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Revue générale de la nutrition

Par Adrienne Youdim, MD, FACP, UCLA David Geffen School of Medicine;Cedars Sinai Medical Center

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La nutrition est la science des aliments et de leur rapport avec la santé. Les nutriments sont des molécules chimiques contenues dans les aliments et utilisées par l'organisme pour sa croissance et son entretien et pour la production d'énergie. Les nutriments qui ne peuvent pas être synthétisés par l'organisme et doivent donc être apportés par le régime alimentaire sont dits essentiels. Ils comprennent les vitamines, les minéraux, ainsi que certains acides aminés et acides gras. Les nutriments que l'organisme peut synthétiser à partir d'autres composants, bien qu'ils puissent également provenir de l'alimentation, sont considérés comme non essentiels. Les macronutriments sont nécessaires en quantité relativement importante; les micronutriments ne sont nécessaires qu'en quantités minimes.

Le manque de nutriments peut entraîner des syndromes de carence (p. ex., kwashiorkor, pellagre) ou d'autres troubles ( Dénutrition). L'apport excessif de macronutriments peut induire une obésité ( Obésité) et des maladies apparentées; l'apport excessif de micronutriments peut être toxique. En outre, l'équilibre des divers types de nutriments, tels que la quantité de graisse insaturée consommée par rapport à celle de graisse saturée, peut influencer le développement de maladies.

Macronutriments

Les macronutriments constituent la majeure partie de l'alimentation et fournissent l'énergie ainsi que bon nombre de nutriments essentiels. Les glucides, les protéines (comprenant les acides aminés essentiels), les lipides (comprenant les acides gras essentiels), les macrominéraux et l'eau sont des macronutriments. Les glucides, les lipides et les protéines représentent des sources d'énergie interchangeables; les graisses apportent 9 kcal/g (37,8 kJ/g); les protéines et les glucides apportent 4 kcal/g (16,8 kJ/g).

Hydrates de carbone (glucides)

Les glucides apportés par l'alimentation sont convertis en glucose et autres monosaccharides. Les glucides augmentent la glycémie et apportent de l'énergie. Les glucides simples sont composés de petites molécules, généralement des monosaccharides ou des disaccharides, qui augmentent rapidement la glycémie. Les glucides complexes sont composés de molécules de grande taille, qui sont décomposées en monosaccharides. Les glucides complexes augmentent la glycémie plus lentement mais sur une plus longue durée. Le glucose et le saccharose sont des glucides simples; les amidons et les fibres sont des glucides complexes.

L'indice glycémique mesure la rapidité d'augmentation de la glycémie induite par un glucide. Les valeurs limites s'étalent entre 1 (augmentation la plus lente) et 100 (augmentation la plus rapide, équivalente à celle du glucose pur, Index glycémique de certains aliments). Cependant, la rapidité réelle de l'augmentation dépend également des aliments associés aux glucides.

Index glycémique de certains aliments

Catégorie

Alimentation

Index*

Haricots

Blanc

33

Lentilles rouges

27

Soja

14

Pain

Pain de seigle

49

Blanc

69

Farine complète

72

Céréales

Tout son

54

Flocons de maïs

83

Flocons d'avoine

53

Riz soufflé

90

Brisures de blé

70

Laitiers

Lait, crème glacée, yaourts

34–38

Fruit

Pomme

38

Banane

61

Orange

43

Jus d'orange

49

Fraises

32

Céréales

Orge

22

Riz brun

66

Riz blanc

72

Pâtes

38

Pommes de terre

Purée instantanée (blanche)

86

En purée (blanche)

72

Patate douce

50

Collations

Chips de maïs

72

Biscuits à l'avoine

57

Chips de pommes de terre

56

Sucre

Fructose

22

Glucose

100

Miel

91

Sucre raffiné

64

*Les valeurs peuvent varier.

Les glucides d'indice glycémique élevé peuvent induire une montée rapide de la glycémie à un niveau élevé. Il s'ensuivrait une augmentation du niveau d'insuline, induisant une hypoglycémie et une sensation de faim qui pourraient conduire à l'absorption excessive de calories et à la prise de poids. Les glucides d'indice glycémique faible augmentent lentement la glycémie, induisant des taux d'insuline postprandiale et une sensation de faim moindre, ce qui les rendrait probablement moins susceptibles d'induire une consommation excessive de calories. Ces effets seraient responsables d'un meilleur profil lipidique et d'une diminution du risque d'obésité, de diabète sucré et de complications du diabète le cas échéant.

