Bioénergétique. Partie I : Dépenses énergétiques. Partie II : Rations alimentaires

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1 Bioénergétique Partie I : Dépenses énergétiques Partie II : Rations alimentaires

2 Bioénergétique 1- Définition - Généralités

3 Définition Etude des processus biologiques qui produisent et consomment de l'énergie.

4 Consommation d énergie 3 types de travail cellulaire Travail de synthèse chimique Travail osmotique Travail mécanique Interne Externe

5 Origine de l énergie Lavoisier Nutriments + O 2 CO 2 + H 2 O + Energie L'homme = transformateur d'énergie potentielle en d'autres formes d'énergie

6 6 catégories de nutriments Glucides Lipides Protides Energie Sels minéraux Vitamines Eau

7 Apport alimentaire discontinu et besoins énergétiques continus Stockage des substrats énergétiques et de l énergie

8 Stockage de substrats énergétiques Glucides (ou hydrates de carbone) sous forme de glycogène dans le foie et dans les muscles Lipides dans le tissu adipeux

9 Stockage de l énergie ATP : Adénosine triphosphate ATP + H 2 O ADP + Pi + H Kcal

10 Plan Bioénergétique 1- Définitions Généralités 1-1 Loi de l état initial et final 1-2 Loi de conservation de l énergie

11 1-1 Loi de l état initial et de l état final La quantité d'énergie libérée lors de la combustion des aliments dépend uniquement de l'état initial et de l'état final et pas des réactions intermédiaires

12 Exemple Combustion du glucose dans un calorimètre C 6 H 12 O 6 + O 2 6 CO H Kcal

13 Oxydation du glucose dans l organisme C 6 H 12 O 6 G 6P Fructose 6P CO H 2 O Kcal

14 1-2 Loi de la conservation de l énergie La quantité d'énergie contenue dans un système est constante L'énergie ne peut être ni créée ni détruite mais seulement convertie d'une forme en une autre Énergie fournie = énergie dépensée

15 Plan Bioénergétique 1- Définitions Généralités 1-1 Loi de l état initial et final 1-2 Loi de conservation de l énergie 2- Dépenses énergétiques: méthodes de mesure 2-1 Calorimétrie directe

16 2-1 Calorimétrie directe Repos énergie libérée = chaleur Mesure de la production de chaleur corporelle par calorimétrie directe

17 Plan Bioénergétique 2- Dépenses énergétiques: méthodes de mesure 2-1 Calorimétrie directe 2-2 Calorimétrie indirecte Thermochimie alimentaire

18 2-2 Calorimétrie indirecte Thermochimie alimentaire : principe Aliments + O 2 CO 2 + H 2 O + Energie Calcul de la dépense énergétique à partir de la nature et du poids des aliments ingérés

19 Deux difficultés Aliments ingérés ne sont pas totalement brûlés. Tenir compte de l énergie perdue dans les excreta (selles et urines) L apport alimentaire peut ne pas couvrir exactement les besoins : Excès Réserve de graisse Déficit Utilisation des réserves Poids stable pendant la mesure

20 Thermochimie alimentaire : application pratique Calorimétrie alimentaire mesure en 4 temps 1- Peser tous les aliments ingérés par le sujet pendant la période de mesure

21 2- On calcule la quantité de protides, de lipides et de glucides ingérée Pour 100 g d aliments Protides en g Lipides en g Glucides en g Beurre Bœuf Pommes de terre

22 3- Calcul de la quantité d énergie apportée par chaque catégorie de nutriments Chaleur de combustion moyenne des aliments 1 gramme de glucides = 4.2 Kcal 1 gramme de lipides = 9.4 Kcal 1 gramme de protides = 4.6 Kcal (1 Kcal = 4.18 KJ )

23 4- Calcul de la dépense énergétique Dépense énergétique (DE) = Energie ingérée - Energie excrétée si le poids du sujet est resté stable pendant la période de mesure

24 Plan Bioénergétique 2- Dépenses énergétiques: méthodes de mesure 2-1 Calorimétrie directe 2-2 Calorimétrie indirecte Thermochimie alimentaire Principe Application pratique Thermochimie respiratoire Principe

25 2-2-2 Thermochimie respiratoire : principe C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O Kcal 6 x 22.4 L 673 Kcal 1 L 5 Kcal Coefficient thermique de l oxygène pour les glucides

26 Coefficients thermiques de l'o 2 1 litre d'o2 équivaut à: pour les glucides : 5.0 Kcal pour les lipides : 4.7 Kcal pour les protides : 4.6 Kcal Coefficient thermique moyen de l O 2 1 L d O 2 = 4.8 Kcal

27 Quotient respiratoire QR = V C0 2 /V O 2 Glucides purs QR =1 Protides purs QR = 0,8 Lipides purs QR = 0,7 Mélanges tables de coefficient thermique

28 Table de calcul des glucides et lipides utilisés en fonction du quotient respiratoire Mc Ardle, Katch and Katch 1996

29 2-2-1 Thermochimie respiratoire : Application pratique Définition de la consommation d oxygène ou débit d oxygène = V O 2 - Le V O 2 s exprime en L/min ou ml/min/kg

