Besoins alimentaires

1 Des besoins variés et variables

L'écart entre les besoins de l'individu au repos et ceux des actifs prend de l'importance selon l'intensité des efforts accomplis. Les muscles ont très peu d'énergie de réserve. En cas d'efforts violents, il faut apporter rapidement des quantités supplémentaires d'aliments pour reconstituer les réserves, par exemple, pour un adulte:

-courir 1000 m en 4 minutes demande un apport de 17 grammes de sucre;

-un match de foot de 90 minutes demande 178 grammes de sucre;

-travailler au pilon pendant 10 minutes demande 42 grammes de sucre.

Le sport fait travailler les muscles . Leurs réserves en glycogène sont épuisées au bout de quelques minutes d'effort. Ensuite ils utilisent principalement les acides gras comme source d'énergie (cf Lipides 3, Figure 37) . D'où la recommandation « Bouger pour bien se porter ». L'entraînement sportif développe la capacité des muscles à stocker du glycogène ainsi que le nombre et la taille de leurs mitochondries , qui sont les organites de synthèse des molécules d'ATP , source de l'énergie musculaire.

Le cœur est un muscle dont la particularité est de fonctionner suivant un rythme continu. Ses battements tirent leur énergie principalement des acides gras apportés par le sang; en cas de glycémie élevée, ils peuvent consommer du glucose.

Le cerveau , dont l'activité est permanente y compris pendant les périodes de détente mentale ou de sommeil, ne consomme que du glucose. Il en va de même pour les neurones du système nerveux général . L'hypoglycémie, taux de glucose sanguin insuffisant provoqué par un excès d'insuline, provoque une diminution de l'ATP dans le cerveau, à l'origine du comas des diabétiques. Le cerveau représente environ 2 % du poids du corps, mais sa contribution aux dépenses énergétiques au repos est proche de 20 % de la dépense totale.

D'une façon générale, l'organisme est en perpétuelle adaptation à la variation de ses besoins en oxygène en mettant en œuvre des mécanismes à la fois physiologiques et biochimiques. En cas d' augmentation des besoins il y a :

-au niveau cellulaire, activation d'enzymes favorisant l'utilisation des ressources énergétiques;

-augmentation de la capacité de fixation d'oxygène dans les globules rouges sanguins;

-augmentation du rythme cardiaque et par conséquent du débit sanguin ;

-augmentation du volume et de la fréquence respiratoire .

Globalement sur une courte période, les besoins de l'organismes se répartissent de la manière suivante (cf Nutriments-Apports, Figure 52):

-dépenses au repos 60 à 75 % des dépenses totales,

-activités physiques 15 à 30 % des dépenses totales,

-autres dépenses environ 10 % des dépenses totales .

Pour de longues périodes d'activités, l'évaluation des dépenses restent largement tributaire du coefficient d'activité . La FAO a adopté en 2002 la formule générale (41):

Besoin énergétique en Kcal = [(17,5*Poids en Kg) + 651] *coefficient d'activité.

Exemple: un garçon de 15 ans pesant 60 Kg, actif:

(17,5*60) +651 = 1701

Application d' un coefficient d'activité :

1707*1,6 = 2721 Kcal/jour 11376 Kj/jour

Cas particuliers
1-Dépenses énergétiques d'un enfant dés sa première année et au cours de sa croissance jusqu'à l'adolescence (Figure 53, ci-dessous). Le diagramme de la figure 53 a été réalisé par lissage des valeurs publiées par la FAO (42)(43) . Au-delà de 13 ans les besoins des adolescents rejoignent ceux des adultes , bien que la croissance soit loin d' être terminée. De 1 à 13 ans, le coefficient d'activité croît de 1,4 à 1,7 au-delà de 13 ans les besoins sont déterminés en fonction du métabolisme de base, en prenant en compte le poids acquis et la taille qui passe d'environ 50 cm à la naissance, à 90 cm à 3 ans, pour atteindre 1,60 à 1,80 m à l'âge adulte.
Cela signifie que les fonctions biologiques de l'enfant jusqu'à 3 ans sont très différentes de celles de l'adolescent et du jeune adulte.
2-Dépenses de l'organisme pour les productions biologiques: la croissance, la grossesse, l'allaitement- sont lentes et progressives (Figure 54, ci-dessous).

Figure 53-Besoins énergétiques des enfants et adolescents: en bleu,garçons; en vert,filles

Figure 54-Besoins spécifiques à la maternité:

Figure 54

1 Métabolisme basal MB calculé d'après la formule de la FAO, ci-dessus: Femme de 30 ans, taille 1,60 m, poids 58 Kg . Résultat 1313 Kcal/jour 5489 kj/jour.

2 MB*1,4 coefficient d'activité: travail ménager ordinaire. Résultat : 1838 Kcal/jour 7683 Kj/jour.

3 Grossesse dernier trimestre, appliquer un coefficient de 1,25 au résultat 2 , d'aprés FAO(44). Résultat : 2297 Kcal/jour 9603 Kj/jour.

