Bioénergétique Partie I : Dépenses énergétiques Partie II : Rations alimentaires Bioénergétique 1- Définition - Généralités 1
Définition Etude des processus biologiques qui produisent et consomment de l'énergie. Consommation d énergie 3 types de travail cellulaire Synthèse chimique Travail osmotique Travail mécanique Interne Externe 2
Origine de l énergie Depuis Lavoisier Nutriments + O 2 CO 2 + H 2 O + Energie L'homme = transformateur d'énergie chimique en d'autres formes d'énergie 6 catégories de nutriments Glucides Lipides Protides Energie Sels minéraux Vitamines Eau 3
ATP : Adénosine triphosphate ATP + H 2 O ADP + Pi + H + + 7 Kcal 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 4
1-1 Loi de l état initial et de l état final la quantité d'énergie qui apparaît lors de la combustion des aliments dépend uniquement de l'état initial et de l'état final Exemple Combustion du glucose dans un calorimètre C 6 H 12 O 6 + O 2 6 CO 2 + 6 H 2 0 + 673 Kcal 5
Oxydation du glucose dans l organisme C 6 H 12 O 6 G 6P Fructose 6P.... 6 CO 2 + 6 H 2 O + 673 Kcal 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 6
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 Mesure de la production de chaleur corporelle par calorimétrie directe 7
Plan Bioénergétique 2- Dépenses énergétiques: méthodes de mesure 2-1 Calorimétrie directe 2-2 Calorimétrie indirecte 2-2-1 Thermochimie alimentaire 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 8
Deux difficultés Les aliments ingérés ne sont pas totalement brûlés. Il faut tenir compte de la quantité d 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 Thermochimie alimentaire : application pratique Calorimétrie alimentaire mesure en 4 temps 1- On pèse tous les aliments ingérés par le sujet pendant la période de mesure 9
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 0.6 81 0.4 Bœuf 17.5 22 1.0 Pommes de terre 2.0 0.1 19.1 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 ) 10
Dépense d énergie (DE) = Energie ingérée - Energie excrétée si le poids du sujet est resté stable pendant la période de mesure Plan Bioénergétique 2- Dépenses énergétiques: méthodes de mesure 2-1 Calorimétrie directe 2-2 Calorimétrie indirecte 2-2-1 Thermochimie alimentaire Principe Application pratique 2-2-1 Thermochimie respiratoire 11
Thermochimie respiratoire : principe C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + 673 Kcal 6 x 22.4 L 673 Kcal 1 L 5 Kcal Coefficient thermique de l oxygène pour les glucides Coefficients thermiques de l'o 2 1 litre d'o2 équivaut à: pour les glucides : 5 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 12
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 Thermochimie respiratoire : application pratique Définition de la consommation d oxygène V O 2 en L/min ou ml/min/kg Mesures de la consommation d'o 2 Méthode en circuit fermé 13
Spiromètre La pente du tracé est due à la consommation d O2 en cm 1 cm = 0,2 L 14
Spiromètrie en circuit fermé 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) Thermochimie respiratoire : application pratique Définition de la consommation d oxygène V O 2 en L/min ou ml/min/kg Mesures de la consommation d'o 2 Méthode en circuit fermé Méthode en circuit ouvert 15
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 ) Mesure de la V O 2 en circuit ouvert Mesure de la ventilation V Mesure des gaz expirés 16
Exemple V air = 20 L. min -1 F I O 2 = 21 % F E O 2 = 17 % V O 2 =20 x (O.21 - O, 17) = 0.8 L. min -1 D.E = 0.8 x 4.8 Kcal = 3.8 Kcal 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 2-2-1 Thermochimie alimentaire 2-2-1 Thermochimie respiratoire 3- Dépenses énergétiques : résultats 17
Dépenses énergétiques : résultats 3-1- Dépense minimale Métabolisme de base : Métabolisme de base Trois conditions de mesure: 1- A jeun depuis 12 heures 2- Au repos complet 3 - A la température de neutralité thermique 18
Métabolisme de base 1 Kcal/min 3,5 ml/min/kg d O 2 = 1 M.E.T. Métabolisme de base Chez l adulte jeune 15OO Kcal par 24 heures 19
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 49 000 Kcal/J pour l'éléphant Loi des surfaces La dépense énergétique par unité de surface est sensiblement la même pour tous les homéothermes 20
Taille Surface Poids Métabolisme de base Adulte jeune : Homme = 37 Kcal par m 2 et par heure Femme = 35 Kcal par m 2 et par heure 21
Dépenses énergétiques : résultats 3-1- Dépense minimale 3-2- Dépenses supplémentaires Dépenses énergétiques supplémentaires Le travail musculaire Elle dépend de l intensité et de la durée de l exercice musculaire 22
Dépense énergétique lors d'activités variées Ecrire assis : 2 Kcal.min -1 Faire un lit : 6 Kcal. min -1 Nettoyer les vitres: 3.5 Kcal. min -1 Marche (4 km/h) : 4 Kcal. min -1 Course (10 km/h) : 11 Kcal. min -1 Bicyclette (15 km/h):7 Kcal. min -1 La V O 2 augmente proportionellement à l intensité de l exercice musculaire V O 2 L/min 2,5 2,1 1,70 1,30 0,25 0 5 7 Energie chimique Energie mécanique + chaleur 25% 75% 9 11 13 Vitesse (Km/h) 23
Dépenses énergétiques : résultats 3-1- Dépense minimale 3-2- Dépenses supplémentaires 3-2-1 Le travail musculaire 3-2-2 La thermorégulation Homéotherme Adaptation au froid Adaptation à la chaleur Coût énergétique 24
D après Giaja Dépense énergétique Métabolisme de sommet Température de neutralité thermique = 28 C Hypothermie Zone d'homéothermie Hyperthermie T ambiante Dépenses énergétiques : résultats 3-1- Dépense minimale 3-2- Dépenses supplémentaires 3-2-1 Le travail musculaire 3-2-2 La thermorégulation 3-2-3 L assimilation des aliments 25
Action dynamique spécifique des aliments ADS est de: 30% pour les protides 12-15% pour les lipides et les glucides Dépenses énergétiques : résultats 3-1- Dépense minimale 3-2- Dépenses supplémentaires 3-2-1 Le travail musculaire 3-2-2 La thermorégulation 3-2-3 L assimilation des aliments 3-2-4 La croissance 26
FIN 27