Chapitre 2 :

 

La Fonction Digestive.

 

 

 

La fonction digestive fait parti d’un ensemble de quatre fonctions de nutrition : respiration, digestion, excrétion et circulation.

D’autres fonctions sont par exemple : la locomotion, la marche, le travail, la stature, la posture, l’aguets, l’affût, etc…

 

 

I\ Introduction, généralités.

 

A\ Présentation de la fonction digestive.

 

Le tube digestif peut être séparé en différents segments (parties) :

-          partie sus diaphragme : de la bouche à l’œsophage ;

-          partie sous diaphragme : estomac, intestin grêle, gros intestin (ou colon), mais aussi pancréas et foie.

 

Les aspects de la digestion sont vastes :

-          les besoins (adultes, au repos, …)

-          la prise alimentaire

-          digestion des aliments

-          absorption des nutriments

-          métabolisme (devenir des nutriments dans l’organisme).

 

B\ Quelques rappels.

 

On distingue classiquement :

1_ Le besoin d’énergie ou de calories, et sont concernés les glucides et les lipides (composés ternaires C-O-H). Ils servent à l’oxydation cellulaire. Ils vont aussi permettre les contractions musculaires, la régulation thermique, le transport actif, la réduction de synthèse ou l’anabolisme.

2_ Le besoin de matière ou besoin plastique : glucides, lipides, protides (pour l’azote). Ces produits servent à « l’entretien », au renouvellement cellulaire, à l’énergie et à la synthèse de nombreuses hormones, à la croissance, à la gestation, à la lactation, aux exercices.

 

L’énergie chimique des nutriments est convertie en ATP avec un rendement d’environ 25%.

Les valeurs à connaître :

·                      Calorie (cal) : quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d’un gramme d’eau de 14,5°C à 15,5°C. En nutrition, on parle de Kcal. Kcal = Cal.

·                      Joule (J) : unité d’énergie mécanique. 1Cal = 4,184 J (ou 4,18J) ó 1J = 0,239 Cal

 

C\ Mesure des dépenses énergétiques.

 

1\ La calorimétrie directe.

 

La calorimétrie mesure l’énergie thermique perdue par un sujet placé dans une enceinte close, isolée de l’extérieure.

 

2\ La calorimétrie indirecte ou thermochimie.

 

La thermochimie évalue l’énergie chimique des nutriments ou l’énergie théoriquement libérable par l’oxydation de substrats alimentaires en présence d’oxygène.

 

a\ La thermochimie alimentaire.

 

On utilise une bombe calorimétrique et on détermine ainsi la chaleur de combustion métabolique. Il faut tout de même corriger les valeurs obtenues ; par exemple, pour une protéine qui ne s’est pas complètement oxydée, il reste de l’urée qui renferme une énergie potentielle.

Il faut également tenir compte du rendement du tube digestif, mesuré par le coefficient d’utilisation digestive (CUD).

 

 

 

b\ Thermochimie respiratoire.

 

Principe : L’organisme tire son énergie de l’oxydation des nutriments et la quantité d’énergie libérée dépend donc du volume d’O₂ utilisé.

Les méthodes de thermochimie respiratoire mesure la dépense énergétique d’un sujet à partir de sa consommation d’O₂.

 

c\ Coefficient thermique de l’O₂ : K_x.

 

Le coefficient thermique de l’O₂ est la quantité d’énergie libérée par litre d’O₂ consommé à partir de l’équation suivante : métabolites + O₂ à CO₂ + H₂O + Energie.

Energie = K_x * VO₂

K_x varie selon les nutriments et l’on choisit un K_x moyen qui environ 5 Kcal/Litre d’O₂ (soit 20KJ/L d’O₂).

Comme le coefficient thermique de l’O₂ dépend du substrat transformé, il faut préciser la nature de celui-ci grâce au quotient respiratoire.

 

d\ Coefficient respiratoire (QR).

 

QR = VCO_2(expiré)/VO_2(consommé)  unité : Litre par unité de temps.

On détermine ce QR à partir d’une équation générale de l’oxydation des nutriments : QR_glucides = 1 ; QG_protéines = 0.83 ; QR_Lipides = 0.70.

