Métabolisme énergétique humain

« Le corps humain est une « machine » capable de libérer de l’énergie chimique liée au « carburant » des aliments; ce « carburant » est constitué de glucides, de lipides, de protéines et d’alcool » (OMS).

L’utilisation préférentielle de l’une des sources énumérées présente des caractéristiques différentes en termes d’ampleur des échanges énergétiques et des changements métaboliques associés.

Caractéristiques des différentes sources métaboliques d'approvisionnement en énergie alimentaire

Indicateurs	Glucose	Palmitate	Protéine
Dégagement de chaleur, kcal:
Pour 1 mole oxydée	673	2398	475
Pour 1 g oxydé	3,74	9h30	5.40
Consommation d'oxygène:
Papillon de nuit	66,0	23.0	5.1
L	134	515	114
Production de dioxyde de carbone:
Papillon de nuit	66,0	16.0	4.1
L	134	358	92
Production d'ATP, moles:	36	129	23
Coût des produits ATP:
Enfer	18,7	18.3	20,7
V/d	3,72	3,99	4,96
S/d	3,72	2,77	4,00
Quotient respiratoire	1,00	0,70	0,81
Équivalent énergétique pour 1 litre d'oxygène utilisé	5.02	4,66	4.17

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Étapes de l'échange d'énergie

Bien que la dissimilation et la synthèse des structures protéiques, lipidiques et glucidiques présentent des caractéristiques et des formes spécifiques, il existe un certain nombre d'étapes et de schémas fondamentalement communs dans la transformation de ces différentes substances. Concernant l'énergie libérée au cours du métabolisme, celui-ci doit être divisé en trois étapes principales.

Au cours de la phase I, les grosses molécules de nutriments sont décomposées en molécules plus petites dans le tube digestif. Les glucides forment 3 hexoses (glucose, galactose, fructose), les protéines 20 acides aminés, les lipides (triglycérides) glycérol et acides gras, ainsi que des sucres plus rares (pentoses, etc.). On estime qu'en moyenne, 17,5 tonnes de glucides, 2,5 tonnes de protéines et 1,3 tonne de lipides traversent le corps humain au cours d'une vie. La quantité d'énergie libérée au cours de la phase I est insignifiante et se présente sous forme de chaleur. Ainsi, environ 0,6 % de l'énergie totale est libérée lors de la dégradation des polysaccharides et des protéines, et 0,14 % des lipides, formés lors de leur décomposition complète en produits métaboliques finaux. Par conséquent, l'importance des réactions chimiques de la phase I réside principalement dans la préparation des nutriments à la libération d'énergie.

Au stade II, ces substances subissent une décomposition plus poussée par combustion incomplète. Le résultat de ces processus – une combustion incomplète – semble inattendu. Parmi les 25 à 30 substances, outre le CO2 et l'H2O, seuls trois produits finaux sont formés: l'acide α-cétoglutarique, l'acide oxaloacétique et l'acide acétique sous forme d'acétylcoenzyme A. Quantitativement, l'acétylcoenzyme A prédomine. Au cours de la phase II, environ 30 % de l'énergie contenue dans les nutriments est libérée.

Au stade III, appelé cycle de Krebs de l'acide tricarboxylique, les trois produits finaux de la phase II sont brûlés en dioxyde de carbone et en eau. Ce processus libère 60 à 70 % de l'énergie des nutriments. Le cycle de Krebs est la voie finale générale de la dégradation des glucides, des protéines et des lipides. C'est une sorte de point nodal dans les échanges, où convergent les transformations de diverses structures et où la transition mutuelle des réactions de synthèse est possible.

Contrairement à l'étape I - les étapes d'hydrolyse dans le tractus gastro-intestinal - dans les phases II et III de la décomposition des substances, non seulement de l'énergie est libérée, mais également un type particulier de son accumulation.

Réactions d'échange d'énergie

La conservation de l'énergie est obtenue en convertissant l'énergie issue de la décomposition des aliments en une forme particulière de composés chimiques appelés composés macroergiques. Les vecteurs de cette énergie chimique dans l'organisme sont divers composés du phosphore, dont la liaison du résidu d'acide phosphorique est la liaison macroergique.

La liaison pyrophosphate, avec la structure de l'acide adénosine triphosphate, joue un rôle essentiel dans le métabolisme énergétique. Sous cette forme, 60 à 70 % de l'énergie libérée lors de la dégradation des protéines, des lipides et des glucides est utilisée par l'organisme. L'utilisation de l'énergie (oxydation sous forme d'ATP) revêt une importance biologique majeure, car ce mécanisme permet de distinguer le lieu et le moment de la libération d'énergie de sa consommation réelle lors du fonctionnement des organes. Il a été calculé qu'en 24 heures, la quantité d'ATP formée et dégradée dans l'organisme est approximativement égale au poids corporel. La conversion de l'ATP en ADP libère 41,84 à 50,2 kJ, soit 10 à 12 kcal.

