Méthodes d étude des besoins en protéines et en acides aminés Philippe Patureau Mirand Unité Nutrition et Métabolisme Protéique Inra et CRNH de Clermont-Ferrand Nature des besoins protéiques Méthodes d étude des besoins en protéines Intérêt et limites Méthodes d étude des besoins en acides aminés indispensables Intérêt et limites
Origine du besoin en protéines et en acides aminés Alimentation indispensables Acides aminés non indispensables Synthèse 250-300 g/j Dégradation Protéines corporelles 11-13 kg Synthèse de composés spécifiques Dégradation, Elimination : (fèces, urine, gaz...) Besoin en azote et en acides aminés
indispensables Acides aminés éventuellement indispensables non indispensables Méthionine Phénylalanine Thréonine Histidine Lysine Tryptophane Isoleucine Leucine Valine Cystéine, Taurine Tyrosine Glutamine, Glycine, Sérine Arginine AAI + AAnI = Besoin en protéines «de bonne qualité» Alanine A. aspartique A. glutamique
Principales méthodes d étude des besoins en protéines Méthode du bilan azoté équilibré Principe Avantages Limites et contraintes Méthode factorielle Principe Intérêt et limites Enquêtes nutritionnelles
MÉTHODE DU BILAN AZOTÉ ÉQUILIBRÉ Le besoin protéique correspond à l apport protéique minimal qui assure le maintien de la masse des protéines corporelles, donc l équilibre du bilan azoté Bilan azoté = Azote ingéré - (Pertes azotées + Dépenses azotées spécifiques) Pertes : urinaires, fécales, cutanées, gazeuses, diverses, Dépenses spécifiques : croissance, gestation, lactation... Bilans 10 0-10 -20 Bilan azoté Besoin 0 50 100 150 200 250 Apports azotés ou protéiques Apports
PRINCIPALES CRITIQUES FAITES À LA MÉTHODE DU BILAN AZOTÉ L'équilibre ne correspond pas nécessairement à la satisfaction des besoins (priorités) La méthode est peu sensible L'équilibre peut être obtenu pour différentes quantités de protéines ingérées La méthode est peu «robuste» La balance azotée dépend du niveau d alimentation antérieur Il n'existe pas de méthode simple de validation
PRINCIPAUX AVANTAGES DE LA MÉTHODE DU BILAN AZOTÉ Fiabilité des dosages d azote Peu de moyens matériels exigés Méthode ancienne avec de très nombreuses références Utilisation possible dans des situations très diverses Méthode de référence
Évolution du bilan azoté en fonction des apports alimentaires chez l adulte Rand et coll. (2003) Compilation de 1593 bilans études de besoins essais divers
Précautions à prendre pour étudier les besoins protéiques par la méthode du bilan azoté (1) Volontaires Compliance Absence d état inflammatoire, de perturbations psychologiques État nutritionnel initial des volontaires Stabilité du niveau d activité physique Organisation Nécessité d une période d adaptation de 5 jours au moins Intérêt d une journée protéiprive préalable dans le cas d études avec plusieurs niveaux randomisés Durée de la période d étude : 9 à 10 jours par niveau d apport (5+4-5) Apport énergétique correspondant au besoin apport insuffisant => bilan négatif => surestimation des besoins Niveaux des apports protéiques
Importance du choix des niveaux des apports alimentaires 10 Bilan Bilans 0 0-10 -20 0 50 100 150 200 250 Apports Apports Quatre niveaux d apports, le plus élevé proche des besoins 6 à 8 volontaires, bilans sur 5 jours
Précautions à prendre pour étudier les besoins protéiques par la méthode du bilan azoté (2) Aspects analytiques La consommation de protéines doit être déterminée avec précision Quantités réellement consommées (suppléments ou restes) Mesure des quantités servies, des quantités non consommées Dosage d azote dans les repas dupliqués et dans les restes Les pertes azotées doivent être déterminées avec précision Collectes totales des urines et des selles : indicateurs Conservation Dosage de l azote dans les urines et les selles (homogénéité) Prise en compte des pertes cutanées des autres pertes
Évolution du bilan azoté en fonction des apports alimentaires chez l adulte Bilans individuels chez 235 personnes 3 niveaux d apports au moins Rand et coll. (2003)
Évaluation du besoin azoté dans 19 études par la méthode du bilan azoté Rand et coll. (2003) Médiane des besoins 105 mg N/kg/j ou 0,65 g protéines/kg/j