 

3\ Evaluation du besoin énergétique.

 

a\ Définition du besoin énergétique.

 

« Besoins énergétiques d’un individu correspondant à la valeur de l’apport énergétique alimentaire qui équilibre la dépense d’énergie chez un sujet dont la corpulence, la composition de la masse corporelle et le degré d’activité physique sont compatibles avec le maintien durable d’une bonne santé et permettent l’exercice de l’activité physique nécessaire. » (OMS, 1986).

« Chez l’enfant et la femme enceinte ou allaitante, les besoins énergétiques inclus les besoins associés à la croissance tissulaire ou à la sécrétion lactée à un rythme comparable avec une bonne santé ».

 

Les apports énergétiques alimentaires correspondant à une moyenne des apports « habituels » assurés durant une durée déterminée, modérée et non aux apports effectifs d’une journée.

 

D’une façon conventionnelle, les apports sont exprimés sous forme d’apports journaliers.

 

A partir des besoins énergétiques d’une personne (homme de 60 à 70kg ou femme de 50 à 60kg) de référence, on procède à des corrections en prenant en compte, la taille, le poids, certaines modifications physiologiques (grossesse, allaitement, vieillissement) et les facteurs environnementaux (comme l’activité physique et le climat) pour déterminer les besoins de chaque sujet.

 

b\ Détermination du poids idéal en fonction de la taille.

 

Pour trouver le poids correspondant à la taille, il existe différentes formules.

·                      Indice de la masse corporelle (IMC) ou Indice de Quételet ou BMI en anglais (pour l’OMS).

IMC = P (en kg)/T² (taille en cm)

Ce rapport est de 22 pour un homme et de 20,8 pour une femme.

Pour un homme de 1m70, le poids idéal est de 63,6kg.

Pour une femme de 1m60, le poids idéal est de 51,7kg.

Un indice de 30 pour un homme et de 28,6 pour une femme sont des révélateurs d’obésité.

 

·                      La formule de Lorens, pour l’homme.

P = T-100 – [(T-150)/4] ; T est en centimètre et P en kg.

Pour 1m70, le poids idéal est de 65kg.

·                      La formule de Lorens pour la femme.

P = T – 100 – [(T-150]/2,5] ; T est en centimètre et P en kg.

Pour 1m60, le poids idéal est de 56kg

 

La formule de Lorens permet un intervalle de +/- 10% mais si cet intervalle atteint 20%, on se trouve dans un cas d’anormalité.

Ces estimations de poids se font en tenant compte du squelette.

 

c\ Composantes du besoin énergétique.

 

Le besoin énergétique est la résultante d’un ensemble de dépenses :

-          liées au métabolisme de base (pour les femmes enceintes et allaitantes, les besoins de production sont inclus dans ce métabolisme ; même chose pour la croissance d’un enfant) ;

-          liées au travail digestif et à l’utilisation des nutriments par l’organisme ;

-          liées à la thermorégulation ;

-          liées au travail musculaire.

 

α\ Le métabolisme de base.

 

Ce métabolisme est dépense énergétique mesurée dans des conditions standards et qui exprime les dépenses nécessaires de la vie d’un sujet au repos, à la neutralité thermique (entre 20° et 25°C), mesurée par thermochimie respiratoire (repos, couché, au calme, à jeun depuis 14h et à sa neutralité thermique).

On réalise la mesure toujours à la même heure (environ 10h) pour éviter l’impact circadien sur la dépense énergétique de repos pendant les 24 heures.

 

Le métabolisme de base est proche du métabolisme lors du sommeil (le pouls est plus faible pendant le sommeil). On observe :

-          diminution du tonus musculaire,

-          relâchement des muscles lisses,

-          diminution des fonctions de l’organisme.

Ces méthodes sont utilisées pour déterminer le disfonctionnement de la thyroïde.

 

Pour des sujets de même âge, de même sexe, le poids corporel est le facteur essentiel du métabolisme de base.

Pour un homme adulte de 70kg, avec une activité légère, on trouve une valeur de 70kcal/h.

