Composition corporelle Et Dépense énergétique

1. Composition corporelle Et Dépense énergétique Introduction et définition Méthodes de mesure Applications pratiques severine.ledoux@lmr.aphp.fr

2. Composition corporelle

3. Introduction • La composition corporelle correspond à l’analyse du corps humain en « compartiments » ou « masse » regroupant des éléments qui ont une fonction physiologique commune indépendamment de leur localisation anatomique ou de leur nature chimique • Ceux-ci ont un intérêt particulier en fonction de la discipline médicale considérée. Le poids ne suffit pas dans de nombreuses situations • Par exemple: • Médecine du sport et masse musculaire • Perte de poids et ratio masse grasse / masse maigre • Insuffisance rénale et volumes liquidiens

4. Les modèles de la composition corporelle % Poids Corporel lipides Tissu adipeux Masse grasse eau Liquides extra-cellulaire muscles Masse cellulaire active organes protéines divers glucides Tissu osseux Solides EC minéraux

5. Les modèles physiologiques Les compartiments Masse grasse Masse grasse Masse grasse Liquides extra-cellulaire Masse maigre Masse maigre Masse cellulaire active Solides EC Masse minérale

6. Compartiments Regroupent des composants corporels fonctionnellement liés entre eux indépendamment de leur localisation anatomique ou de leur nature chimique Le modèle à deux compartiments Il oppose la masse grasse et la masse non grasse (abusivement nommée masse maigre) Le modèle à 3 compartiments ou 4 compartiments Masse grasse + Masse maigre séparée en : Masse minérale, masse cellulaire active, eau extracellulaire

7. Masse grasse : correspond aux triglycérides stockés dans les adipocytes quelle que soit leur localisation anatomique 10 à 30 % poids corporel (peut atteindre beaucoup plus en pathologie) Densité 0.9 g/ml Ce compartiment est virtuellement dépourvu d’eau 4 rôles essentiels Réserves énergétiques de l’organisme (environ 90000 kcal pour 70kg de PC) Isolant thermique Protection contre les chocs Synthèse hormonale (adipokines) Minimum vital (environ 3%) Mais  « toxique » si trop élevé (notamment localisation viscérale)

8. Masse maigre : Exclue la partie grasse Polymorphe: correspond à la somme de l’eau, des os, des organes, muscles contient les éléments vitaux, notamment les protéines 70 à 90% poids corporel Densité 1.1 g/ml La masse maigre est essentiellement constituée d’eau (73%) (extracellulaire + intracellulaire) Si bien que sa diminution signe un dénutrition ou une déshydratation La  de ce compartiment menace plus la santé que celle de la MG Le rapport entre l’eau et la MM (73%) définit l’hydratation de la masse maigre

9. Masse minérale osseuse 5% PC correspond aux cristaux de phosphates tricalciques du squelette Densité 3g/ml Sa baisse signe l’ostéoporose (vieillissement, ménopause) L’eau extracellulaire 20% PC Correspond à l’ensemble des liquides interstitiels et au plasma Elle constitue la masse liquidienne facilement échangeable Elle s’ajoute à l’eau intracellulaire pour constituer l’eau corporelle totale (60% PC)

10. Masse cellulaire active MM moins l’eau extracellulaire • Correspond à l’ensemble des cellules des différents organes et muscles • L’intensité de son métabolisme détermine les besoins énergétiques de l’organisme • Cette masse comprend: • - les protéines de l’organisme = masse protéique 16% PC (ou MM sèche) • Rôle structurel, mobilité, enzymatique, défenses immunitaires • La diminution de > 50% des protéines n’est pas compatible avec la survie correspond pourtant à une perte de poids <10% = justifie la mesure des compartiments corporels en cas de risque de dénutrition +++ • l’eau intracellulaire (40 % PC) • NB les glucides stockés représente une part négligeable de l’organisme (<1% PC)

11. Exemple Homme 40 ans bonne santé PC 70kg MG 10 kg 14.3 % ECF 18L 25.7 % ICF 26 L 37.1 % MIN 4 kg 5.7 % PROT 11 kg 15.7 % Densité corporelle (1.05)

12. Mesure des compartiments • Séparation des composants de l’organisme en fonction de leurs propriétés chimiques réalisées sur des cadavres : • eau, lipides, protéines, glucides, minéraux... • Données limitées mais servant de référence aux méthodes d’étude indirectes • Ces mesures indirectes ont une agressivité, précision, complexité variables • repose à la fois sur: • - une mesure corporelle (densité, volumes, impédances) • la référence à un modèle de composition corporelle • l’acceptation d’une hypothèse permettant une estimation des compartiments (hydrat MM 73 %)

