Chapitre 8

Composition du corps humain, fonctions des aliments, métabolisme et énergie

On dit souvent "On est ce que l'on mange", voulant dire par là que la composition de notre corps dépend dans une large mesure de ce que nous consommons. Les nombreux composants chimiques du corps humain existent principalement sous forme d'eau, de protéines, de graisses, de sels minéraux et de glucides dans les proportions présentées au tableau 8. Tout corps humain est construit à partir d'aliments contenant ces cinq éléments, ainsi que des vitamines.

L'alimentation sert surtout à la croissance, à la fourniture d'énergie, et à la cicatrisation, l'entretien et la protection du corps. La nourriture est aussi une source de plaisir et de stimulation puisque manger et boire font partie des plaisirs de la vie dans le monde entier. Les aliments nourrissent l'âme et le corps. Même si les techniques actuelles parvenaient à mettre au point un régime parfait en termes de composition, il lui manquerait toujours la saveur d'un curry ou le goût d'un café brûlant.

On ne connaît pas encore parfaitement les mécanismes de l'appétit et de la sensation de faim. L'hypothalamus y joue un rôle, de même que d'autres éléments du système nerveux central. D'autres facteurs interviennent probablement, tels que le taux de sucre dans le sang, différentes hormones, la masse grasse, de nombreuses maladies, les émotions, et, évidemment, les types d'aliments disponibles, les goûts personnels et enfin le contexte social dans lequel les repas sont consommés.

LES ÉLÉMENTS ET LES FONCTIONS DES ALIMENTS

Le tableau 9 présente une classification simplifiée des constituants des aliments.

L'être humain consomme des aliments et non des éléments nutritifs isolés. La majorité des aliments, dont des denrées de base comme le riz, le maïs et le blé, fournissent principalement des glucides, sources d'énergie, mais aussi des quantités non négligeables de protéines, un peu de lipides et d'autres nutriments utiles. Les céréales fournissent une partie des éléments nécessaires à l'énergie, à la croissance et à la cicatrisation, et à l'entretien de l'organisme. Le lait maternel procure la totalité des macro et micronutriments nécessaires au nourrisson jusqu'à six mois. Le lait de vache contient, lui, tous les éléments nécessaires au veau.

L'eau

On peut considérer l'eau comme l'élément primordial. L'homme peut survivre sans manger pendant 20 à 40 jours, mais sans eau, il meurt en quatre à sept jours. L'eau constitue plus de 60 pour cent du poids du corps, dont 61 pour cent intracellulaire et le reste extracellulaire. L'eau provient, sauf circonstances particulières comme une alimentation parentérale, des aliments et des boissons que nous consommons. La quantité d'eau ingérée varie considérablement d'un individu à l'autre et dépend de nombreux facteurs, dont le climat et la culture. Les aliments solides peuvent fournir jusqu'à un litre et les boissons en apportent 1 à 3 litres. L'eau provient aussi, mais pour moins de 10 pour cent habituellement, de l'oxydation de macronutriments à l'intérieur du corps.

TABLEAU 8

Composition chimique du corps humain (sujet de 65 kg)

TABLEAU 9

Classification simple des constituants

alimentaires

L'eau est éliminée principalement sous forme d'urine par les reins. Les reins régulent l'élimination de façon à maintenir un équilibre; si l'apport de boissons diminue, les reins concentrent l'urine pour en excréter moins. En climat chaud, la quantité d'eau éliminée par la sueur et la respiration peut être équivalente ou même supérieure à celle éliminée par les reins. Enfin, une quantité bien plus faible est éliminée dans les selles, sauf en cas de diarrhée, où cette quantité peut devenir très importante.

L'eau corporelle conditionne le métabolisme du sodium et du potassium, appelés électrolytes. Le sodium est surtout dans les liquides extracellulaires, alors que le potassium est surtout intracellulaire. L'alimentation apporte habituellement des quantités suffisantes de ces électrolytes. Mais, en cas de perte liquidienne, par diarrhée ou hémorragie, l'équilibre sanguin peut être perturbé. L'apport d'eau et l'équilibre électrolytique sont particulièrement importants chez le nourrisson malade. Chez un nourrisson en bonne santé, le lait d'une mère en bonne santé apporte suffisamment d'eau et d'électrolytes pendant six mois et l'enfant n'a pas besoin de suppléments d'eau, même en pays chaud. Par contre, en cas de diarrhée ou d'autres maladies, l'enfant a besoin de boissons supplémentaires.