Pour une femme adulte de 55kg, avec une activité légère, on trouve une valeur de 55kcal/h.

 

Les facteurs de variation du métabolisme de base : le poids, la taille, le sexe, l’âge (il y a évolution de 5% par an de 3 à 10 ans ; diminution de 2% par décennie après 20 ans), l’état physiologie.

Le métabolisme de basse augmente de 20% en fin de grossesse. Celui-ci varie avec les conditions de l’environnement : la pratique régulière d’un exercice physique important provoque son accroissement. Une température élevée va faire diminuer ce métabolisme alors qu’une température basse le fait remonter.

Certaines « conditions de vie » provoquent des changements : le caféisme et le tabagisme accroissent le métabolisme de base.

Un homme d’un mètre 70 et de 65kg a un métabolisme de base de 110kJ/kg/jr (26,3kcal).

Une femme d’un mètre 60 et de 55kg a un métabolisme de base de 100kJ/kg/jr (23,9kcal).

 

β\ Dépenses liées au travail digestif.

 

Il y a augmentation du métabolisme de base. La méthode de détermination consiste chez des sujets vivants, placés dans les conditions standard de mesure du métabolisme de base et recevant un repas de composition définie, on mesure la dépense supplémentaire au métabolisme de base et on la compare à l’énergie ingérée.

La dépense d’énergie liée à la prise alimentaire se décompose en deux facteurs :

-          les dépenses liées au travail du tube digestif (commune à tous les nutriments) qui constituent une faible d’accroissement de la dépense (3% de l’apport énergétique ingéré).

-          Les dépenses spécifiques liées à l’utilisation cellulaire de chaque catégorie de nutriments, aussi appelé : Action Dynamique Spécifique des nutriments (ADS). ADS = 0 pour les glucides, 7% pour les lipides et entre 25 et 30% pour les protides.

L’ingestion de 100kJ (5,88g de protéine) entraîne l’apparition de 130kJ dans l’organisme et 107 kJ quand le nutriment est un lipidique.

 

L’ADS est aussi appelé « Extra Chaleur Post Prandiale », soit ECPP (perte de chaleur après la prise alimentaire).

Quand on crée un apport énergétique au niveau du métabolisme de base, l’accroissement de la dépense énergétique lors de la prise alimentaire est d’environ 10% du métabolisme de base. Chez un sujet dans des conditions standards, sans activité physique, à 25°C, pour maintenir l’équilibre de l’état physiologie, il faut des apports énergétiques supérieurs de 10% au métabolisme de base.

 

γ\ Dépenses liées à la thermorégulation.

 

Homéothermie : la température centrale du corps (80%) doit être maintenue dans des limites étroites malgré les variations de la température ambiante è nécessité » d’un système de régulation (pour le froid ou le chaud).  

Il existe chez l’Homme une température dite « de neutralité thermique », ou « température de confort »qui correspond aux conditions de mesure du métabolisme de base (20 à 25°C). C’est la température qui chez un sujet n’entraîne aucune dépense énergétique engagée dans la lutte contre le chaud ou le froid.

 

 

Dans le maintien de l’homéothermie, on trouve un rôle essentiel du sang.

·                      Thermogenèse :

C’est la lutte contre le froid, une lutte sans protection.

Il va y avoir mise en place des frissons thermiques (contractions musculaires sans mouvement) qui dégagent de la chaleur et mettent en œuvre un métabolisme de sommet, 2 à 5 fois supérieur au métabolisme de base.

 

·                      Thermolyse :

Il y a mise en jeu du système vasculaire par vasodilatation ; il y a évacuation thermique par la peau et/ou par l’eau (visible ou non). Dans les conditions du métabolisme de base, la perte journalière d’eau est de 0,7 à 0,8 litre, en distinguant environ 2/3 perdus par les poumons et 1/32 par la peau.

Si la température augmente, il va y avoir des pertes d’eau visibles par le mécanisme de sudation. La sueur d’une journée peut représenter jusqu’à 10 litres.

