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Livrets déjà parus :
N˚1 : Sucres et caries
N˚2 : Sucres et régulation pondérale
N˚3 : Sucres et exercice physique
Sucres
et Mémoire
CE QU’IL FAUT RETENIR :
Dans le processus de la mémorisation, le rôle de la nutrition,
et tout particulièrement du glucose, fait l’objet de nombreux travaux.
Véritable carburant du cerveau, le glucose apporté par les glucides
de l’alimentation intervient dans l’amélioration des performances
intellectuelles du sujet adulte comme chez l’enfant.
Cette brochure a pour ambition de faire la synthèse
des connaissances sur ce sujet complexe pour lequel de nombreuses
recherches restent à mener.
COLLECTION
CENTRE D’ÉTUDES ET DE DOCUMENTATION DU SUCRE (CEDUS)
30, rue de Lübeck, 75116 Paris
Fax : 01 44 05 13 37
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SUCRE ET SANTÉ
Sucres
et
1 - Glucides et fonctions neurocognitives :
bases biologiques
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Le glucose : carburant du cerveau
Les sucres fournisseurs de glucose
Sérotonine, insuline : rôle sur l’apport de glucose au cerveau
Apport glycémique et vieillissement
2 - Glucides, acquisition
des connaissances et mémorisation
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Mémoire de travail et mémoire à long terme
Glucose et mémoire chez l’enfant et l’adolescent
Chez les adultes sains
Chez le sujet âgé
Bibliographie
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L’impact de la nutrition sur les fonctions neurocognitives et sur la
mémoire fait partie de l’expérience de chacun. On sait intuitivement qu’il
existe une relation entre la nutrition et de nombreux autres comportements cognitifs. Comme dit le dicton “qui dort, dîne”. Comme le
sommeil, l’humeur est aussi variable en fonction des heures de repas
et on sait qu’il vaut mieux aborder les sujets importants après un bon
repas qu’avant.
Cependant, les relations précises entre l’apport nutritionnel et
ces fonctions neurovégétatives ne sont pas bien connues des non
spécialistes et nous avons voulu ici éclaircir le rôle du glucose comme
élément indispensable au bon fonctionnement de fonctions cérébrales
complexes comme la mémoire.
Il ne faut bien entendu pas réduire le processus de mémorisation au seul apport alimentaire. Il n’en demeure pas moins que le rôle
de la nutrition est manifestement sous-estimé et qu’il est important
d’en souligner ici les aspects pratiques.
Bien des recherches restent à mener pour connaître les étapes
intermédiaires entre nutrition, sommeil, attention, mémoire, acquisition
et humeur. L’épidémiologie et la génétique, chacune de leur côté,
permettent déjà dès aujourd’hui de souligner les liens étroits qui
semblent les organiser.
Docteur Damien Léger
Praticien Hospitalier
Centre du Sommeil de l’Hôtel-Dieu de Paris
3
Préface
Sommaire
Mémoire
Glucides et fonctions neurocognitives : bases biologiques
Le glucose : carburant du cerveau
Le cerveau est métaboliquement l’un
des organes les plus actifs de notre
organisme. Il représente 2 % du poids
corporel alors que 20 % du métabolisme de base revient à son fonctionnement.A l’état de repos, le cerveau
utilise 60 % du glucose de l’organisme.
Ces énormes besoins sont dus aux
milliards de neurones qui communiquent entre eux par des connections
biologiques (neurotransmetteurs).
■ Le cerveau au travail
Au niveau cérébral, le seul glucide qui
passe la barrière hémato-encéphalique
est le glucose. Il est utilisé comme
carburant de la même façon que l’oxygène.Ses réserves ne dépassent cependant pas 10 minutes, il est donc tributaire d’un afflux constant de glucose
et d’oxygène et donc de sang. Le TEP,
une technique d’imagerie cérébrale
(Tomographie par Emission de Positons) permet de visualiser les zones
cérébrales actives en exploitant la
relation entre afflux de sang et activité
neuronale. Le sujet étudié reçoit une
petite quantité de glucose marqué avec
une substance légèrement radioactive,
le rayonnement émis par le cerveau
est ensuite mesuré avec une caméra
ultra-sensible. Dans les régions du
cerveau présentant une augmentation
de l’activité neuronale, le signal émis
par le glucose marqué (transporté par
le sang) est plus intense,ce qui permet
de visualiser les zones étudiées.
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■ Les mécanismes qui déclenchent
l’augmentation du débit sanguin
Les tests cognitifs sont associés à une
élévation du rythme cardiaque,réponse
qui fait partie d’un mécanisme physiologique qui augmente le transport
de glucose vers des zones actives du
cerveau.
La communication cellulaire d’une aire
cérébrale à l’autre ne se limite pas au
traitement de l’information nerveuse.
