UE 3 – Biochimie clinique, nutrition, métabolisme Gonthier

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UE 3 – Biochimie clinique, nutrition, métabolisme
Gonthier
Date : 29/08/2016 Plage horaire : 8H30-10H30
Promo : D1 2016/2017 Enseignant : Gonthier
Ronéistes :
Marine DEBA
Manon PILLET
De la bioénergétique à la ration alimentaire (1ere partie)
I. La dépense énergétique
1. Les types de dépense énergétique
A. Métabolisme de base
B. Thermogenèse
C. Exercice musculaire
2. La contribution des différents organes et tissus à la dépense énergétique
globale
A. Les organes consommateurs
B. Les organes de maintien
C. Les organes excréteurs
3. Méthode de mesure du métabolisme énergétique et de la dépense
énergétique
A. Calorimétrie indirecte
B. Calorimétrie directe
4. Facteurs de variabilités de la dépense énergétique (fin de la ronéo)
5. Apports énergétiques conseillés ou apport nutritionnels conseillés
II. Sources alimentaires des substrats énergétiques
1. Catégories d’aliments
2. Types de substrats énergétiques
3. Utilisation des substrats énergétiques
A. Effets des repas
B. Le jeûne

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Introduction
Les besoins en énergie correspondent à la quantité d’énergie nécessaire pour maintenir les fonctions physio-
logiques et un état de santé normal, et faire face à certaines périodes de la vie telles que la croissance, la ges-
tation, la lactation, un exercice musculaire mais également face à des agressions nécessitant une inflamma-
tion.
Notre besoin énergétique dépend de notre dépense énergétique, bilan de 3 composantes : métabolisme de
base + thermogenèse + activité physique.
L’apport de micronutriments (non énergétiques) est aussi essentiel puisque ce sont ces nutriments à rôle
structural et/ou catalytique qui contribuent à la bonne utilisation des substrats énergétiques, les macroélé-
ments. Sans ces micronutriments le foie, les muscles, le cerveau... seraient incapables de bien fonctionner.
Comme par exemple avec les micronutriments antioxydants qui vont « scavenger » les radicaux libres issus
du métabolisme de base comme la glycolyse.
Autre exemple avec le calcium qui n’emmène pas d’énergie dans l’organisme mais qui est nécessaire à la
calcification des os.
I. La dépense énergétique
1. Types de dépense énergétique
Le but du métabolisme est d’avoir de l’ATP, source d’énergie par excellence. Mais il faudra absolument res-
ter dans un ratio équilibré, qu’on va définir un apport en nutriments
La dépense énergétique totale (DET) d’un individu est divisée en 3 composantes : métabolisme de base +
thermogenèse + exercice musculaire.
Question 2016 : Est-il vrai que souvent les personnes obèses sont dénutries ?
Effectivement les personnes obèses consomment beaucoup de matières grasses et pas beaucoup de végétaux.
Or les micronutriments (TRÈS important) comme les antioxydants, vitamines et minéraux sont souvent ap-
portés par les produits végétaux.
A. Métabolisme de base
Le métabolisme de base représente en moyenne 65% de la dépense énergétique totale/j (de 45% pour un su-
jet très actif comme une personne qui se prépare au grand raid, à 70% chez le sédentaire).
- Il représente 40 kcal/m2/h (1300-1600 kcal/j chez adulte)
- Il est positivement corrélé essentiellement à la masse maigre : masse biologiquement active. Le métabo-
lisme de base sera donc diminué si la personne est obèse. (Il diminue donc lors de la dénutrition et avec
l’âge, est plus élevé chez l’homme que chez la femme de 8-10%; lié à muscles squelettiques).
Question 2016 : Si le métabolisme de base augmente avec la musculature pourquoi la part qu’occupe ce
métabolisme n’est que de 45% comparé à celui d’un sédentaire qui est de 70% ?
La part du métabolisme de base va être abaissée à 45% car le reste du pourcentage restant va être com-
pensé avec l’activité physique de cet individu très sportif. Il y a une notion de palier, plus il y a de muscles
plus le métabolisme de base augmente mais si l’activité est très importante le métabolisme de base va rester
à un niveau minimal de 45% et donc la dépense énergétique due à l’effort va monter en flèche.
- Il augmente lors d’une hyperthermie (10% de plus par degré supplémentaire) et quand il y agression, acti-
vité physique, tabac, grossesse, hyperthyroïdie.
Il se mesure le matin, au repos, 12-14h après repas de la veille pour éviter l’hyperthermie liée à la digestion
par exemple, à T° « confortable ».