La thermolyse est efficace car la perte de chaleur d’un gramme d’eau vaporisée, élimine 2,45kJ.

 

Si les conditions de chaud ou de froid sont trop fortes, l’organisme s’épuise rapidement.

On admet actuellement que l’Homme est moins armé pour lutter contre le chaud que contre le froid.

 

δ\ Dépenses liées au travail musculaire.

 

La contraction musculaire est essentielle. Le rendement de mécanique de celle-ci n’est que de 20% : 75% de l’énergie est dépensée sous forme de chaleur. Ces efforts musculaires sont relativement difficiles par de fortes températures car il y a augmentation de la quantité supplémentaire de chaleur à éliminer.

Les dépenses liées au travail musculaire sont d’origines diverses : professionnelles, ludiques, sociales.

 

Le poids du sujet est un facteur essentiel de la dépense énergétique liée à l’activité physique.

 

ε\ Les bésoins énergétiques.

 

1\ Chez l’adulte.

 

Chez l’homme adulte moyen, les besoins énergétiques sont d’environ 2600kcal/jour, et chez la femme, ils sont de 2000kcal/jour.

Pour un homme, un travail physique pénible va faire monter les besoins énergétiques jusqu’à 3500kcal/jour.

 

Apports énergétiques conseillés par le CNERNA (1992)

Chez l’homme, activité physique réduite à 2100 kcal

Chez l’homme, activité physique moyenne à 2700kcal

Chez l’homme, activité physique forte à 3000 kcal

Chez la femme, activité physique réduite à 1800 kcal

Chez la femme, activité physique moyenne à 2000kcal

Chez la femme, activité physique forte à 2200 kcal

 

2\ Evolution des besoins énergétiques lors du vieillissement.

 

Avec l’âge, ces besoins vont diminuer :

-          Changement du poids corporel et de la composition de l’organisme (diminution de la masse musculaire et accroissement de la masse grasse).

-          Diminution de l’activité physique : incidence des maladies ou des infirmités qui font régresser l’activité physique.

L’apport énergétique total doit subir une diminution en fonction de l’âge.

 

 

3\ Au cours de la grossesse.

 

Au cours de la grossesse, le métabolisme de base s’élève. De façon moyenne, le gain de poids est d’environ 12,5kg et les besoins supplémentaires sont de l’ordre de 400kJ/jour durant le second trimestre et entre 900 et 1000kj/jour pendant le troisième trimestre, soit 633 en moyenne.

 

4\ Au cours de l’allaitement.

 

Les apports énergétiques supplémentaires sont d’environ 2100kJ/jour.

 

5\ Chez les enfants (croissance).

 

Chez les enfants en croissance, on va distinguer deux facteurs : la valeur énergétique des tissus formés et le coût énergétique des biosynthèses.

On trouve une augmentation de 23kJ/gramme pour le coût énergétique de la croissance d’un nourrisson. Chez le jeune enfant, cette valeur est de 21kJ/gramme.

 

6\ Rations équilibrées.

 

L’arachide et les olives ont des acides gras saturés alors que le maïs, le tournesol ont des acides gras insaturés.

Pour les aliments, il faut regarder la qualité organoleptique.

 

  

II\ Glucides et digestion.

 

A\ Les sources.

 

Les glucides sont présents dans les aliments sous deux formes : les sucres de goût sucré (sucre simple comme le glucose, le fructose et le galactose ; ou sucre double comme le lactose, le saccharose et le maltose) et les sucres sans goût sucré (exemple : amidon).

 

Classiquement, les aliments sont divisés en 6 groupes :

1_groupe bleu : lait et dérivés.

2_groupe rouge : viandes, poissons, œufs (richesse en protéines).

3_groupe jaune : les corps gras

4_groupe marron : céréales et dérivés mais aussi les produits sucrés (les cuirités).

5_groupe vert : fruits et légumes.

6_groupe violet : les boissons.

 

1\ Groupe 1, lait et dérivés.

 

On trouve du lactose (glucose + galactose). Le taux est faible mais existe. L’aspect nutritionnel est intéressant car le lactose facilite l’absorption de Calcium, l’implantation de la flore lactique dans le tube digestif.