Les cellules sont en plus capables
d’anticiper la demande énergétique
de l’aire avec laquelle elles communiquent.Elles élèvent l’afflux de glucose
et d’oxygène pour préparer cette zone
à l’accroissement imminent de son
activité neuronale.
Les sucres fournisseurs de glucose
La réalisation d’une tâche mentale
consomme d’autant plus de carburant
qu’elle est complexe et de longue durée.
Tous les sucres apportés par l’alimentation sont dégradés ou transformés en
glucose. Seul le glucose est utilisé. De
prochaines études pourront probablement préciser quel serait le meilleur
glucide à apporter pour une circons-
tance neurosensorielle précise.
Le glucose est lui-même un intermédiaire dans la synthèse d’autres
neurotransmetteurs, tels que
la sérotonine. Cependant,
la connaissance exacte des
mécanismes de transformation en est encore
à ses débuts.
Sérotonine, insuline : rôle sur l’apport de glucose
au cerveau
Il y a un lien étroit entre glucose, insuline et sérotonine.
La sérotonine
La sérotonine (5-hydroxytryptamine ou 5-HT) est un neurotransmetteur dérivé du tryptophane
alimentaire transformé dans l’organisme en 5-HT. Ce neuromédiateur est largement présent dans
l’organisme. Il est impliqué dans le contrôle de l’appétit, du sommeil, de l’attention et de
l’humeur. Une déficience ou un excès de sérotonine ont une influence sur le comportement : un taux
anormal de sérotonine a été retrouvé dans la dépression, l’anxiété, l’insomnie, les troubles
obsessionnels et alimentaires, les phobies, l’impulsivité, l’agressivité, l’alcoolisme, les comportement suicidaires, les troubles paniques et les dysfonctionnements sexuels.
Des récepteurs à l’insuline au niveau du cerveau
Pendant de nombreuses années, l’insuline a été considérée comme n’ayant aucun rôle au niveau
du cerveau. Aujourd’hui des récepteurs à l’insuline ont été identifiés au niveau de l’hippocampe
(une région de la mémoire) et de l’hypothalamus (centre de régulation de la prise alimentaire).
La tomographie par émission de positons permet
de visualiser les zones cérébrales actives en exploitant
la relation entre afflux de sang et activité neuronale.
■ L’ingestion de glucides induit une
sécrétion d’insuline qui fait pénétrer
le glucose,mais aussi les acides aminés
dans les cellules ;
■ Or, le tryptophane (Try) est moins
sensible à cet effet insulinique que les
autres acides aminés ; parmi ceux-ci,
cinq sont particuliers : la valine, la
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Glucides et fonctions neurocognitives :
bases biologiques
leucine, la tyrosine, l’isoleucine, la
phénylalanine. Ce sont les cinq grands
acides aminés neutres (5aa) qui sont en
compétition avec le tryptophane pour
le passage de la barrière hémoméningée.
■ Le rapport Try /5 aa plasmatique
détermine le passage hémoméningé
préférentiel du tryptophane ou des cinq
autres acides aminés neutres. Lorsque
le rapport Try /5 aa augmente, le tryptophane entre dans le cerveau.Lorsque
Try /5 aa diminue, le tryptophane
n’entre pas,cédant le passage aux cinq
autres acides aminés neutres.
■ Le tryptophane est le précurseur de
la sérotonine cérébrale et sa quantité
disponible détermine la quantité de
sérotonine synthétisée.
Cette action de l’insuline permet de
comprendre pourquoi, lors de tests
de mémoire, des résultats inférieurs
(rappel de liste de mots) sont constatés
chez des étudiants présentant un mauvais
équilibre insulinémique. L’insuline agit
donc à un niveau basal dans le maintien
des processus de mémorisation.
Apport glycémique et vieillissement
rieures de glucose.Ainsi,le drainage du
glucose dans le cerveau de rats chute
de 30 % en moyenne au cours d’exercices effectués dans des labyrinthes.
Les jeunes rats s’en sortent mieux que
leurs aînés :la chute n’est que de 12 %,
ils récupèrent plus vite.
Chez les vieux rats,la baisse de glucose
est de 48 % et le taux de glucose
revient à la normale en 30 minutes.
Des injections de glucose permettent
aux aînés de rattraper les performances des plus jeunes.
Lorsqu’elles sont métaboliquement
actives, certaines régions du cerveau
deviennent glucopéniques,c’est-à-dire
présentant des concentrations infé6
Plus on vieillit et moins l’approvisionnement du cerveau en glucose se fait
facilement. Les problèmes de concentration ou de mémoire constatés chez
les personnes âgées sont liés à ce défaut
de fourniture en glucose.