Alors que l'apport alimentaire est régulé par l'appétit et la disponibilité des aliments, l'apport de liquides dépend de la sensation de soif, qui a plusieurs origines. En cas de déshydratation, la soif est due à la sécheresse de la bouche mais aussi à des signaux du même centre de satiété hypothalamique que celui qui contrôle la faim. Le chapitre 37 s'étend davantage sur la déshydratation, élément majeur de la diarrhée.

La rétention d'eau dans l'organisme, appelée œdème, est due à un excès de liquide extracellulaire. Deux maladies de carence comportent des œdèmes majeurs: le kwashiorkor (voir chapitre 12) et le béribéri humide (voir chapitre 16). Cet excès de liquide est lié à des perturbations électrolytiques et à une rétention d'eau dans le secteur intracellulaire exclusivement. Ce qui signifie qu'une personne peut avoir des œdèmes et une déshydratation par diarrhée en même temps. Cela peut entraîner une défaillance cardiaque. L'eau peut aussi s'accumuler dans la cavité péritonéale à cause d'une affection hépatique; on appelle cet œdème une ascite.

COMPOSITION DU CORPS HUMAIN

On divise souvent le corps humain en trois compartiments, dont voici les proportions respectives chez un adulte bien portant de sexe masculin:

• Masse cellulaire, 55 pour cent;
• Tissu de soutien extracellulaire, 30 pour cent;
• Masse grasse, 15 pour cent.

La masse cellulaire est constituée de muscles, d'organes (cerveau, foie, intestins) et de sang. Elle est impliquée dans le métabolisme, les différentes fonctions du corps, le travail, etc.

Le tissu de soutien extracellulaire comprend les liquides extracellulaires (comme le plasma sanguin qui sert de soutien aux cellules sanguines) et le squelette et autres structures de soutien.

La masse grasse se trouve presque entièrement sous la peau (graisse sous-cutanée) et autour d'organes comme les intestins et le cœur. Elle sert notamment d'énergie de réserve. On en trouve une petite quantité dans la paroi des cellules et des nerfs.

Les physiologistes ont mis au point plusieurs méthodes d'estimation de la composition du corps, notamment de la masse liquidienne et de la densité. On estime souvent la masse maigre de l'organisme. Ces mesures sont de difficulté variable, et les plus simples sont les moins précises. Les mesures du poids, de la taille, de l'épaisseur du pli cutané et der circonférences du corps sont relativement faciles à mettre en œuvre et très bon marché et procurent une estimation approximative de la masse maigre et de la composition du corps. Par contre, les méthodes qui ont recours à l'impédancemétrie, à la tomodensitométrie et à la résonance magnétique nucléaire sont onéreuses et nécessitent un personnel entraîné.

Le liquide intracellulaire contient surtout des ions potassium alors que le liquide extracellulaire contient du chlorure de sodium, parmi d'autres ions bien sûr. L'eau totale peut être estimée par différentes méthodes, dont les techniques de dilution qui mesurent le volume plasmatique.

On peut recourir à différentes méthodes pour la masse grasse. Comme la graisse est surtout sous-cutanée, on peut mesurer l'épaisseur du pli cutané a l'aide d'un compas en différents points (voir chapitre 33). On peut aussi peser la personne normalement puis sous l'eau avec un appareil spécial. Cette dernière méthode donne une bonne estimation de la densité.

Toutes ces méthodes sont décrites en détail dans des manuels de physiologie ou de nutrition (voir bibliographie).

La composition du corps est largement influencée par l'alimentation. L'amaigris-sement du marasme (voir chapitre 12) et de l'inanition (voir chapitre 24) d'une part, et la surcharge pondérale de l'obésité (voir chapitre 23) en constituent deux exemples extrêmes. Elle varie aussi avec le sexe et légèrement avec la race. Aux Etats-Unis, on a montré par exemple que les Noirs avaient des squelettes plus lourds que les Blancs à taille égale. Enfin, la composition du corps varie avec la grossesse et l'allaitement.

Chez l'enfant, elle dépend bien sûr de l'âge et de la croissance. Des carences nutritionnelles perturbent la croissance et altèrent la composition du corps, la taille d'ensemble et même la taille des organes.