Les bactéries lactiques servent à la fabrication des produits laitiers.

Il existe parfois une intolérance au lactose s’il y a déficience en lactase intestinale.

 

2\ Groupe 2, viandes, poissons et œufs.

 

Les viandes rouges comptent 0,5% de glycogène (en poids frais ou parties comestibles).

Les huîtres contiennent 6% de glucides qui évoluent en glycogène au moment de la reproduction. Les moules contiennent 2% de glucides.

 

3\ Groupe 3, corps gras.

 

Le beurre contient 0,6% de glucides et la crème 4%.

 

4\ Groupe 4, céréales et dérivés – produits sucrés.

 

Le blé (en grains) montre 68% de glucides, avec 2% de sucres simples ; 64% d’amidon et 2% de cellulose.

Le riz présente 70% de glucides avec essentiellement de l’amidon et 1% de sucres simples.

Le maïs contient également 70% de glucides avec 2% de cellulose.

 

Le sucre pur comme le sucre de canne, et la betterave à sucre contiennent 100% de glucides.

Le miel contient 70% de glucose + fructose et 6% de saccharose.

On trouve ensuite les produits de confiserie, le chocolat (poudre de cacao 40% de glucides, chocolat à croquer 64% de glucides), les confitures 60% et les glaces entre 20 et 25% de glucides.

 

5\ Groupe 5, Plantes potagères (ou « légumes ») et Fruits.

 

Les plantes potagères (en lieu et place des « légumes ») comprennent :

-          les « légumes » (en général 7% sauf la tomate 4%)

-          les tubercules : pomme de terre 19% ; topinambour 17% ; manioc 37%

-          les graines de légumineuses (vrais légumes) : haricots, lentilles, pois, fèves : 55 à 65% avec essentiellement de l’amidon

-          les champignons : 4%

 

Les fruits :

-          les fruits frais aqueux : 5 à 10%

-          les oléagineux (olive, noix de coco, avocat) : environ 10%

-          les graines d’oléagineux (noix, noisettes, amandes) : 17% dont 3% de cellulose

-          les fruits amylacés (riches en amidon, comme les châtaignes) : 40%

-          les fruits secs : 70%

-          les fruits exotiques : bananes 20% ; ananas 12% ; dattes 73%

 

6\ Groupe 6, les boissons.

 

Pour les boissons à base de fruits, on trouve 10 à 15% de glucides.

 

B\ Les besoins et apports en glucides.

 

Les sucres devraient représenter au moins 40% de l’AET (Apport Energétique Total).

L’amidon devrait couvrir 2/3 des besoins et les oses et diholosides 1/3.

Les besoins sont de 5 g/kg/jour.

 

C\ La digestion des glucides.

 

1\ La bouche.

 

La salive, avec α-amylase (salivaire) (aussi appelée ptyaline) dont le pH optimum est de 6,5 est une enzyme activée par les ions Cl^-.

L’action de cette enzyme est limitée à cause du court temps buccal. Elle devient inactive quand le pH passe en dessous de 4 (elle garde toutefois une certaine action dans l’estomac).

De nombreuses espèces animales n’ont pas d’amylase salivaire.

 

2\ L’estomac.

 

En plus de la continuité de l’action relative de la ptyaline, il y a l’action chimique de l’HCl (acide chlorhydrique). Le suc gastrique pur a un pH de 1.

 

3\ L’intestin grêle.

 

α\ Action prépondérante de l’α-amylase pancréatique.

 

L’action de cette enzyme est similaire à celle de l’α-amylase salivaire, avec des coupures de l’amidon et du glycogène. On obtient des éléments maltoses, maltotrioses, soit, des oligosaccharides ramifiés en 1-6 et non ramifiés plus un peu de glucose.

 

β\ Le suc intestinal.

 

Ce suc est sécrété par les glandes de Brunner et de Lieberkühn.

On trouve des oligosaccharidases et des disaccharidases spécifiques ; par exemple, la maltase qui agit à pH compris entre 5,4 et 6 et une lactase qui agit de 5,6 à 6. On peut aussi citer une saccharase dont le pH optimum est compris entre 5,8 et 6,2.