Glucides, acquisition
des connaissances et mémorisation
Mémoire de travail et mémoire à long terme
On distingue classiquement la mémoire de travail, qui permet le traitement de
l’information à très court terme et la mémoire à long terme.
Mémoire : quelques définitions
La mémoire de travail intervient dans l’exécution de nombreux processus cognitifs tels que la
lecture, le calcul, la résolution des problèmes. Elle s’explore par des épreuves de rappel immédiat
de chiffres ou de mots, mais aussi par des tests plus complexes de traitement de ces chiffres.
La mémoire à long terme est à capacité limitée et est divisée en :
■ Mémoire déclarative ou explicite qui correspond aux situations où il est explicitement demandé
aux sujets de faire appel à leur mémoire : mémoire épisodique, mémoire sémantique. Elle
s’explore par des tests d’apprentissage et des tests de fluence verbale.
■ La mémoire non déclarative comprend la mémoire procédurale (acquisition de procédures)
et la mémoire implicite (amélioration des performances lorsque les stimuli ont été présentés
antérieurement sans aucune consigne de mémorisation). Elle est explorée par des tests
complexes d’apprentissage de procédures et par ceux utilisant des stimuli.
Le glucose semble améliorer la mémoire
de travail et certains aspects de la
mémoire à long terme par le biais d’une
alimentation riche en glucides.
Cet effet a été étudié principalement
chez l’enfant et l’adolescent,mais aussi
chez l’adulte et la personne âgée.
Glucose et mémoire chez l’enfant et l’adolescent
■ Les performances à des tests arithmétiques et de lecture (mémoire de
travail) et à des tests de discrimination de stimuli (mémoire implicite),
réalisés en fin de matinée sont améliorés chez des enfants ayant consommé un petit déjeuner glucidique. Les
effets sont nettement plus marqués
chez les enfants insuffisamment ou
mal nourris.
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Glucides, acquisition
des connaissances et mémorisation
■ Chez les enfants bien nourris, on
retrouve aussi une différence significative pour les tests de rappel immédiat (mémoire de travail), de mémoire
spatiale,de reconnaissance des visages
(mémoire procédurale et sémantique)
entre les enfants avec ou sans petit
déjeuner.Il existe une relation négative
significative entre la glycémie mesurée
à midi et le nombre d’erreurs aux tests
et parfois entre insulinémie et performance. La charge énergétique contribue à l’amélioration de la performance,
les petits déjeuners riches en glucides
produisant toujours les meilleurs résul-
tats. Cependant, l’omission occasionnelle d’un petit déjeuner ne semble pas
avoir d’effet sur les performances et la
mémoire à court terme, le souvenir, la
mémoire sérielle et l’attention.
■ L’ingestion de glucose accroît les
capacités d’attention (qui intervient
dans la mémoire de travail) et diminue
le temps de réaction (important pour
la mémoire procédurale) chez l’enfant.
De plus, le glucose améliore la performance dans des tâches d’attention
soutenue,mais uniquement à certaines
heures.
Chez les adultes sains
■ Amélioration des tests cognitifs
Les sujets dont la glycémie à jeun est
plus élevée présentent,après ingestion
de glucose,de meilleurs résultats à des
tests cognitifs.Inversement,ceux dont
la glycémie à jeun est basse, se montrent après consommation de glucose,
moins performants. L’effet positif
d’une boisson sucrée sur la mémoire
dépend de la tolérance au glucose de
l’individu. Des étudiants dont la régulation insulinémique est légèrement
altérée présentent des résultats à
des tests mnésiques inférieurs à ceux
d’étudiants sains.
Quelques travaux ont décrit une amélioration des performances mentales
à des tests arithmétiques chez des
adultes après l’ingestion de glucose.
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■ Variation des performances
dans la journée
Les performances ne sont pas les
mêmes qu’il s’agisse du petit déjeuner,
du repas de midi ou du repas du soir.
Pourquoi un même comportement
(le fait de manger) entraînerait-il des
conséquences différentes, parfois
même opposées ? Le moment de la
journée, la taille du repas, la sélection
des macronutriments contribuent
très certainement aux différences
constatées.
– Le petit déjeuner est certainement
le repas qui a été le plus étudié, très
probablement en raison de ce qu’il
constitue le repas qui interrompt le
jeûne de la nuit.
– Lorsque le repas de midi est impor-
tant, les performances portant sur des
épreuves d’attention sont altérées en
début d’après-midi.C’est le “post lunch
dip” des Anglo-Saxons. Ces effets sont
supprimés après l’ingestion de caféine.
– Peu de travaux ont porté sur le
repas du soir, les effets constatés sont
mixtes : amélioration de la mémoire
logique, altération de l’attention et du
temps de réaction.
