfin de finir le cours le plus long de l'année... 32 pages maggle...Note à moi-même : ne pas prendre de ronéo en D1...Bref... J-20

Bon, après une relecture interminable, une petite dédicace à Nicolas, le ronéotypeur le plus chanceux del'année haha, et qui a réussi à faire un super ronéo (que j'ai quand même réussi à réduire de quelques pages) !Merci !Et une petite pensée à Maud, qui a très bien géré son échange de ronéo : bien joué :P

26/26

le métabolisme énergétique : description et moyens …©tabolisme-énergétique... · ainsi la...

Documents