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B. Thermogenèse
- Elle correspond à environ 8-10% de la dépense énergétique totale/jour et consiste à maintenir notre tempé-
rature à 37°C. Cela nécessite donc de l’énergie, mais beaucoup moins que le métabolisme de base.
- Elle est principalement induite par l’alimentation en période postprandiale (période de 8h après l’ingestion
d’un aliment), pour l’absorption et l’assimilation des nutriments + leur mise en réserve.
- Elle diffère selon le type de substrat alimentaire : 5-10% de l’énergie ingérée pour les glucides; 0-2% pour
les lipides (très peu car les lipides sont lipophiles et qu’ils se faufilent très facilement entre les membranes)
et 20-30% pour les protéines.
- Inclut également la thermorégulation : coût du maintien de l’homéothermie (37°C).
- La thermogenèse peut être stimulée par l’effet de substances thermogéniques dont 2 majeures : la caféine
et la nicotine.
- Consommation de café et fumer stimulent la thermogenèse via l’adrénaline et les récepteurs β-adréner-
giques
Attention cours à bien assimiler car non revu jusqu’à l’ECN et ça peut tomber !
C. Exercice musculaire
C’est la composante la plus variable de la dépense énergétique totale, car dépend du poids corporel, du type
d’exercice, de la répétition et de la durée de cet exercice. On est ici sur du cas par cas.
Elle représente 20-25% de la dépense énergétique totale en situation « sédentaire » selon mode de vie, acti-
vité professionnelle mais peut représenter 60-70% de la DET chez travailleur de force ou un sportif effec-
tuant une épreuve de longue durée. (Entre 1 à 2 h d’effort)
Par sédentaire, elle entend un élève qui se lève le matin, qui va en cours, etc… Sinon, celui qui travaille sur
le chantier, lui n’est pas sédentaire.
La dépense énergétique due au travail musculaire est aussi appelée le rendement aérobique net (ρ net).
Avec : ρ net (%) = travail fourni (estimé) / dépense énergétique due à l’exercice musculaire (=dépense éner-
gétique totale DET– dépense de repos DER).
Faire attention à ceux qui boivent beaucoup de café ou fument beaucoup, cela fausse les résultats.