Chez le sujet âgé
■ le déclin de la mémoire chez le
sujet âgé : hypothèses
La mémoire décline avec l’âge. Une
hypothèse largement admise postule
que les structures neurosensorielles
responsables de la mémoire seraient
intactes et que l’altération viendrait
d’une déficience des régulations qui
contrôlent les mécanismes d’apprentissage, d’acquisition et de mémorisation. Une autre hypothèse soutient
qu’il existe une diminution de la
quantité et de la qualité des cellules
impliquées dans le stockage des informations.On peut penser que ces deux
mécanismes sont probablement conjointement altérés.
La détérioration des mécanismes
de la glycorégulation (métabolisme
du glucose) paraît corrélée aux déficits des fonctions mentales liées au
vieillissement.
■ Les effets du glucose
Une étude montre que l’absorption de
glucose le matin à jeun améliore la
mémoire des sujets âgés.
Les tests utilisés, dérivés de l’échelle
de mémoire de Wechsler, incluaient la
mémorisation à court et moyen terme
(24h) de paires de mots, un test de
mémoire contextuelle sur un texte
narratif, immédiate et à 15 mn, un test
visuel sur des figures géométriques,un
test de mémoire des chiffres et un test
de reconnaissance des visages.
Des deux groupes,seuls les sujets âgés
ayant absorbé 50 g de glucose ont eu
une amélioration nette sur les tests de
mémoire textuelle, tests de mémoire
verbale et un meilleur score global
(40 % d’amélioration).
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Glucides, acquisition
des connaissances et mémorisation
D’autres études ont tenté de savoir
quel type de mémoire était améliorée
par le glucose. Elles montrent que les
tests explorant la mémoire d’information contextuelle (implicite) et de rappel de mots (mémoire de travail) sont
améliorés par le glucose mais pas ceux
mesurant l’attention,ou la performance
motrice.Il y a comme pour les enfants,
un effet-dose avec une courbe en U.
Il semblerait qu’une glycémie voisine
de 8,9 mmol/l (160 mg/dl) permette
un apprentissage optimal. Selon les
auteurs, ces éléments permettent de
penser que le glucose intervient plutôt dans le stockage de l’information
ou dans la prévention de l’oubli.
EN CONCLUSION
L’ingestion de glucose améliore, dans une certaine mesure, certains tests de
performance intellectuelle. Etant donné la complexité et le nombre de
facteurs qui influencent la cognition, les effets du glucose ne sont pas
faciles à reconnaître et à établir. La mémoire à court terme, certains aspects
de l’attention et de la vitesse de réponse, sont sensibles à la prise de sucres,
selon des mécanismes qui restent à approfondir.
La prise de calories, quelle qu’en soit l’origine, améliore à court terme la mémoire des gens âgés
Après avoir consommé une boisson enrichie en protéines ou en lipides ou en glucides (versus des
placebos), 22 personnes âgées de 61 à 79 ans ont été testées pour leur capacité à répondre à des
tests cognitifs concernant la mémoire à court terme. Quelle que soit la source de calories
(protéines, lipides ou glucides), la prise de la boisson a eu un effet bénéfique sur les résultats des
tests, avec quelques subtiles différences entre les trois classes de nutriments d’un test à l’autre.
Indépendamment de tout effet sur la glycémie, l’ingestion de 774 kJ induit donc, à court terme
(15-60 minutes) des effets cognitifs positifs à ces âges.
Les glucides amélioraient plus spécifiquement les tests de rapidité de recherche visuelle,
d’attention et de flexibilité intellectuelle, représentant une mesure globale du fonctionnement
intellectuel.
Dietary protein, carbohydrate, and fat enhance memory perfomance in the healthy elderly. Kaplan RJ.Am J Clin Nutr. 2001, 74 : 687-93.
■ Le sujet déficitaire
De façon évidente, plus l’adaptabilité
à la charge de glucose est mauvaise,
moins la mémoire et la capacité d’acquisition sont de bonne qualité :sujets
âgés, diabétiques, prédiabétiques,
maladie d’Alzheimer, malnutrition
chronique.
Le déficit d’action de l’insuline au
niveau du cerveau peut expliquer les
troubles de la mémoire tels que ceux
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observés dans la maladie d’Alzheimer.
Chez les sujets déficitaires, l’amélioration de la mémoire liée au glucose se
manifeste également de manière sensible, en particulier sur les tâches plus
difficiles dont on sait qu’elles demandent une disponibilité en glucose élevée. Mais la sensibilité et la réactivité à
l’apport de glucose sont différentes
d’un individu à l’autre et plus ou moins
bonnes.
BIBLIOGRAPHIE
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word imagery value on human memory. Behavioral Neuroscience 1999 ; 113 : 3.
5. Pollitt E. Does breakfast make a difference in school ? JADA 1995 ; 95 : 1134-9.
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