L'énergie générée par le métabolisme est dépensée pour le métabolisme de base, c'est-à-dire pour le maintien de la vie au repos complet à une température ambiante de 20 °C, pour la croissance (métabolisme plastique), le travail musculaire et pour la digestion et l'assimilation des aliments (action dynamique spécifique des aliments). On observe des différences dans la dépense énergétique générée par le métabolisme chez l'adulte et l'enfant.

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BX

Chez l'enfant, comme chez tous les mammifères nés immatures, il y a une augmentation initiale du métabolisme de base vers 1 an et demi, qui continue ensuite à augmenter régulièrement en termes absolus et diminue tout aussi régulièrement par unité de masse corporelle.

Des méthodes de calcul sont souvent utilisées pour calculer le métabolisme de base. Les formules sont généralement orientées vers des indicateurs de taille ou de poids corporel.

Calcul du métabolisme de base en fonction du poids corporel (kcal/jour). Recommandations FAO/OMS

Âge	Garçons	Filles
0-2 ans	60,9 R-54	61 R - 51
3-9 ans	22,7 R + 495	22,5 R + 499
10-17 »	17,5 R +651	12,2 R +746
17-30»	15,3 R +679	14,7 R + 496

L'énergie totale reçue avec l'alimentation est distribuée pour assurer le métabolisme de base, l'action dynamique spécifique des aliments, la perte de chaleur associée à l'excrétion, l'activité physique (motrice) et la croissance. Dans la structure de la distribution de l'énergie, c'est-à-dire le métabolisme énergétique, on distingue:

• Énergie reçue (de la nourriture) = Énergie déposée + Énergie utilisée.
• Énergie absorbée = Énergie reçue - Énergie excrétée avec les excréments.
• Énergie métabolisée = Énergie reçue - Énergie d'entretien (vie) et d'activité, ou « coûts de base ».
• L'énergie des principaux coûts est égale à la somme:
  • taux métabolique de base;
  • thermorégulation;
  • effet de réchauffement des aliments (WEF);
  • coûts d'activité;
  • coûts de synthèse de nouveaux tissus.
• L'énergie de dépôt correspond à l'énergie dépensée pour le dépôt des protéines et des lipides. Le glycogène n'est pas pris en compte, car son dépôt (1 %) est négligeable.
• Énergie déposée = Énergie métabolisée - Énergie de dépense de base.
• Coût énergétique de la croissance = Énergie de synthèse de nouveaux tissus + Énergie déposée dans les nouveaux tissus.

Les principales différences liées à l’âge résident dans le rapport entre les coûts de la croissance et, dans une moindre mesure, de l’activité.

Caractéristiques de la répartition de la dépense énergétique quotidienne (kcal/kg) liées à l'âge

Âge	BX	SDDP	Pertes par excrétion	Activité	Hauteur	Total
Prématuré	60	7	20	15	50	152
8 semaines	55	7	11	17	20	110
10 mois	55	7	11	17	20	110
4 ans	40	6	8	25	8-10	87-89
14 ans	35	6	6	20	14	81
Adulte	25	6	6	10	0	47

Comme vous pouvez le constater, les coûts de croissance sont très importants chez un nouveau-né de faible poids et durant sa première année de vie. Naturellement, ils sont tout simplement absents chez l'adulte. L'activité physique engendre une dépense énergétique importante, même chez le nouveau-né et le nourrisson, où elle se manifeste par la succion, l'agitation, les pleurs et les cris.

Lorsqu'un enfant est agité, sa dépense énergétique augmente de 20 à 60 %, et lorsqu'il crie, de 2 à 3 fois. Les maladies ont leurs propres besoins en matière de dépense énergétique. Celle-ci augmente particulièrement avec l'augmentation de la température corporelle (pour une augmentation de 1 °C, le métabolisme augmente de 10 à 16 %).

Contrairement aux adultes, les enfants dépensent beaucoup d'énergie pour leur croissance (métabolisme plastique). Il est désormais établi que pour accumuler 1 g de masse corporelle, c'est-à-dire de nouveaux tissus, il faut dépenser environ 29,3 kJ, soit 7 kcal. L'estimation suivante est plus précise:

• « Coût » énergétique de la croissance = Énergie de synthèse + Énergie de dépôt dans les nouveaux tissus.

Chez un bébé prématuré de faible poids, l'énergie de synthèse est de 1,3 à 5 kJ (0,3 à 1,2 kcal) par gramme de poids corporel ajouté. Chez un bébé né à terme, elle est de 1,3 kJ (0,3 kcal) par gramme de poids corporel supplémentaire.