Ces hydrolases restent attachées à la bordure en brosse des entérocytes.

Il existe un complexe saccharase/Isomaltase qui hydrolyse le saccharose et la liaison α1à6 des dextrines. La saccharase a aussi le nom d’invertase car le saccharose est dit « sucre inverti » ou bien encore de sucrase (saccharose se dit sucrose en anglais).

 

D\ Absorption des glucides.

 

1\ Le glucose.

 

L’absorption du glucose est complexe et a surtout lieu dans le jéjunum (la partie haute de l’intestin grêle). L’absorption se fait par un transport actif secondaire : cotransport (ou symport) avec Na⁺ au pole apical de l’entérocyte. La concentration en glucose de l’entérocyte est supérieure à celle de l’intestin grêle.  Cette absorption nécessite donc de l’énergie. L’énergie utilisée est associée au gradient de sodium assuré par les pompes Na/K ‘sur les faces baso-latérales). è On obtient alors un gradient électrochimique de sodium entre la lumière intestinale et l’intérieur des entérocytes qui va dans le sens de l’entrée du sodium dans l’entérocyte.

 

 

Il y a entrée du glucose et du sodium au pôle apical de l’entérocyte. Le glucose passe dans le sang au pôle basal par diffusion facilitée.

Le glucose est le nutriment glucidique principal (≈80%).

Le transport du glucose est actif, pour preuve, celui-ci est inhibé lorsque l’on ajoute de la ouabaïne (glucoside caryotonique qui inhibe les pompes à sodium).

 

2\ Le galactose.

 

On trouve le même système que pour le glucose mais le galactose est présent en moindre quantité.

Toutefois, le galactose est un inhibiteur compétitif du transport de glucose dans l’intestin grêle.

 

3\ Le fructose.

 

Le fructose est absorbé par diffusion facilitée selon un gradient de concentration via un système indépendant du Na.

L’absorption de ce composé est lente par rapport à celle du glucose ou celle du galactose.

 

L’hydrolyse des polysaccharides est rapide, en effet, on observe que les mécanismes d’absorption du glucose et du fructose sont rapidement saturés.

On trouve une exception à ceci, l’hydrolyse du lactose qui a une vitesse deux fois moindre à celle du saccharose.

 

E\ Annexes.

Les fibres alimentaires.

 

a\ Définition.

 

Les fibres sont des polymères végétaux qui présentent dans leurs parois de la cellulose et des pectines végétales.

Les fruits et légumes sont surtout riches en cellulose et pectine. Le son contient de la cellulose, de l’hémicellulose, de la lignine et de l’acide phytique.

  

b\ Intérêt des fibres dans l’alimentation.

 

Les fibres ont un fort pouvoir de rétention d’eau et des substances hydrosolubles (glucides, minéraux, oligo-éléments) : elles jouent le rôle d’éponges. On peut trouver quelques fibres qui sont lipophiles.

Le son retient 8 fois son poids d’eau.

Les fibres de légumes et de fruits retiennent jusqu’à 10 fois leur poids d’eau, et les gommes arrivent jusqu’à 20 fois.

 

Cette capacité de rétention entraîne une augmentation du volume du bol alimentaire qui devient alors un lest ou un ballast, ce qui stimule alors la motricité (ou tonus) intestinale.

 

Remarque :

Les sucs intestinaux, la flore intestinale et les entérocytes desquamés forment les matières fécales minimales (liquides). Les fibres ont un rôle de tampon qui protège les muqueuses de l’action trop forte des sucs.

 

c\ Digestibilité des fibres.

 

On trouve un premier groupe de fibres indigestibles : lignine, mucilage, alginate. Des complexes vont ainsi se former (comme avec le son) et échapper ainsi à l’action enzymatique.

Le deuxième groupe de fibres est digestible. On y retrouve la cellulose, l’hémicellulose et les pectines ; ces dernières étant digérées à 90% par les enzymes bactériennes. Cellulose et hémicellulose sont digérées à 50% par les enzymes bactériennes.