MÉTABOLISME ET ÉNERGIE

Le terme de métabolisme recouvre tous les processus chimiques effectués par les cellules du corps. Le processus le plus important est l'oxydation ou combustion des aliments qui fournit de l'énergie. Il est similaire au principe du moteur de voiture qui brûle de l'essence pour faire avancer le véhicule. En général, toute combustion, humaine ou automobile, produit de la chaleur en plus de l'énergie.

Les physiciens avaient coutume de dire que l'énergie ne pouvait être ni créée ni détruite. Bien que cela ne soit pas tout à fait exact (comme le montre la conversion de matière en énergie dans un réacteur nucléaire), cette affirmation reste valable dans la plupart des cas. Les trois macronutriments - glucides, protides et lipides - produisent de l'énergie. L'énergie utilisée par l'organisme provient de l'alimentation et, en cas de jeûne, n'est produite que par la consommation de ses propres tissus.

Toutes les formes d'énergie peuvent être converties en chaleur. On peut mesurer la chaleur produite par la combustion d'un litre d'essence par exemple. De la même façon, on mesure l'énergie produite par la combustion des aliments et on l'exprime en énergie calorifique. L'unité de mesure est la kilocalorie (kcal) égale à 1 000 fois la calorie utilisée en physique. Mais on tend à la remplacer par le joule (J) ou le kilojoule (kJ). Une kilocalorie est la chaleur nécessaire pour faire passer un litre d'eau de 14,5 à 15,5 degrés Celsius. Alors que la calorie est une unité de chaleur, le joule est une véritable unité d'énergie: c'est l'énergie dégagée par le déplacement d'un poids d'un kg sur une distance d'un mètre par une force d'un Newton. En nutrition, on utilise le kilojoule: 1 kcal correspond à 4,184 kJ. Ces unités mesurent l'énergie, tout comme les litres mesurent une quantité et les mètres, une longueur. Dans les journaux scientifiques, les kJ tendent à remplacer les kcal (voir table de conversion à l'annexe 5), mais le grand public et la plupart des professionnels de santé continuent à préférer les kcal; c'est pourquoi nous utiliserons cette unité dans ce manuel.

Le corps a besoin d'énergie pour assurer toutes ses fonctions, notamment le travail, le maintien de la température corporelle et le fonctionnement continu du cœur et des poumons. Chez l'enfant, l'énergie est indispensable à la croissance. Elle est aussi nécessaire à la destruction, à la réparation et au renouvellement des tissus. Ce sont des processus métaboliques, et on appelle métabolisme de base (MB) le rythme auquel ces fonctions s'effectuent.

Métabolisme de base

Le métabolisme de base (MB) d'un sujet correspond à l'énergie en kcal ou mégajoules (MJ) qu'il consomme en une journée alors qu'il est au repos complet à la fois physique (en position couchée) et mental. On peut aussi l'exprimer en kcal par heure ou par kg de poids. Cette énergie sert au maintien de la température, au travail des organes comme les battements cardiaques ou les muscles respiratoires ainsi qu'au fonctionnement du foie, des reins et du cerveau.

Le MB varie d'un individu à l'autre en fonction de son poids, de son sexe, de son âge et de son état de santé. La composition du corps joue aussi un rôle, notamment la proportion de muscles et de graisse, donc de protéines et de lipides. En simplifiant, une personne de forte corpulence, musclée et ayant des organes plus gros aura un MB plus élevé qu'une personne menue. Le MB diminue avec l'âge et est plus faible chez les femmes, rapporté au poids. Il existe bien sûr des exceptions à ces règles générales.

Le MB joue un rôle majeur dans les besoins énergétiques. Le tableau 10 présente le MB d'hommes et de femmes adultes en fonction de leurs poids et taille, en consommation totale d'énergie par jour et rapporté au kg de poids. Chez une femme de 30 à 60 ans, le MB va de 1 190 à 1 420 kcal par jour. C'est l'énergie consommée par le corps au repos complet. Dans les pays en développement, beaucoup de femmes sont plus petites que 1,40 m et pèsent moins de 41 kg, leur MB peut donc être un peu plus faible que 1 190 kcal.

TABLEAU 10

Métabolisme basal chez l'homme et la femme adultes en fonction de leur taille et
du poids admissible correspondant

Source: OMS, 1985.

aPoids admissible correspondant; indice de masse corporelle = 22 chez l'homme et 21 chez la femme (voir chapitre 23).

bLes kJ sont indiqués entre parenthèses.