Coût énergétique total de la croissance:

• jusqu'à 1 an = 21 kJ (5 kcal) pour 1 g de nouveau tissu,
• après 1 an = 36,5-50,4 kJ (8,7-12 kcal) pour 1 g de nouveau tissu, soit environ 1 % de l'énergie totale du contenu nutritionnel.

L'intensité de la croissance des enfants variant selon les périodes, la part du métabolisme plastique dans la dépense énergétique totale varie. La croissance la plus intense se situe pendant la période de développement intra-utérin, lorsque la masse de l'embryon humain augmente de 1 milliard 20 millions de fois (1,02 x 109). Le taux de croissance reste assez élevé durant les premiers mois de vie, comme en témoigne une augmentation significative du poids corporel. Ainsi, chez les enfants des trois premiers mois, la part du métabolisme plastique dans la dépense énergétique est de 46 %, puis diminue la première année. À partir de quatre ans, et surtout pendant la période prépubère, on observe une augmentation de l'intensité de la croissance, qui se reflète à nouveau dans l'augmentation du métabolisme plastique. En moyenne, 12 % des besoins énergétiques sont consacrés à la croissance chez les enfants âgés de 6 à 12 ans.

Coûts de l'énergie pour la croissance

Âge	Poids corporel, kg	Prise de poids, g/jour	Valeur énergétique , kcal/jour	Valeur énergétique, kcal/(kg-jour)	En pourcentage du taux métabolique de base
1 mois	3.9	30	146	37	71
3 »	5.8	28	136	23	41
6 »	8.0	20	126	16	28
1 an	10.4	10	63	6	11
5 ans	17,6	5	32	2	4
14 ans, filles	47,5	18	113	2	8
16 ans, garçons	54,0	18	113	2	7

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Consommation d'énergie pour les pertes difficiles à comptabiliser

Les pertes difficiles à expliquer comprennent les pertes de graisse, de sucs digestifs et de sécrétions produites par la paroi du tube digestif et les glandes, avec les selles, l'exfoliation des cellules épithéliales, la chute des cellules de couverture de la peau, des cheveux, des ongles, la transpiration et, à la puberté chez les filles, avec le sang menstruel. Malheureusement, ce problème chez les enfants a été peu étudié. On estime que chez les enfants de plus d'un an, il représente environ 8 % de la dépense énergétique.

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Dépense énergétique liée à l'activité et au maintien de la température corporelle

La part de la dépense énergétique consacrée à l'activité et au maintien de la température corporelle varie avec l'âge de l'enfant (après 5 ans, elle est incluse dans le concept de travail musculaire). Au cours des 30 premières minutes suivant la naissance, la température corporelle d'un nouveau-né diminue de près de 2 °C, ce qui entraîne une dépense énergétique importante. Chez les jeunes enfants, le corps est contraint de dépenser 200,8 à 418,4 kJ/(kg • jour), soit 48 à 100 kcal/(kg • jour) pour maintenir une température corporelle constante à une température ambiante inférieure à la température critique (28...32 °C) et pour l'activité. Par conséquent, avec l'âge, la dépense énergétique absolue pour maintenir une température corporelle constante et l'activité augmente.

Cependant, la part de la dépense énergétique consacrée au maintien d'une température corporelle constante chez les enfants de moins d'un an diminue avec la taille de l'enfant. Ensuite, la dépense énergétique diminue à nouveau, car la surface corporelle par kg de poids corporel diminue également. Parallèlement, la dépense énergétique liée à l'activité (travail musculaire) augmente chez les enfants de plus d'un an, lorsqu'ils commencent à marcher, à courir, à pratiquer une activité physique ou sportive de manière autonome.

Coût énergétique de l'activité physique

Type de mouvement	Cal/min
Faire du vélo à basse vitesse	4,5
Faire du vélo à vitesse moyenne	7.0
Faire du vélo à grande vitesse	11.1
Dansant	3.3-7.7
Football	8,9
Exercices de gymnastique sur agrès	3,5
Course de sprint	13,3-16,8
Course de fond	10.6
Patinage sur glace	11,5
Ski de fond à vitesse modérée	10,8-15,9
Ski de fond à vitesse maximale	18,6
Natation	11,0-14,0

Chez les enfants âgés de 6 à 12 ans, la part de l’énergie consacrée à l’activité physique représente environ 25 % des besoins énergétiques, et chez les adultes, 1/3.

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Action dynamique spécifique des aliments

L'effet dynamique spécifique de l'alimentation varie selon la nature du régime alimentaire. Il est plus prononcé avec les aliments riches en protéines, moins avec les lipides et les glucides. Chez les enfants de deux ans, l'effet dynamique spécifique de l'alimentation est de 7 à 8 %, et de plus de 5 % chez les enfants plus âgés.

