DEPENSES ENERGETIQUES et ACTIVITES PHYSIQUES Michel VERMOREL I.N.R.A. Centre de Recherches de Clermont-Ferrand-Theix Centre de Recherches en Nutrition Humaine d'auvergne PLAN de l'expose - Introduction: principales composantes des dépenses énergétiques (DE) - Métabolisme de base: composantes et facteurs de variation - Thermogenèse alimentaire - D.E. liées aux activités physiques et sportives - D.E. journalière : méthodes d'évaluation - Coûts énergétiques des principales activités - Evalation des D.E. et des ANC des adolescents sportifs - méthode utilisée - principaux résultats - Conclusions Principaux déterminants de l'équilibre énergétique Protéine s Lipides Glucides Réserves corporelles Protéines Lipides Métabol. de base Activité physique Ther., alim.! Poids corporel! Masse grasse! Masse maigre! Sexe! Age! Etat hormonal! Capacités physiques! Comportement! Composition du régime Apport énergétique Dépenses énergétiques Facteurs de variation Dépenses énergétiques correspondant au métabolisme de base - Contribution : de 45 à 7 % (m : 6 %) des dépenses totales - Assimilable à la somme des dépenses des organes et tissus - Facteurs de variation :! composition corporelle! taille des organes (% du poids corporel)! activité métabolique des tissus et organes! âge! état nutritionnel! sexe! état physiologique Activité métabolique de quelques tissus et organes multiples du muscle 3 2 1 Tissus adipeux Muscle au repos TD Contribution des tissus et organes aux dépenses énergétiques de l'organisme d'un individu "moyen" à jeun (adapté de Gallagher et al., 1998),5%,4% Tractus digestif 1,7% 2,% 2,6% % pondéral % du métabolisme de base Reste 31,4% Muscles 4% Tissus adipeux 21,4% 19% 7% Tractus digestif 1% 8% Reste 16% 17% Muscles 2% 3% Tissus adipeux 1
Composition corporelle et activité sportive Variation de la masse maigre (MM) et de la masse grasse (MG) (Pariskova, 1974; 1977; Aloia et al., 1978; Wilmore, 1983; Malina et Bouchard, 1991) 72 68 64 6 56 52 48 44 4 36 32 28 1 Masse maigre (kg) 11 12 13 14 Résultats confirmés par les données obtenues chez des athlètes (Pollock et al., 1977; Wilmore et al., 1977; Thorland et al., 1981; Graves et al., 1987) 15 16 Entraîné Non entraîné Age (années) 17 Dépense au repos (kj / min) Détermination de la thermogenèse alimentaire (en chambre calorimétrique ; Tataranni et al., 1995) 8 7 6 5 4 8 12 16 2 24 4 8 Temps (heures) P. Déj. mêmes sujets à jeun Déj. Coll. Din. sujets alimentés Influence de l'activité physique sur l'effet thermique d'un repas (mesure pendant 6 h à l'aide d'un canopi ; Poelhman et al, 1988) Influence de la température ambiante (23 C / 1 C) sur la dépense energétique d'un sujet jeune, mince, allongé, en short (Buskirke, 196) 5 Sujets non entrainés (+ 11,8 %) Consommation O 2 (ml / min) 4 Q (kcal / min) 3 2 Athlètes hyper-entrainés (+ 8,6 %) Pas de variation chez un sujet obèse 1 Temps (minutes) 3 6 9 12 15 23 C 1 C 23 C Temps (min) Variation de la dépense energétique à la nage (brasse) en fonction de la vitesse et de la température de l'eau (Nadel et al., 1974) Variations du coût energétique net de diverses activités sportives (cal / mètre parcouru par un homme de 7 kg en fonction de la vitesse) (Flandrois, 1992) Consommation O 2 (l / min) 4, DE (cal / km) 1 M.A. course 5 marche ski 3, 2, 1, 26 33 25 Echelle logarithmique 12 6 patinage cyclisme,,,25,5,75 1, (m / s) 3 1,8 3,6 7,2 36 72 (km / h) 2