4 Allaitement, bébé 1 à 6 mois, moyenne 760ml de lait par jour, d'après FAO (44), ajouter 670 Kcal/jour au résultat 2, ce qui fait 2508 Kcal/jour 10483 Kj/jour.

Si les besoins énergétiques de la mère au début de la grossesse sont relativement modérés en raison de la faible taille de l'embryon, il n'en va pas de même en fin de grossesse (Figure 54) et aprés la naissance. En effet au cours de la première année, le nouveau-né voit son poids doublé en 5 mois environ, triplé à 1 an et quadruplé à 2 ans. La croissance corporelle est de 25 g/jour au cours du premier trimestre de la vie. Cette valeur diminue régulièrement. À la fin de la première année, elle n'est plus que de 12 g/jour environ, et elle continue à se stabiliser à 8 g/jour pendant toute la durée de l'enfance puis de l'adolescence.
Les besoins alimentaires du nouveau-né sont souvent fournis par le lait de sa mère (Figure 54), puis le sevrage intervient et progressivement la croissance est totalement à la charge de l'alimentation.

2 Signification des besoins en protéines

La demande basale de l'organisme en acides aminés est le flux d'acides aminés utilisés pour maintenir en l'état la configuration du corps et ses fonctions biologiques. C'est une chaîne de transformations qui, partant d'acides aminés " en vrac " aboutit à l'élaboration de protéines plus ou moins complexes et diversifiées (cf Protéines 2, Figure 43), ainsi qu'à l'excrétion de déchets, principalement l'urée et autres composés azotés de l'urine. Les fèces, la sueur, la chevelure et la peau participent aussi à l'élimination des déchets azotés .
Une mention spéciale concerne l'ammoniac qui est à la fois un déchet résultant de la désamination (cf Protéines 2, Figure 42) et un constituant organique. L'ion NH4+ est particulièrement réactif .Au niveau des tubules rénaux il se recombine avec l'ion carbonate CO3-- pour être réintégré dans le cycle de l'urée. Il n'est présent qu'à l'état de traces dans les urines, lorsqu'elles sont trop acides, pour les neutraliser.

Dans un organisme sain et en bonne santé , il y a égalité entre la demande basique en azote (entrées) et les pertes (sorties). L'azote excédentaire par rapport à l'azote mobilisé dans les tissus est nécessairement éliminé dans les excrétats (Figure 55, ci-dessous).

Le bilan global est directement déterminé par le génotype et par une série de facteurs caractérisant le phénotype: âge, sexe, mensurations, régime alimentaire, état physiologique, stress pathologiques et/ou environnementaux, style de vie, en particulier le niveau d'activité (FAO, 45) .

Figure 55-Modèle global du métabolisme des protéines

3 Apports en acides aminés

Il y a peu d'acides aminés libres dans l'organisme, ils sont récupérés très rapidement dans le foie et amalgamés au pool des acides aminés. Le besoin qualitatif en protéines est en perpétuelle mouvance. De l'embryon au bébé, jusqu'à l'adolescent, puis à l'âge adulte, le pool des acides aminés varie constamment afin de fournir les matériaux nécessaires à la synthèse des protéines et autres substances azotées, dans leur immense diversité: protéines intra et extracellulaires, dont enzymes, ADN, ARN, créatine, hème, etc.

Les différentes fonctions du métabolisme doivent aussi s'adapter aux variations de l'apport d'acides aminés par les aliments, ainsi qu'au ratio entre glucides, lipides et protéines du régime alimentaire. Les micronutriments apportés par les rations, leurs excès ou leurs carences influent aussi le pool des acides aminés.
Le pool des acides aminés est donc un concept réel mais en perpétuel remaniement (Figure 55, ci-dessus). La quasi totalité des acides aminés provenant des aliments est digérée dans l'intestin grêle (La perte d'azote par les matières fécales est très faible, environ 1 gramme par jour, et cet azote ne provient pas des acides aminés) .
L'intestin grêle n'est pas un simple tube de diamètre 3 à 4 cm et de longueur 6 à 8 m ; avec ses replis, ses villosités et micro-villosités, il présente une surface active d'environ 400 m² chez l'adulte. Sa paroi est très fine -0,04 mm- et les substances absorbées parviennent trés rapidement aux capillaires qui les déversent dans la circulation sanguine (flèche orange de la Figure 55 et Figure 56, ci-dessous).

Figure 56-Localisation du métabolisme des acides aminés

Figure 56-Localisation du métabolisme des acides aminés

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Deux acides aminés, l'alanine et la glutamine, sont spécialisés dans le transport des autres acides aminés, grâce au mécanisme de transamination qui consiste à échanger les radicaux R entre acides (cf Protéines 2, Figure 42). Le foie est le seul organe capable d'éliminer les acides aminés inutilisés par désamination oxydative génératrice d'urée éliminée par les reins. Sur la Figure 56, on n'a pas représenté la recomposition des acides gras en graisses par les mitochondries des cellules hépatiques (cf Lipides 3, Figure 37). Les cellules du tissu adipeux ont la propriété de stocker les graisses dans leur vacuole, ou de les retirer de la vacuole pour les renvoyer dans le circuit sanguin en fonction des besoins des autres organes en énergie.