Besoins en énergie

Le tableau 11 présente les besoins énergétiques journaliers moyens d'hommes et de femmes adultes effectuant un travail considéré comme léger, modéré et dur, exprimés en multiples du MB. On voit par exemple qu'une femme faisant un travail dur a besoin de 1,82 fois son MB. Si elle a 25 ans, mesure 1,40 m et pèse 41 kg, son MB est de 1 100 kcal par jour, et ses besoins énergétiques sont donc de 1 100 x 1,82, soit 2 002 kcal par jour.

Il est souvent utile de mesurer les besoins énergétiques correspondant à plusieurs activités effectuées pendant une certaine durée. On multiplie alors un facteur d'activité (qui varie selon l'activité) par le MB du sujet. Le tableau 12 présente ces différents facteurs permettant de calculer l'énergie approximative dépensée selon l'activité effectuée.

L'homme moyen ne dépense l'énergie correspondant à son métabolisme basal que lorsqu'il est au repos complet. Les moindres mouvements de la vie quotidienne requièrent une énergie supplémentaire, et un travail physique encore plus bien sûr. Le tableau 13 présente les dépenses d'un homme sain dont le MB est de 1 kcal par minute et qui effectue un travail léger.

TABLEAU 11

Besoins énergétiques journaliers moyens par catégorie d'activité, exprimés

en multiples du MB

TABLEAU 12

Facteurs de calcul de l'énergie

(à multiplier par le MB)

Source: OMS, 1985.

Note: Ces valeurs sont des moyennes approximatives qui ne s'appliquent qu'au temps réellement passé à travailler, et non aux pauses. En effet, les personnes qui accomplissent un travail très dur prennent fréquemment un moment de repos.

S'il s'agit, au lieu de huit heures de bureau, de lourds travaux des champs comme le labour à la houe qui consomme 8 kcal par minute, il faut se référer au tableau 14.

Si le sujet du premier exemple consomme exactement 2 640 kcal, son poids sera stable et il travaillera normalement. Par contre, s'il entreprend les activités de l'exemple du tableau 14 sans augmenter son apport alimentaire, son poids va progressivement diminuer car il devra brûler ses propres réserves d'énergie, c'est-à-dire son organisme. Cependant, il serait rapidement amené à limiter son activité pour arrêter ce processus. Par exemple, il travaillerait moins dur en labourant et ne dépenserait plus que 3,2 kcal par minute au lieu de 8. Il serait aussi plus fatigué en fin de journée et pourrait dormir plus longtemps en réduisant ses autres activités. Ses besoins énergétiques redescendraient alors à 2 646 kcal comme le montre le tableau 15.

Ce n'est là qu'un exemple. La plupart du temps, lorsque les gens augmentent leur dépense d'énergie, ils ont davantage faim et accroissent leur consommation d'aliments de base comme le riz, le mil, le maïs ou le manioc.

Les besoins énergétiques sont déterminés par plusieurs facteurs dont voici les plus importants:

• La taille du corps. Une personne menue a besoin de moins d'énergie qu'une personne de forte corpulence.
• Le MB. Le métabolisme de base est variable et affecté par différents facteurs, notamment les problèmes thyroïdiens
• L'activité. Plus le sujet effectue d'efforts physiques, qu'il s'agisse de travail ou de loisirs, plus il a besoin d'énergie.
• La grossesse. Une femme enceinte a besoin de plus d'énergie pour le développement du fœtus et à cause de sa prise de poids.
• Allaitement. Une femme qui allaite a besoin d'énergie pour produire un lait de bonne qualité. La durée prolongée de l'allaitement dans de nombreux pays d'Afrique et d'Asie explique qu'une large proportion de femmes a des besoins énergétiques augmentés.
• L'âge. Les nourrissons et les enfants ont besoin de plus d'énergie pour leur croissance et leur activité. Par contre, chez les personnes âgées, les besoins diminuent à cause d'une réduction de l'activité et du MB.
• Le climat. Dans les pays chauds, c'est-à-dire la majorité des pays de la zone tropicale, il faut moins d'énergie pour maintenir la température du corps que dans les climats froids.

TABLEAU 13

Dépense énergétique d'une journée moyenne chez un homme en bonne santé

TABLEAU 14

Dépense énergétique lorsque la même personne effectue trois heures de travail dur

TABLEAU 15

Dépense énergétique lorsque la même personne adapte son travail

à une alimentation insuffisante