Dépense energétique à la nage. Variations selon la vitesse et le type de nage (Capelli et al., 1998) DE (kj / min) 3, 2,5 2, papillon brasse dos crawlé Méthodes d'évaluation des DE journalières des sportifs - Méthode factorielle : MB + Σ coût énergétique x durée de l'activité Difficulté pour quantifier les divers coûts énergétiques nets - Méthode à l'eau doublement marquée : simple et non invasive Précise pour des groupes de sujets ; DE moyenne sur 7 à 15 jours Onéreuse ; équipement spécifique ; personnel hautement qualifié 1,5 1,,5,5 crawl 1, 1,5 2, 2,5 (m / s) - Méthode d'enregistrement de la FC : Détermination de DEJ et DE par activité Calibrage individuel par calorimétrie indirecte Méthode relativement contraignante ; dépouillement fastidieux - Apports énergétiques évalués par enquête ou pesée des aliments " Sous-estimation des apports, donc des DE Méthode à l'eau doublement marquée Courbes d'élimination de 2 H et de O PRINCIPE : ingestion d'eau marquée au 2 H et se répartit entre l'eau et les bicarbonates corporels H2 * 1 8 6 % de la concentration initiale 2 H 4.5 4. 1 Log C Co Kd C 2 H2 * ANHYDRASE CARBONIQUE HC* 3 C* 2 4 2 O 4 8 12 Temps (jours) 3.5 3. KO 4 8 12 Temps (jours) H2 *! La vitesse d'élimination de O indique le total des flux de H 2 O et CO 2! La vitesse d'élimination de 2 H indique le flux de H 2 O! La différence indique le flux de CO 2 Calcul du flux de C 2 et de la DE Vd.Kd = FH 2 (eau éliminée) Vo.Ko = FH 2 + 2xFC 2 8 7 6 5 4 Relation polynomiale entre FC et DE DE (kj/min) R 2 =,91 FC 2 = 1/2 (Vo.Ko - Vd.Kd) F 2 = FC 2 / QR a.f 2 + b.fc 2 DEPENSE ENERGETIQUE 3 2 1 FC (bpm) 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 Comparaison DEJ calculée et DEJ mesurée = 5 ± 143 kj/ j =>,5 ± 1,2 % de la DEJ 3
Augmentation des DE due au sport chez un footballeur amateur (1,78 m, 7 kg) 3 h d'entraînement +,5 h d'échauffement + 1,5 h de match. DE pendant les 3 h d'entraînement : 15 kcal. DE pendant,5 h d'échauffement : 2 kcal. DE pendant 1,5 h de match : 12 kcal Total 29 kcal / semaine DE pendant 5 h d'activités sédentaires : 62 kcal Augmentation de la DE due au sport : 228 kcal / semaine 32 kcal / jour Sommeil TV Jeux vidéo Jeux société Musique, spectacle Classe Devoirs Préparatifs Transport, bus Repas Cuisine, vaisselle Marche lente Jeux peu actifs Récréation Marche rapide jeux actifs Vélo EPS, GRS Entrain. compét. Coûts énergétiques des diverses activités (multiples du sommeil) 1 2 3 4 5 6 7 Les A.N.C. Apports nutritionnels permettant de satisfaire les besoins de la quasi-totalité d'une population en bonne santé, de sexe et âge donnés. Las A.N.C. tiennent compte des variations entre individus. Ils correspondent en général à 13% du besoin moyen. Les A.N.C. ne sont pas des normes individuelles à atteindre, mais des références pour la population concernée et des points de repère pour les individus. GAINS MOYENS DE POIDS ET D'ENERGIE AU COURS DE L'ADOLESCENCE Teneur moyenne en énergie du gain : # 2,4 kcal/g Age (ans) 1-12 12-15 15-16 16 - Gain de poids (g/j) 12 16 1 5 Gain d'énergie (kcal/j) 3 4 25 1 Objectifs des A.N.C. Optimiser les fonctions de notre organisme. Réduire les risques d'apparition de troubles ou de maladies à composante nutritionnelle démontrée. Les dépenses correspondant à la synthèse des protéines et des lipides sont comptées dans le métabolisme de base et les dépenses liées aux activités. 