Physiologie de l’alimentation stockage des nutriments Séverine Ledoux, Service Explorations Fonctionnelles Hôpital loui

1. Physiologie de l’alimentation 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 • l’organisme visant à restaurer la balance: • augmentation de la prise alimentaire • diminution de la dépense énergétique Sortie Entrée Et vis-versa….

4. Nx arqué Centre d’intégration de la faim et satiété Hypothalamique Prise alimentaire Dépense énérgétique _ + 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: • Leptinesécrétée 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 d’autres structure du SNC - à la périphérie par le nerf vague (X) - au cortex (émotions)

8. Centre de satiété Hypothalamique _ + Prise alimentaire TRH Dépense énérgétique b3R NPY aMSH Nx arqué PC-1 (POMC) Nombreux systèmes, interactions, redondance _ X + CCK Ghreline + + insuline motilité Leptine

9. 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 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)

10. 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

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 (> 20-30 min d’exercice) 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 d’œufs 87 Viande 70 Végétales 40 Réserve énergétique de secours (fonte musculaire) Autres fonctions +++

13. 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, B12) Agissant à dose minime Sans valeur énergétique Svt coenzymes Fer, B9, B12 hémoglobine Calcium, vitamine D os Groupe B: S. nerveux, phanères C antioxydant

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 d’AA 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 protéolyse Synthèse protéique 300g/j Renouvellement des protéines Urée NH4 CO2 Apports Exogènes (70 g/j) Dégradation irreversible (70 g/j) Acides aminés disponibles Synthèse de novo Fonctions spécifiques (néogluco pour l’alanine, hormones pour tyrosine…)

17. Renouvellement des protéines Dépend des organes muscle 20 % Foie 10 Intestion 15 Peau 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 (1kCal/g)

18. 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

19. 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

20. Cycle de L’urée Métabolisme Protéines Polysaccharides Lipides ADP + Pi ADP + Pi ADP + Pi ATP ATP ATP Hexoses Pentoses Acides aminés Acides gras ADP + Pi ADP + Pi ADP + Pi ATP ADP + Pi ATP glycolyse ATP ATP Pyruvate Urée ADP + Pi Acétyl-CoA O2 ATP Chaîne de transportdes électrons Phosphorylationoxydative e- Cycle de l’acide citrique oxydation CO2 ATP

21. 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

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

23. 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

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. 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 coA Clairance du cholestérol: captation des chilomicrons et LDL

26. 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

27. 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

28. 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)

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

30. Apport énergie / 24h Variable ~ 2000 Kcal Synthèse Spécifiques (hormones, structures…) Digestion 50 Kcal (3%) AGL, G AA Activité Musculaire thermogénèse AGL, G Fonctionnement des organes Foie 20 % DER Variable ~ 600 Kcal AGL ± G, AA Stockage Variable ~ 200 Kcal dont 5% consommé DER ~ constante 1100 Kcal AA Dégradation Urée 50 kcal Foie muscle T. Adipeux GlycoG GlycoG, Prot TG+++ Total  100.000 Kcal

31. 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.

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 (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)

33. Adaptation au jeûne Gestion des stocks énergétiques de l’organisme étroitement régulée ancêtres chasseurs Pays industrialisés Avantage sélectif obésité, diabète Mobilité sédentarité Nourriture rare nourriture 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 d’exercice Protéines musculaires  2500 Kcal 1g = 4 kcal 2/3 de poids en eau autres fonctions (enzymes, structure, …) Lipides = TG du Tissu adipeux  100.000 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 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.

38. 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

39. Jeûne court Dépense 1800Kcal 144 g SNC CO2 + H2O Muscle AA 75g AA (alanine) Glycogène NéoglucoG Oxydation incomplète Glucose 180 g GR 36g 36g T adipeux TG 160g glycérol Lactate pyruvate AGL CC Muscle (glycogène) CO2 + H2O 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 glycérol Lactates ATP AA AGL oxaloacétate CC L’énergie de la néoglucogénèse est fournie par l’oxydation des acides gras dans le foie

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 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

42. Jeûne long (qq heures à qq jours) selon le ratio cerveau/reste du corps  44 g SNC CO2 + H2O Muscle AA 20 g  AA (alanine)  Glycogène NéoglucoG Oxydation incomplète Glucose 180 g GR T adipeux TG 160g glycérol 36g 57g Lactate pyruvate  CC AGL Muscle (glycogène) CO2 + H2O 120g 47g 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)

45. 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)

46. severine.ledoux@lmr.aphp.fr

47. 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

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 d’intoxication en cas d’apport excessif Formes actives: Transformées dans l’organisme (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 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 rapide Symptomatologie plus ou moins bruyante Certaines lésions sont irréversibles (neurologiques+++)

50. Apports recommandés Sources alimentaires Nom B1 B2 B5 B6 PP/B3 H/B8 B9 B12 C A D E K hydrosolubles Thiamine Riboflavine A.Panthoténique Pyridoxyne Niacine Biotine Ac Folique Cobalamine Ac Ascorbique Liposolubles Rétinol Calciférol Tocophérol Phytoménadione phylloquinone 1.3 mg 1.5 mg 10 mg 10 mg 2 mg 150 µg 15 mg 300 µg 100 mg 800 µg 10 µg 12 mg 35 µg 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