Protéines

Les protéines apportées par le régime alimentaire sont transformées en peptides et en acides aminés. Les protéines sont nécessaires pour l'entretien, le remplacement, le fonctionnement et la croissance des tissus. Cependant, lorsque l'organisme ne reçoit pas suffisamment de calories à partir des réserves tissulaires (en particulier des graisses) ou de sources alimentaires, les protéines sont utilisées pour produire de l'énergie.

Dans le cas où l'organisme utilise les apports alimentaires de protéines pour la production de tissus, il y a un gain net de protéines (balance azotée positive). Au cours d'états cataboliques (p. ex., jeûne, infections, brûlures), la quantité de protéines utilisée peut être plus importante que celle absorbée (car les tissus corporels sont dégradés), induisant une perte protéique nette (balance azotée négative). La balance azotée est au mieux déterminée en soustrayant la quantité d'azote excrétée dans l'urine et les fèces de la quantité d'azote ingérée.

Parmi les 20 acides aminés existants, 9 sont des acides aminés essentiels; ils ne peuvent pas être synthétisés et doivent être fournis par l'alimentation. Toutes les personnes demandent 8 acides aminés essentiels; les nourrissons en plus ont besoin d'histidine.

Le besoin en protéines alimentaires ajusté en fonction du poids est corrélé au taux de croissance, qui diminue de la petite enfance jusqu'à l'âge adulte. Les besoins alimentaires en protéines diminuent de 2,2 g/kg chez le nourrisson âgé de 3 mois à 1,2 g/kg chez l'enfant de 5 ans et à 0,8 g/kg chez l'adulte. Les besoins en protéines correspondent aux besoins en acides aminés essentiels ( Besoins en acides aminés essentiels en mg/kg de poids corporel). Les adultes qui essaient d'augmenter leur masse musculaire ont besoin de très peu de protéines supplémentaires en plus des besoins indiqués dans le tableau.

La composition des protéines en acides aminés est très variable. La valeur biologique reflète la similarité de la composition en acides aminés de la protéine avec celle des tissus animaux; ainsi, la valeur biologique indique quel pourcentage d'une protéine ingérée fournit des acides aminés essentiels pour le corps. Une correspondance parfaite est celle de la protéine d'œuf, avec une valeur de 100. Les protéines animales du lait et de la viande ont une valeur biologique élevée (~90); les protéines des céréales et des légumes ont une valeur biologique inférieure (~40) et certaines protéines dérivées (p. ex., gélatine) ont une valeur biologique de 0. La mesure dans laquelle les autres protéines fournies par l'alimentation apportent les acides aminés manquants (complémentarité) détermine la valeur biologique totale du régime diététique. Les apports journaliers recommandés en protéines supposent que la valeur biologique moyenne d'une alimentation diversifiée soit de 70.

Besoins en acides aminés essentiels en mg/kg de poids corporel

Besoins

Nourrisson (4–6 mois)

Enfant (10–12 ans)

Adultes

Histidine

29

Isoleucine

88

28

10

Leucine

150

44

14

Lysine

99

49

12

Méthionine et cystine

72

24

13

Phénylalanine et tyrosine

120

24

14

Thréonine

74

30

7

Tryptophane

19

4

3

Valine

93

28

13

Total acides aminés essentiels (excluant histidine)

715

231

86

Graisses

Les lipides sont transformés en acides gras et glycérol. Les lipides sont nécessaires à la croissance tissulaire et à la production d'hormones. Les acides gras saturés, fréquents dans les matières grasses d'origine animale, ont tendance à être solides à température ambiante. À l'exception de l'huile de palme et de coprah, les matières grasses d'origine végétale ont tendance à être liquides à température ambiante; ces graisses sont riches en acides gras mono-insaturés ou polyinsaturés.

L'hydrogénation partielle des acides gras insaturés produit des acides gras trans (comme c'est le cas lors de la fabrication des aliments) qui sont solides ou semi-solides à température ambiante. Aux USA, la source alimentaire principale d'acides gras trans est représentée par les huiles végétales partiellement hydrogénées utilisées dans la fabrication de certains aliments (p. ex., biscuits, craquelins, pommes chips) pour prolonger leur durée de vie. Les acides gras trans peuvent induire une élévation du LDL cholestérol et une baisse du HDL; ils peuvent ainsi indépendamment augmenter le risque de coronaropathie.