MÉTHODE FACTORIELLE Somme des pertes obligatoires Efficacité de l utilisation (K) Besoin nutritionnel 47-52 mg N/kg/j 105 mg N/kg/j Besoin = dépenses obligatoires x 1/K
PRINCIPE DE LA MÉTHODE DE DÉTERMINATION DE LA DÉPENSE OBLIGATOIRE (m) ET DE L EFFICACITÉ (K) DANS LA MÉTHODE FACTORIELLE Bilan (b) 0 -m p «Disponible» «Indisponible» 0 a Apport (a) b = p*a - m p K= p = m/a
Exemple d utilisation de la méthode factorielle pour estimer le besoin protéique chez le nouveau-né Efficacité de l utilisation des protéines alimentaires K pour l entretien 0,7 pour la croissance 0,9 Entretien Croissance Age Dépense Besoin Gain protéique Besoin Besoin total dépense x 1/0,7 gain x 1/0,9 mois g/j/kg g/j/kg g/j/kg g/j/kg g/j/kg 0-1 0,44 0,63 1,09 1,21 1,84 1-2 0,44 0,63 0,80 0,89 1,52 2-3 0,44 0,63 0,56 0,62 1,25
Méthodes d estimation des besoins en acides aminés indispensables Méthode du bilan azoté Méthode du bilan du traceur Méthode de l oxydation de l acide aminé indicateur
Relation entre la quantité de lysine ingérée et le bilan azoté données de Jones et al. (1956) d'après Rand et Young (1999) Bilan azoté (mg.kg-1.j-1) 30 20 10 0-10 -20-30 0 10 20 30 40 50 Lysine ingérée (mg.kg-1.j-1) 8 mg 5 mg Variabilité des estimations en fonction de l'ajustement linéaire 21,7 26,2 polynomial 20,0 26,0 logarithmique 18,7 27,9 exponentielle 15,3 31,5*
Estimation des besoins en acides aminés indispensables par la méthode du bilan du traceur Principe Le besoin est l apport qui équilibre toutes les pertes (maintien de la taille du pool) Pour certains AAI, pertes = catabolisme oxydatif de la chaîne carbonée 4-6 régimes, 6-8 volontaires/régime, 6-7 jours Perfusion de l acide aminé marqué (1-13 C) Collecte de 13 CO 2 expiré, pendant 24 h ou 3 h à jeun et 5 h alimenté Mesure de l enrichissement du précurseur Bilan = (ingéré + perfusé) - oxydé 1-13 C-AA perfusé 13 CO 2 AA ingéré AA Cétoacide
Bilan de leucine (mg/kg/j) 2 0-2 -4-6 -8-10 -12-14 -16-18 Estimation du besoin en leucine par la méthode du bilan du traceur Leucine ingérée (mg/kg/j) 0 10 20 30 40 50 Besoin = 37,6 mg/kg/j Kurpad et coll. (2001)
Estimation des besoins en acides aminés indispensables par la méthode du bilan du traceur Problèmes théoriques Les pertes oxydatives ne représentent qu une fraction des pertes Comment comptabiliser les pertes à l état postabsorptif, résultant de la perfusion du traceur Évaluation de la perte oxydative à partir de 13 CO 2 expiré (précurseur, pool bicarbonate) Problèmes pratiques Nécessité d une période d adaptation aux régimes expérimentaux Conditions peu physiologiques et difficilement généralisables
Estimation des besoins en acides aminés indispensables par la méthode de l oxydation de l acide aminé indicateur AAI Catabolisme oxydatif Synthèse de protéines Principe Une augmentation de l apport de l acide aminé limitant accroît l utilisation des autres acides aminés pour les synthèses et limite leur catabolisme oxydatif 4-6 régimes différents par leur taux de l acide aminé limitant perfusion (ou ingestion) de l indicateur (1-13 C) collecte de 13 CO 2 pendant 6 h Besoin Synthèse protéique Oxydation de l indicateur (Phe) Apports de l'aa limitant (Lys)
Phénylalanine catabolisée (µmol/kg/h) 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Estimation du besoin en lysine par la méthode de l oxydation de l indicateur 0 10 20 30 40 50 60 70 Lysine ingérée (mg/kg/j) Zello et coll. (1993) Besoin 36,9 mg/kg/j
Besoins en acides aminés indispensables de l adulte (mg.kg -1.j -1 ) 50 Afssa-Cnerna (2000) 25 0 Histidine Isoleucine Leucine Lysine Méthionine + Cystéine Phénylalanine + Tyrosine Thréonine Tryptophane Valine FAO/OMS 1986 Young 1998 Apports en France Somme des besoins en acides aminés indispensables = ~1/3 des besoins en protéines
Leçons et perspectives La signification des valeurs obtenues confrontation des approches rigueur nécessaire pour des comparaisons Quelles améliorations dans la détermination des besoins acides aminés autres critères conditions plus physiologiques Autres aspects du besoin protéique cinétique d assimilation effet spécifiques