Les excédents d'alanine subissent une trasnformation qui les ramène dans les muscles (flèche noire en trait fin de la Figure 56). Quant à la glutamine excédentaire, elle est directement oxydée en urée dans le foie.

4 Besoins quantifiés en protéines et acides aminés essentiels

On évalue le plus souvent les besoins totaux en protéines en établissant le bilan des entrées et sorties journalières d' azote. Les sorties sont déterminées en dosant l'azote protéique dans les urines, fèces, sueur , pertes de cheveux et desquamations de la peau. Les entrées étant égales aux sorties, on aboutit au résultat de 14 grammes d'azote/jour/Kg de poids corporel (FAO, 45) . Pour un homme adulte de 70 kg cela fait plus d'1 gramme de protéines par jour et par Kilo de poids corporel. Même si la méthode de calcul est rigoureuse, cette estimation reste tributaire du niveau d'activité de la personne et elle doit être revue à la baisse pour tenir compte du faible niveau d'activité du plus grand nombre. Les besoins varient aussi selon les catégories de population (nourissons, enfants, adultes,personnes âgées, femmes enceintes, femmes allaitantes, sportifs ).

Chez l'adulte en bonne santé, le besoin nutritionnel moyen en protéines résultant du bilan azoté est de 0,66 g par Kg de poids corporel et par jour. Compte-tenu d'un coefficient moyen de digestibilité, l'apport conseillé (AFSA, 46) est de 0,83 g/Kg/jour. Selon le niveau d'activité et les conditions physiques des personnes, le besoin en protéines se situe dans la fourchette de 0,83 g/kg/jour et 2,2 g/Kg/j, valeur au-delà de laquelle le régime alimentaire est considéré comme surprotéiné et néfaste pour la santé (ANSES, 47).

En pratique pour le calcul des rations alimentaires familiales, on pourra adopter le barême suivant (46):

-adulte homme ou femme 0.8 g/Kg/j

-personne âgée 1,0 g/Kg/j.

-femme enceinte ou allaitante 1,2 "

-enfant 3 à 10 ans 0,5 g/Kg/j

-enfant 11 à 17 ans 0,6 g/Kg/j

-bébés:l'allaitement maternel assure une régulation naturelle quantitativement et qualitativement jusqu'à 6 mois. Progressivement la ration journalière est renforcée par des bouillies, des purées.

Quel que soit l'âge, le sexe, et les conditions de vie des personnes, la qualité des protéines alimentaires est un gage de bonne santé. Chaque acide aminé a un rôle précis dans l' organisme et il doit être présent dans l'alimentation en quantité suffisante. Il n'y a pas de recommandations particulières sur les acides aminés que l'organisme est capable de synthétiser par le processus de transamination (cf Protéines 2, Figure 42). Il n'en va pas de même pour les acides aminés non synthétisables et dont les apports journaliers par les aliments sont indispensables (Tableau de la Figure 57 ci-dessous). Ils ont été pour cette raison qualifiés d' « essentiels ».

Une autre manière de calculer les rations journalières consiste à déteminer le besoin énergétiques global de la personne à partir de son métabolisme basal (cf Nutriments-Apports énergétiques 2) et à affecter aux protéines un pourcentage de l'apport énergétique journalier: en moyenne 15 % .

Figure 57-Besoins journaliers en acides aminés essentiels

5 Notion de menu équilibré

La Figure 57 c), ci-dessus, aboutit à la notion de portion. Typiquement, un œuf est une portion "naturelle", un grand verre de lait se conçoit aisément, mais quand il s'agit de portions de céréales ou de viande, c'est beaucoup plus compliqué et il faut dans chaque cas particulier trouver des moyens pour les concrétiser d'une manière visible et reproductible.
Les portions sont incontournables dans l'élaboration des menus et les calculs qui s'y rapportent. Dans le tableau de la figure 57, les 3 denrées constituent les points de départ des 3 repas : le matin, un verre de lait, à midi la viande, le soir, un œuf pour le dîner.
On voit au premier coup d'œil que les apports d'acides aminés essentiels ne sont pas équilibrés. Certains sont en excés tandis que d'autres sont en quantités insuffisantes. Pour améliorer la situation, on peut soit augmenter certaines portions, soit faire appel à d'autres aliments. Par exemple, en doublant la portion d'œuf, on comble la plupart des déficits. Cependant l'introduction d'autres aliments dans le menu peut être préférable, comme on le verra à propos des vitamines et des éléments minéraux. Dans le cas de la figure 57, le bilan protéique global est très déficitaire (Figure 58,ci-dessous). Aprés avoir assuré les besoins en acides saminés essentiels, il faut répondre aux besoins en acides aminés totaux, qui correspond sensiblement au besoin protéique global.

En résumé pour élaborer un menu journalier équilibré, il faut appliquer la démarche présentée sur la figure, de a) à c), pour chaque micro-nutriment, pour remonter jusqu'aux constituants de base et à leur valeur énergétique.

Figure 58-Bilan protéique global