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* Pour la thermogénèse, les principaux facteurs intrinsèques qui vont moduler la TG sont :
- L’état nutritionnel de la personne,
- La modulation de l’activité du système nerveux sympathique,
- La quantité de tissu adipeux brun. (Très présent chez les animaux hibernant mais peu présent chez les hu-
mains)
- La proportion de tissu adipeux brun, le Tissu adipeux brun responsable de la régulation de la TG), existe
très peu chez l’homme adulte par contre il est très présent chez les animaux qui hibernent car il permet de
générer de l’énergie pour lutter contre les très basses températures.
Le tissu adipeux brun existe encore un peu chez le nouveau-né mais disparait rapidement puisque c’est le
TA blanc qui forme la réserve énergétique. Toutefois des données très récentes d’une équipe de Toulouse
montrent que le TA brun peut réapparaitre de temps en temps : on ne sait pas encore s’il est brun ou blanc
donc on l’a appelé « bright ».
En effet, il stocke beaucoup de Triglycérides comme le TA blanc et il possède aussi des protéines de cou-
plage appelées UCPs qui sont capables de mobiliser de triglycérides. Ainsi, particulièrement chez des sujets
obèses, on est capable de stimuler leur TA brun et de leur faire perdre du poids mais il y a aussi des sujets
obèses hyper-résistants à la perte de poids: ces sujets possèderaient beaucoup moins de TA brun. Une straté-
gie des laboratoires pharmaceutiques consiste à développer des médicaments permettant la différenciation
des pré-adipocytes en TA brun afin de perdre du poids rapidement.
Question: est-ce qu’une personne obèse a une thermogenèse plus importante ?
Réponse: NON, car les personnes en surpoids possèdent des bourrelets cutanés qui empêchent l’évacuation
de la chaleur mais ce n’est pas lié à un mécanisme interne différent. C’est un biais d’évacuation de la cha-
leur mais la thermogenèse est strictement identique.
* Pour les facteurs extrinsèques, mis à part le métabolisme de base, la thermogénèse et l’activité physique
sont associés à :
- La prise alimentaire, car la thermogenèse commence avec l’absorption et l’assimilation des nutriments.
- L’ingestion de substances potentiellement thermogéniques
- La durée et intensité des exercices musculaires= c’est la notion d’entrainement
- Stress, exposition au froid, etc.
* Concernant les facteurs qui peuvent moduler ou expliquer la variabilité des besoins énergétiques selon
l’activité physique, c’est l’inverse du métabolisme de base. :
- Masse musculaire
- Rendement des muscles
- Capacité d’oxygénation, VO2max. (cf paragraphe calorimétrie)
La dépense énergétique n’est pas la même pour tous les individus : il y aura toujours des facteurs intrin-
sèques et des facteurs extrinsèques. Il y a tout de même une valeur de base, puisque le métabolisme de base
pour un homme sédentaire est d’environ 1300 à 1500 calories/j.
Cependant, il peut y avoir de petites variations selon la thermogénèse, ou ce que l’individu a consommé
(boissons, cigarettes..) et surtout son mode de vie et l’exercice musculaire appliqué.
2. Contribution des différents organes et tissus à la dépense énergétique
globale
La consommation d’oxygène des différents organes peut être estimée en mesurant la différence artério-vei-
neuse des concentrations d’oxygène et le débit sanguin de l’organe.
Il est intéressant de relever que la majeure partie du métabolisme basal (environ 60 %) est due à la dépense
énergétique d’organes tels le foie, le cerveau, le cœur et les reins, organes dont le poids global n’est que de 5
à 6 % du poids corporel.

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Ces tissus ont une dépense énergétique 15 à 40 fois plus élevée qu’un poids équivalent de muscle au repos.
Ici on a 3 exemples selon le sexe et l'âge.
De manière générale, chez les adultes, on voit que les principaux postes de dépense énergétique sont le
foie, le cerveau, et les muscles.
Il n’y a pas de différence entre les besoins énergétiques des hommes et des femmes car même pour les
muscles (on a 16% pour la femme et 22% l’homme), les données ne sont pas indiquées avec des statistiques
ce qui veut dire que il n’y a pas de différence significative.
Chez l’enfant de 6 mois, le principal poste de dépense énergétique est le cerveau puisque l’activité cérébrale
est effectivement très demandeuse en énergie chez les enfants : les nouvelles connexions synaptiques sont en
train de se mettre en place.
On observe que plus la personne est jeune, plus son métabolisme de base est sollicité. Les enfants prématu-
rés vont devoir gagner en tissu très vite : d’où le besoin en énergie nécessaire au développement des cellules.
A. Les organes consommateurs
Le cerveau
- il utilise 20-25 % de la production quotidienne d’ATP
- il n’a aucune forme de stockage de l’énergie ==> dépend entièrement des organes de maintien
D’abord, le foie dégrade le glycogène afin de dégager du glucose puis en période de jeûne prolongé le Tissu
adipeux hydrolyse ses triglycérides afin d’envoyer des AG vers le foie et générer par la ß-oxydation, des
corps cétoniques.
- Source d’énergie
Il ne peut pas utiliser les AG. Sa seule source d’énergie en période postprandiale et postabsoptive : le glu-
cose. (Consomme environ 5g de glucose par heure soit 120g/j)
==> C’est un organe dit gluco-dépendant
Il peut utiliser les corps cétoniques. L’insuline n’a pas d’effet sur le métabolisme énergétique du cerveau
NB : l’insuline n’a pas d’effet sur le métabolisme du cerveau en terme de mécanistique métabolique (= cas-
cade enzymatique) : elle va entrainer une captation de glucose au niveau périphérique mais pas au niveau
du cerveau puisqu’il a un transporteur de glucose de type GLUT 2.