1. Les dépenses liées à la croissance ne représentent que 1 à 2 % de la dépense énergétique journalière. DEPENSES ET APPORTS ENERGETIQUES D'ADOLESCENTS (kcal/j) DISCIPLINE, AGE D.E. APPORTS! %, CV REFERENCE Non sportifs, 12 - ans 274* 22-2 ± 23 % Bandini (199) PRINCIPALES COMPOSANTES ET FACTEURS DE VARIATION DE LA DEPENSE ENERGETIQUE JOURNALIERE DE L'ADOLESCENT SPORTIF DUREE (h) DE % DEJ FACTEURS DE VARIATION Non sportifs G Divers sports (15 ans) F Gymnastes, (6,5 h/j) 12 ans ans 7,5 ans 2535* 296* 33* 256* 24* 25 225 272 198 172-14 - 24 - ± % - 22 ± 16 % - 13 ± 22 % Livingstone (1992) Bratteby (1998) Davies (1997) 2,,5 2, 9,7 CROISSANCE SPORT ACT. MODEREES ACT. LEGERES,5-1% 29 % 4 % 9 % POIDS CORPOREL Nature Intensité ACTIVITE Durée Nageurs, (5,5 h/j) Athlètes, 17 ans 17 ans G F 56* 361** 248** 314 315 22-43 ± 2 % - 13 ± 16 % - 12 ± 11 % Trappe (1997) Ribeyre (2) 9,8 ACT. SEDENT. SOMMEIL 35 % 22 % MASSE MAIGRE Sexe *Méthode EDM ; ** : Méthode d'enregistrement de FC, calibrée en chambre calorimétrique 4
VARIATIONS DES APPORTS CONSEILLES EN ENERGIE (kcal/j) POUR DES ADOLESCENTS GARCONS, SPORTIFS DE HAUT NIVEAU (pour 12 heures d'activités sportives par semaine, en moyenne) APPORTS ENERGETIQUES (kcal/j) INDICATIFS POUR DES JUDOKAS SELON LE POIDS CORPOREL ET LA DUREE DES ACTIVITES SPORTIVES (h/semaine) (entraînement + compétition + EPS + autres sports) 5 45 kcal/j N 4 kg 5 kg 6 kg 7 kg 8 kg 8 h 225 255 29 325 35 4 35 3 25 2 Demi-fond Triathlon Football Perche Judo Poids (kg) 3 4 5 6 7 8 1 h 23 26 3 335 365 12 h 235 27 31 35 38 14 h 28 325 36 39 16 h 335 37 45 Pondération de plus ou moins 5 à 8 kcal/jour selon le niveau d'engagement au cours des activités sportives Conclusions Dépenses énergétiques des sportifs - Les DE et les coûts énergétiques nets des principales activités sédentaires, physiques ou sportives ainsi que leurs principaux facteurs de variation sont bien connus, - L'évaluation des DE journalières moyennes des sportifs est difficile en raison de la variabilité individuelle de la nature et de l'intensité des diverses activités physiques, - Les enquêtes alimentaires sous-estiment généralement les apports alimentaires et les DE, donc les besoins. " La dépense énergétique journalière est influencée essentiellement par la masse maigre et l'activité physique (nature, durée, intensité). " L'activité physique ou sportive en résistance améliore la composition corporelle (MM " ) et les capacités physiques mais s'accompagne de repos compensatoire. " L'activité physique régulière ou sportive en endurance augmente les dépenses énergétiques et la mobilisation des réserves lipidiques corporelles. Elle permet d'améliorer la composition corporelle (MM = ", MG # ) " L'activité physique régulière augmente les besoins énergétiques, donc permet une meilleure satisfaction des besoins nutritionnels, en particulier en minéraux, oligoéléments et vitamines. " Les DEJ des adolescents sportifs de haut niveau sont supérieures de 15 à 33 % à celles des adolescents sédentaires, selon la discipline sportive et la durée de l'entraînement " Les DE correspondant aux activités sportives représentent : - 2 à 3 % de la DEJ pour 12 h sport/semaine - 3 à 35 % " h "! Les besoins énergétiques ainsi évalués sont des valeurs moyennes indicatives pour des groupes de sujets. Pour un individu donné, l'incertitude est de l'ordre de 1 %. " La composition corporelle influence davantage la DEJ que le niveau d'engagement dans les activités sportives " Les enquêtes alimentaires : - sont nécessaires pour évaluer le comportement alimentaire de chaque sportif et mettre en évidence d'éventuels déséquilibres alimentaires - n'indiquent pas nécessairement les apports énergétiques réels. 5