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

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1 11/03/2016 PIOCH Nicolas L2 CR : NICOLAS Margot Nutrition Dr Gaborit 26 pages Le métabolisme énergétique : description et moyens d'études 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 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 de l'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 patient obèse 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 fait d'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 va parfois avoir des développements d œdèmes qui vont nous empêcher de bien évaluer la composition corporelle des personnes. Plusieurs modèles de représentation de la composition corporelle : Pour representer ces differents compartiments, il y a plusieurs approches : ce sont les modeles de representation biochimique, anatomique ou physiologique. 1/26

2 => Le Modele biochimique separe les composants de l'organisme (macronutriments) en fonction de leurs proprietes 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 le calcul que l'on fait on distingue des modeles : - à 2 compartiments : MG et masse non grasse. - à 3 compartiments : MG, Masse cellulaire active, eau extra-cellulaire. - à 4 compartiments : MG, liquides extracellulaires, masse cellulaire active et solides extra-cellulaires (masse minérale osseuse) 2/26

3 La masse grasse La masse grasse correspond aux triglycérides stockés dans les adipocytes. Quelle que soit sa localisation anatomique, 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 20 à 25 % chez la femme). Dans le cas de pathologies (quand on est en surpoids ou obésité), on va avoir une augmentation de la masse grasse : 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 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» si elle est trop élevée (notamment localisation viscérale) car cela favorise les maladies métaboliques et les risques 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 entre les 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. Sa densité 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 la santé 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

4 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 les protéines 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 à une 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 en recherche) Methode d'estimation in vivo des compartiments de l'organisme qui repose sur une mesure corporelle (densite, volumes, impedances) et une hypothese de modelisation (hydratation de la masse maigre = 73%) Methode de prediction de la valeur (methodes indirectes, anthropometriques ou impedancemetrie bioelectrique 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

5 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-superieure et 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 ont montré 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 le tissu adipeux est localisé en sous-cutané et est un marqueur protecteur. En effet certaines personnes peuvent 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 poids ou de même IMC peuvent avoir une répartition de graisse totalement différente qui va faire qu'ils vont avoir un risque 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 masse grasse totale. Cela permet d avoir la densité corporelle en fonction de l âge et du sexe. On va utiliser le compas de Harpenden. MG = Somme de 4 plis (ou «équation») : pli bicipital, pli tricipital, pli sous-scapulaire, pli supra-iliaque. 5/26

6 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 eau tritiée). Sa concentration plasmatique permet de calculer un volume de distribution. Cela repose sur l hypothèse que 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 la médecine 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 de la 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'un seul courant de 800 μamp avec une fréquence de 50 khz (indolore). 6/26

7 Les mesures avec plusieurs fréquences permettent une approche des différents secteurs hydriques, les membranes 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 permet d accéder directement à un modèle à trois compartiments : MG + MM + contenu minéral osseux Elle 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

8 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

9 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'est globalement 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 4,95 L équation de Siri : % MG = 100 D 4,50 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 a gees 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

10 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 la gestation, 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 si rapportées 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 variations de poids avec entraînement. 10/26

11 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'environ 3% 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 peut se 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, la constante 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 chez le 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 ans avec environ 4.400g chez les garçons et g chez les filles. Cela dépend de facteurs génétiques, de l'activité physique pendant l enfance (environ 7%) 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 à 15 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

12 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 bonne méthode 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 VEC Conclusion: Il a suivi les conseils diététiques et fait de l exercice 12/26

13 Mauvais cas : - MG stable - MM augmentée - MCA stable et augmentation du VEC Conclusion: il a mangé trop de sel h) Conclusion En pratique médicale, la notion de composition corporelle doit être intégrée dans le raisonnement et la pratique médicale. L étude de la composition corporelle constitue un élément indispensable de l évaluation du statut nutritionnel+++. Elle permet de prendre les décisions thérapeutiques les mieux adaptées, telle que le choix 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 cette méthode (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 dans le tissu adipeux). La dépense énergétique est continue, alors que les apports alimentaires sont discontinus donc il faut qu'on ait des compartiments où l'on peut stocker la réserve énergétique en période où on ne mange pas 13/26

14 (période inter-prandiale). C'est compliqué pour les protéines (autres fonctions) et les glucides (<1kg) d être stockés par rapport aux lipides (stockage immense, plusieurs kg). Tout cela permet de ne pas être obligé de manger h24. Pour être utilisable, cette énergie doit être transformée en ATP, processus qui consomme de l oxygène et produit de la chaleur. L oxydation des substrats par l organisme est hiérarchisée selon un ordre inverse à la capacité qu à l organisme à stocker ces macronutriments : 1) Glucides 2) Protéines 3) 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 se transforme». Les apports énergétiques recommandés : Chez un individu sain, ils varient entre Kcal/j. Un régime équilibré comprend : 15% de protéines, 30% de lipides, 55% de glucides. 1Kg de graisse de réserve = 9000 Kcal NB : 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 % de la Dépense Energétique Totale 2) La dépense lié à l activité physique, variable (15 à 30 % DET) 3) La thermogenèse, effet thermique des aliments (10 % DET) 14/26

15 À ces trois postes principaux de dépense énergétique, il faut ajouter des dépenses inhabituelles qui, dans certaines 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 (pompes ioniques, turnover de substrats, maintien de la température...), c est à dire essentiellement le fonctionnement de la 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 âge et du sexe essentiellement aussi par le biais de la masse maigre (les hommes ont plus de MM donc un MDB plus 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 pas utilisé en pratique clinique. Ce métabolisme de base est soumis aux facteurs génétiques (20 % restant du MDB) ce qui explique des variations entre des personnes de même poids, de même sexe... Le MDB est influencé par des facteurs hormonaux comme le système nerveux sympathique, les hormones thyroïdiennes (qui sont très impliquées dans 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