Les acides gras essentiels sont l'acide linoléique, un acide gras ω-6 (n-6) et l'acide linolénique, un acide gras ω-3 (n-3). D'autres acides ω-6 (p. ex., l'acide arachidonique) et d'autres acides gras ω-3 (p. ex., l'acide eicosapentaénoïque, l'acide docosahéxaénoïque) sont requis par l'organisme mais peuvent être synthétisés à partir d'acides gras essentiels.

Les acides gras essentiels ( Carence en acides gras essentiels) sont nécessaires à la formation de plusieurs eicosanoïdes (lipides biologiquement actifs), dont les prostaglandines, les thromboxanes, les prostacyclines, et les leucotriènes. Les acides gras ω-3 semblent diminuer le risque de coronaropathie.

Les besoins en acides gras essentiels varient selon l'âge. Les adultes ont besoin d'une quantité d'acide linoléique égale à au moins 2% du total des besoins caloriques et d'acide linolénique égale à au moins 0,5%. Les huiles végétales fournissent l'acide linoléique et l'acide linolénique. Les huiles provenant du carthame, du tournesol, du maïs, du soja, de l'onagre, de la citrouille et des germes de blé sont des sources importantes d'acide linoléique. Les huiles de poissons marins et les huiles de lin, de citrouille, de soja et de colza sont des sources importantes d'acide linolénique. Les huiles de poissons marins procurent également certains autres acides gras ω-3 en grandes quantités.

Macrominéraux

Macrominéraux

Nutriment

Principales sources

Fonctions

Ca

Lait et produits laitiers, viande, poissons, œufs, céréales, haricots, fruits, légumes

Formation des os et des dents, coagulation du sang, transmission neuromusculaire, contraction musculaire, conduction myocardique

Cl

De nombreux aliments, principalement des produits animaux mais certains légumes; semblable à Na

Équilibre acide-base, pression osmotique, équilibre acido-basique du sang, fonction rénale

K

De nombreux aliments, y compris les laits entiers et écrémés, les bananes, pruneaux, raisins, viandes

Contraction musculaire, transmission nerveuse, équilibre acide-base intracellulaire, rétention d'eau

Mg

Feuilles vertes, noix, céréales, graines, fruits de mer

Formation des os et des dents, transmission nerveuse, contraction musculaire, activation d'enzymes

Na

De nombreux aliments, y compris le bœuf, le porc, les sardines, le fromage, les olives vertes, le pain de maïs, les chips de pommes de terre, la choucroute

Équilibre acide-base sanguin et intracellulaire, pression osmotique, contraction musculaire, transmission nerveuse, maintien des gradients de la membrane cellulaire

P

Lait, fromages, viandes, volailles, poissons, œufs, noix, légumes

Formation des os et des dents, équilibre acide-base sanguin et intracellulaire, production d'énergie

Apports alimentaires conseillés* pour certains macronutriments proposés par le " Food and Nutrition Board, Institute of Medicine of the National Academies " (USA)

Catégorie

Âge ou classe d'âge (ans)

Protéine (g/kg)

Énergie (kcal/kg)

Ca (mg/kg)

Phosphore (mg/kg)

Mg (mg/kg)

Nourrissons

0,0–0,5

2,2

108,3

66,7

50,0

6,7

0,5–1,0

1,6

94,4

66,7

55,6

6,7

Enfants

1–3

1,2

100,0

61,5

61,5

6,2

4–6

1,2

90,0

40,0

40,0

6,0

7–10

1,0

71,4

28,6

28,6

6,1

Hommes

11–14

1,0

55,6

26,7

26,7

6,0

15–18

0,9

45,5

18,2

18,2

6,1

19–24

0,8

40,3

16,7

16,7

4,9

25–50

0,8

36,7

10,1

10,1

4,4

51+

0,8

29,9

10,4

10,4

4,5

Femmes

11–14

1,0

47,8

26,1

26,1

6,1

15–18

0,8

40,0

21,8

21,8

5,5

19–24

0,8

37,9

20,7

20,7

4,8

25–50

0,8

34,9

12,7

12,7

4,4

51+

0,8

29,2

12,3

12,3

4,3

Femmes enceintes

0,9

4,6

18,5

18,5

4,9

Allaitement

1ère année

1,0

7,9

19,0

19,0

5,4

*Ces quantités, exprimées en doses quotidiennes moyennes, prennent en compte les variations individuelles observées parmi les sujets en bonne santé vivant aux USA dans des conditions environnementales habituelles.