Coûts de mise en œuvre et gestion du stress

Il s'agit d'une évolution naturelle des activités et des dépenses énergétiques de la vie quotidienne. L'adaptation à la vie quotidienne et sociale, l'éducation et le sport, la formation des relations interpersonnelles… tout cela peut s'accompagner de stress et d'une dépense énergétique supplémentaire. En moyenne, cela représente 10 % de plus que la ration énergétique quotidienne. Parallèlement, en cas de maladies ou de blessures aiguës et graves, le niveau de dépense énergétique peut augmenter considérablement, ce qui doit être pris en compte dans le calcul de la ration alimentaire.

Les données sur l’augmentation des besoins énergétiques pendant le stress sont présentées ci-dessous.

États	Évolution des besoins énergétiques
Brûlures en fonction du pourcentage de surface corporelle brûlée	+ 30...70%
Blessures multiples avec ventilation mécanique	+ 20...30%
Infections graves et traumatismes multiples	+ 10...20%
Période postopératoire, infections légères, fractures osseuses	0... + 10%

Un déséquilibre énergétique persistant (excès ou déficit) entraîne des variations du poids et de la taille, quel que soit l'âge biologique et le développement. Même un déficit énergétique modéré (4 à 5 %) peut entraîner un retard de développement chez l'enfant. Par conséquent, l'apport énergétique alimentaire devient l'une des conditions essentielles à une croissance et un développement adéquats. Le calcul de cet apport doit être effectué régulièrement. Pour la plupart des enfants, les recommandations relatives à l'apport énergétique total de l'alimentation quotidienne peuvent servir de référence pour l'analyse; pour certains enfants présentant des problèmes de santé ou des conditions de vie particuliers, un calcul individuel est nécessaire, basé sur la somme de tous les composants énergétiques consommés. Les méthodes suivantes de calcul de la dépense énergétique peuvent servir d'exemple d'utilisation de normes générales d'apport énergétique selon l'âge et de possibilité de correction individuelle de ces normes.

Méthode de calcul pour déterminer le métabolisme de base

Jusqu'à 3 ans	3 à 10 ans	10-18 ans
Garçons
X = 0,249 kg - 0,127	X = 0,095 kg + 2,110	X = 0,074 kg + 2,754
Filles
X = 0,244 kg - 0,130	X = 0,085 kg + 2,033	X = 0,056 kg + 2,898

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Dépenses supplémentaires

Indemnisation des dommages - le métabolisme de base est multiplié: pour une intervention chirurgicale mineure - par 1,2; pour un traumatisme squelettique - par 1,35; pour une septicémie - par 1,6; pour des brûlures - par 2,1.

Action dynamique spécifique des aliments: + 10 % du métabolisme de base.

Activité physique: alité + 10 % du métabolisme de base; assis sur une chaise + 20 % du métabolisme de base; patient confiné dans un service hospitalier + 30 % du métabolisme de base.

Coûts de la fièvre: pour chaque 1°C d'augmentation quotidienne moyenne de la température corporelle +10-12% du métabolisme de base.

Prise de poids: jusqu'à 1 kg/semaine + 1260 kJ (300 kcal) par jour.

Il est admis d'établir des normes d'approvisionnement énergétique adaptées à l'âge de la population. De nombreux pays disposent de telles normes. Toutes les rations alimentaires des groupes organisés sont élaborées sur cette base. Les rations alimentaires individuelles sont également vérifiées par rapport à ces normes.

Recommandations pour la valeur énergétique des aliments destinés aux enfants en bas âge et jusqu'à 11 ans

	0-2 mois	3 à 5 mois	6-11 mois	1 à 3 ans	3-7 ans	7-10 ans
Énergie, totale, kcal	-	-	-	1540	1970	2300
Énergie, kcal/kg	115	115	110	-	-	-

Recommandations pour la standardisation énergétique (kcal/(kg • jour))

Âge, mois	FAO/OMS (1985)	ONU (1996)
0-1	124	107
1-2	116	109
2-3	109	111
3^	103	101
4-10	95-99	100
10-12	100-104	109
12-24	105	90

Le calcul et la correction du métabolisme énergétique visent à combler les carences en principaux vecteurs énergétiques, à savoir principalement les glucides et les lipides. Cependant, l'utilisation de ces vecteurs aux fins prévues n'est possible qu'en prenant en compte et en corrigeant l'apport de nombreux micronutriments essentiels. Ainsi, il est particulièrement important de prescrire du potassium, des phosphates, des vitamines B, notamment de la thiamine et de la riboflavine, parfois de la carnitine, des antioxydants, etc. Le non-respect de ces recommandations peut entraîner des troubles incompatibles avec la vie, qui surviennent précisément lors d'une alimentation énergétique intensive, notamment parentérale.