16 puis être stockés par exemple au niveau du foie et du muscle sous forme de glycogène, ou au niveau du tissu adipeux sous forme de triglycérides. Le coût énergétique de ces processus varie avec les voies biochimiques empruntées (en fonction du type de macronutriments 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 de glucides 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 un adipocyte blanc d'un adipocyte brun est le nombre de mitochondries (plus élevé dans le TAB). Ce tissu adipeux brun est très présent chez le nouveau-né dans la région supérieure du corps, interscapulaire, au niveau des processus claviculaires, et autour du rein. Ces mitochondries vont produire des protéines découplantes (UCP). Ces UCP vont prendre les protons du cycle de Krebs pour pouvoir produire de 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 vue énergétique et par unité de masse des tissus, le tissu adipeux brun est 100 fois plus actif que les tissus adipeux blancs car l'énergie est dissipée est non stockée sous forme d'atp. L'activation des adipocytes bruns représente une cible potentielle du traitement de l'obésité. Des études sont en cours pour trouver comment augmenter les quantités de tissu adipeux brun... 16/26

17 Dans le tissu adipeux brun : III. L'energie depensee pour l'activite physique Elle est très variable : % dans les pays développés mais elle peut atteindre 70 % chez un sportif ou un travailleur 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 kilocalories par jour à tous les patients hospitalisés. D où l intérêt de la mesure de la dépense énergétique pour 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

18 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 qui vont tendre à limiter les variations de poids. Si on prend trop de poids, il va y avoir une modification de la DE et si on perd du poids, la DE va se modifier dans l'autre sens. 18/26

19 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 la stabilisation du poids. Cet arrêt de la perte de poids témoigne de l adaptation à la restriction énergétique par une diminution des dépenses 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

20 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 est exactement 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

21 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 énergie de l individu. La réalisation de la mesure nécessite une enceinte de taille réduite et hermétique (chambre de Lavoisier) ou une combinaison calorimétrique.tout cela permet la quantification des différentes composantes de la perte de chaleur : DER Activité physique thermogenèse Post Prandiale Elle est peu utilisée en raison de la tolérabilité et du nombre réduit d institutions disposant de l équipement nécessaire (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 les échanges gazeux respiratoires. Cette méthode repose sur l équivalence entre l énergie utilisée dans l organisme et l oxydation des nutriments. C'est la méthode de référence. Il est donc possible d utiliser la consommation globale d oxygène comme 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) peut être 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'est faible. C'est surtout utilisé pour mesurer la DER et cela permet aussi de mesurer le Quotient Respiratoire. 21/26

22 Le concept de quotient respiratoire : La transformation de l énergie chimique contenue dans les macronutriments en ATP, passe par des réactions de phosphorylation oxydative qui vont consommer de l oxygène et produire du gaz carbonique. QR= VCO 2 VO 2 C'est le rapport entre la quantité de gaz carbonique produit par l oxydation totale d un substrat sur la quantité d oxygène nécessaire à cette oxydation complète. Ce QR varie en fonction du substrat considéré : QR = 1 pour les glucides 0,7 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 des substrats 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 Lipides C₁₆H₃₂O₂ + 23 O₂ <=>16 CO₂ + 16 HO₂ QR (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 donc moins de réserve et prendront moins de poids Ces individus ont une proportion de fibres de type I dans le muscle plus importante (fibres à contraction lente, résistantes, sollicitées pendant les efforts d endurance et équipées pour oxyder facilement les acides gras). 22/26

23 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 réel d'un individu. Cela permet de connaître sa capacité maximale en endurance, son seuil de transition aéroanaérobie 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 et permet 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 connaître l'activité physique. C'est surtout pour l'enregistrement de la fréquence cardiaque, basée sur la relation linéaire étroite existant entre 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 ou trois 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 de l enregistrement du type et de la durée des activités pratiquées et du coût énergétique unitaire de chaque activité, c'est beaucoup plus théorique. 23/26

24 VI. Estimation de la dépense énergétique Il est possible de réaliser les estimations de la DER à partir de données anthropométriques simples. Deux équations 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, ,0402 P + 0,711 T 0,0197 A Hommes MB = 0, ,0573 P + 2,073 T 0,0285 A Équations de Black : Femmes MB = 0,963. P0,48. T 0,50. A-0,13 Hommes 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 années Les 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 physique d 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 actif Multiplication du DER par le facteur d activité : DET= DER x NAP on obtient : DET = 1.4 DER : malade hospitalisé DET = 1.8 DER : activité modérée DET = 1.55 DER : activité légère DET = 2.1 DER : activité importante Exemple: Patient de 120 kg inactif : DER kcal/jour DET = X 1,3 = kcal/jour Ce facteur a pu être déterminé pour de nombreuses activités de la vie quotidienne, sédentaire, professionnelle ou sportive (tables). 24/26

25 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 pouvoir faire dans la vie de tout les jours, que ce soit professionnel, domestique, loisirs, sports, transports, Mais aussi son 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 > = recommandation d activité physique pour la population générale à 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 dans la 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 une augmentation 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 une sédentarité qui va diminuer la dépense énergétique et qui va entretenir l'obésité : moins on bouge, plus on risque d être obèse. 25/26

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 pour attraper à manger. On peut mieux comprendre les mécanismes régulant la DER. Il faudra trouver des traitement modulant la DER... 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 long qui m'a pourri mon we... A toi cher P2 qui vient enfin de finir le cours le plus long de l'année 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 de l'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