Eau

L'eau est considérée comme un macronutriment puisqu'elle est nécessaire en quantité de 1 mL/kcal (0,24 mL/kJ) d'énergie dépensée soit environ 2500 mL/j. Les besoins changent en cas de fièvre, ainsi qu'en fonction de la température ambiante et du degré d'hygrométrie.

Micronutriments

Les vitamines et minéraux nécessaires en infimes quantités (oligoéléments ou éléments-traces) sont des micronutriments ( Carence, dépendance et toxicité des vitamines et Carence en minéraux et intoxication par les minéraux).

Les vitamines hydrosolubles sont la vitamine C (acide ascorbique) et les 8 membres du complexe de la vitamine B: biotine, folate, niacine, acide pantothénique, riboflavine (vitamine B2), thiamine (vitamine B1), vitamine B6 (pyridoxine), et la vitamine B12 (cobalamine).

Les vitamines liposolubles sont les vitamines A (rétinol), D (cholécalciférol et ergocalciférol), E -tocophérol), et K (phylloquinone et ménaquinone).

Seules les vitamines A, E et B12 sont stockées en quantité importante dans l'organisme; les autres vitamines doivent être consommées régulièrement pour maintenir la santé des tissus.

Les oligo-éléments essentiels comprennent le chrome le cuivre, l'iode, le fer, le manganèse, le molybdène, le sélénium, et le zinc ( Carence en minéraux et intoxication par les minéraux). À l'exception du chrome, chacun de ces minéraux est incorporé dans des enzymes ou dans des hormones nécessaires au métabolisme. À l'exception des carences en fer et en zinc, les déficits en oligoéléments sont rares dans les pays développés.

D'autres minéraux (p. ex., aluminium, arsenic, bore, cobalt, fluorure, nickel, silicium, vanadium) n'ont pas été démontrés comme étant essentiels. Le fluor (fluorure), bien que non essentiel, favorise la prévention des caries dentaires en formant un composé avec le Ca (CaF2), ce qui stabilise la matrice minérale des dents.

Tous les oligo-éléments minéraux présents normalement à l'état de trace sont toxiques à des taux élevés et certains (arsenic, nickel et chrome) peuvent induire des cancers.

Autres substances alimentaires

L'alimentation quotidienne contient en général plus de 100 000 substances chimiques (p. ex., le café en contient 1000). Parmi elles, seules 300 sont des nutriments, dont seuls certains sont essentiels. Cependant, nombre de composants apportés par la nourriture sont utiles, bien que non considérés comme des nutriments. Par exemple, les additifs alimentaires (p. ex., conservateurs, émulsifiants, antioxydants, stabilisants) améliorent la production et la stabilité des aliments. Des substances présentes à l'état de traces (p. ex., épices, arômes, odeurs, colorants, substances phytochimiques, nombre d'autres produits naturels) améliorent l'aspect et le goût.

Fibres

Les fibres sont présentes sous différentes formes (p. ex., cellulose, hémicellulose, pectine, gommes). Elles augmentent la motricité du tube digestif, évitent la constipation et aident à contrôler la maladie diverticulaire. Il a été suggéré que les fibres favorisent l'élimination des substances cancérigènes produites par les bactéries dans le gros intestin. Les études épidémiologiques suggèrent fortement une association entre le cancer du côlon et une faible consommation de fibres, ainsi qu'un effet bénéfique des fibres sur les pathologies fonctionnelles de l'intestin, sur la maladie de Crohn, l'obésité et les hémorroïdes. Les fibres solubles (présentes dans fruits, légumes, avoine, orge et légumineuses) réduisent l'augmentation postprandiale de la glycémie et de l'insuline et peuvent réduire les taux de cholestérol.

L'alimentation occidentale habituelle est pauvre en fibres (environ 12 g/j) en raison d'une consommation élevée de farines de céréales hautement raffinées et d'une consommation peu importante de fruits et légumes. Il est généralement recommandé d'accroître la consommation de fibres, jusqu'à 30 g/j, en augmentant l'apport de légumes, de fruits et de céréales riches en fibres. Toutefois, un apport en fibres très élevé peut réduire l'absorption de certains minéraux.

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