30 Plan Bioénergétique 2- Dépenses énergétiques: méthodes de mesure 2-1 Calorimétrie directe 2-2 Calorimétrie indirecte Thermochimie alimentaire Principe Application pratique Thermochimie respiratoire Principe Application pratique

31 2-2-1 Thermochimie respiratoire Mesures de la consommation d'o 2 Méthode en circuit fermé =spirométrie La cloche s abaisse progressivement Fixation du CO 2

32 La pente du tracé est due à la consommation d O 2 Inspiration Expiration en cm 1 cm = 0,2 L

33 Spiromètrie V O 2 (L/min) = H (cm/min) x 0.2 (L/cm) V O 2 en conditions STPD D.E = V O 2 (L/min) x 4.8 (Kcal)

34 2-2-2 Thermochimie respiratoire Mesures de la consommation d'o 2 Méthode en circuit ouvert V O 2 = Volume d'o 2 inspiré/min - Volume d'o 2 expiré/min (Volume d'air insp./min x F I O2) - (Volume d'air exp./ min x F E O2) V O 2 = V E x (F I O 2 - F E O 2 )

35 Mesures de la consommation d'o2 Méthode en circuit ouvert Mesure de la ventilation V e Mesure des gaz expirés FE0 2, FE CO 2

36 Exemple V e air = 20 L/min F I O 2 = 21 % F E O 2 = 17 % V O 2 =20 x (0.21-0, 17) = 0.8 L/ min D.E = 0.8 x 4.8 Kcal = 3.8 Kcal

37 Plan Bioénergétique 1- Définitions Généralités 1-1 Loi de l état initial et final 1-2 Loi de conservation de masse 2- Dépenses énergétiques : méthodes de mesure 2-1 Calorimétrie directe 2-2 Calorimétrie indirecte Thermochimie alimentaire Thermochimie respiratoire 3- Dépenses énergétiques : résultats

38 3 - Dépenses énergétiques : résultats 3-1- Dépense énergétique minimale Métabolisme de base

39 Métabolisme de base correspond à une dépense irréductible Trois conditions de mesure: 1- A jeun depuis 12 heures 2- Au repos complet 3 - A la température de neutralité thermique

40 Métabolisme de base 1 Kcal/min 3,5 ml/min/kg d O 2 = 1 M.E.T.

41 Métabolisme de base Chez l adulte jeune 1500 Kcal par 24 heures

42 Facteurs de variation du M.B Le sexe H > F L âge jeune > âgé La morphologie : taille et poids 3.6 Kcal/j pour la souris Kcal/J pour l'éléphant

43 Loi des surfaces La dépense énergétique par unité de surface est sensiblement la même pour tous les homéothermes

44 Taille Surface Poids

45 Métabolisme de base Adulte jeune : Homme = 37 Kcal par m 2 et par heure Femme = 35 Kcal par m 2 et par heure

46 Dépenses énergétiques : résultats 3-1- Dépense énergétique minimale 3-2- Dépenses énergétiques supplémentaires Le travail musculaire

47 Dépenses énergétiques supplémentaires Le travail musculaire Elle dépend de l intensité et de la durée de l exercice musculaire

48 Dépense énergétique lors d'activités variées Ecrire assis : 2 Kcal/min Nettoyer les vitres: 3.5 Kcal/min Faire un lit : 6 Kcal/min Marche (4 km/h) : 4 Kcal/min Course (10 km/h) : 11 Kcal/min Bicyclette (15 km/h): 7 Kcal/min

49 Le V O 2 augmente proportionnellement à l intensité de l exercice musculaire V O 2 L/min 2,5 2,1 1,70 1,30 DE = 2,5 x 4, 8 x durée d effort 0, Energie chimique Energie mécanique + chaleur 25% 75% Vitesse (Km/h)

50 Dépenses énergétiques : résultats 3-1- Dépense minimale 3-2- Dépenses supplémentaires Le travail musculaire La thermorégulation

51 Homéotherme Adaptation au froid Adaptation à la chaleur Dépense énergétique

52 D après Giaja Dépense énergétique Métabolisme de sommet Température de neutralité thermique = 25 C Hypothermie Zone d'homéothermie Hyperthermie T ambiante

53 Dépenses énergétiques : résultats 3-1- Dépense minimale 3-2- Dépenses supplémentaires Le travail musculaire La thermorégulation L assimilation des aliments

54 Action dynamique spécifique des aliments ADS est de: 30% pour les protides 12-15% pour les lipides et les glucides

55 Action dynamique spécifique des aliments ADS due à assimilation des aliments au niveau du foie Rôle majeur de la désamination des protéines

56 Dépenses énergétiques : résultats 3-1- Dépense minimale 3-2- Dépenses supplémentaires Le travail musculaire La thermorégulation L assimilation des aliments La croissance

57 Dépense énergétique liée à la croissance Synthèse protéique majeure Besoins énergétiques enfant > adulte