13. Méthodes de « recherche » • Quantification in vivo de constituants spécifiques de l’organisme • activation neutronique (Ca, azote, carbone, ..) pour  os, protéines, graisses • émission de potassium 40 pour la MM, RMN pour la mesure de la graisse • Mesure de la densité corporelle (Densité = masse / volume) • - hydrodensitométrie • consiste à mesurer un volume en l’immergeant dans l’eau (principe d’Archimède ) • - pléthysmographie • Pression *Volume = constante (loi de Boyle-Mariote ): • corps introduit dans une cabine de volume connu  • pression de la cabine modifié en proportion du volume introduit • Hypothèse = densité fixe attribuée à chaque compartiment  • proportion de chaque compartiment calculée à partir de la densité du corps entier (D) • Densité MG = 0,9 g par ml • Densité MM = 1,1 g par ml • L’équation de SIRI permet de calculer le pourcentage de masse grasse : • % MG = 100 (4,95/D-4,50)

15. Prédiction de la MG par la mesure des PLIS CUTANÉS • hypothèse = épaisseur de la graisse sous-cutanée reflète la MG totale de l’organisme. • Les 4 sites de mesure des plis cutanés : bicipital , tricipital , sous-scapulaire, supra-iliaque Equations prédictives de la densité corporelle (d), • en fonction de l’âge et du sexe • d = c-m x log (somme des 4 plis) • simple mais nécessite un opérateur entraîné, en défaut dans pop particulières, obésité • Estimation de la MM par la mesure de l’eau totale par dilution de traceur • Ingestion qtté connue d’eau marquée (isotopes stables : deutérium, oxygène 18 ou eau tritiée )  concentration plasmatique permet de calculer volume de distribution • repose sur l’hypothèse que MM contient une proportion fixe d’eau (73 %). • MG dépourvue d’eau  MM = EAU TOTALE/0,73 • Estimation de la masse musculaire par excrétion de la créatinine et de la • 3 methylhistidine • présent dans le muscle, excrétion urinaire/24h proportionnelle à la masse musculaire • calcul de la masse musculaire = 18 à 20 kg de muscle par g de créatinine • Compliqué et peu précis

16. Méthodes utilisées en clinique • impédancemétrie bioélectrique simple et peu couteuse • basée sur la capacité des tissus hydratés à conduire l’énergie électrique • L’impédance (Z) d’un corps est liée à: • la résistance spécifique (r), constante déterminée lors de l’étalonnage du système • la longueur (L), ou taille de l’individu • le volume conducteur (V) ou volume du compartiment hydro-électrolytique corporel • V = r L2/Z • - 2 électrodes au niveau du poignet, et 2 au niveau de la cheville homo-latérale. • Le courant est appliqué pendant quelques secondes, et la mesure de Z est lue • Le plus souvent, un seul courant de 800 μAmp avec une fréquence de 50 kHz (indolore) • Les mesures avec plusieurs fréquences permettent une approche des  secteurs hydriques, • les membranes cellulaires se comportant comme une capacité électrique • Quand le courant a une fréquence > 50 kHz, le volume mesuré est assimilé à l’eau totale • Quand cette fréquence est < 5 kHz, le volume mesuré correspond à l’eau extracellulaire

17. Absorptiométriebiphotonique à rayon X (DEXA) • - méthode de référence pour l’étude de la composition corporelle • permet d’accéder directement à un modèle à trois compartiments: • MG + MM + contenu minéral osseux • consiste à balayer l’ensemble du corps avec un faisceau de rayons X • à 2 niveaux d’énergie (40 et 100 Kev) • rapport des atténuations de ces 2 Rx fonction de la composition de la matière traversée • - calibration effectuée avec des fantômes artificiels contenant des triglycérides et du Ca • traitement informatique des mesures physiques • La précision est excellente • permet une approche régionale (bras, tronc, jambes) des trois compartiments mesurés • - L’irradiation imposée au patient est faible et similaire à celle d’une radio pulmonaire. • limites • - le coût et rareté des installations , l’irradiation (FE) • Ne mesure pas les compartiments hydriques • Peut être couplé à l’impédencemétrie pour mesurer 5 compartiments: • MM; MG; Masse calcique, eau extracellulaire, eau intracellulaire

18. LA TOMODENSITOMÉTRIE COMPUTÉRISÉE • La graisse péri-viscérale intra-abdominale intervient dans le déterminisme des • complications métaboliques et cardio-vasculaires de l’obésité. • En pratique clinique, on mesure le tour de taille pour estimer l’adiposité abdominale • La tomodensitométrie permet de réaliser des coupes anatomiques abdominales • et d’identifier dans un plan horizontal les tissus en fonction de leur densité qui atténue les rayons X. • Elle ne fournit pas une mesure de la masse grasse viscérale (en kg) mais un calcul des surfaces des tissus adipeux profonds et superficiels. • On peut ainsi décrire un rapport d’adiposité viscérale sur adiposité sous-cutanée • La méthode est rapide (quelques minutes si on se limite à une seule coupe) et la précision est bonne.

20. Variations physiologiques • En fonction du sexe • Masse grasse plus développée chez la femme = • 23% vs 15% chez l’homme à 20 ans • Gestation, lactation • Et répartition différente • Masse maigre plus faible chez la femme • les performances sportives (VO2 max) s’égalisent si rapportées à la MM • Masse calcique plus faible chez la femme • 1.4 fois plus élevée chez l’homme

21. En fonction de l’activité physique • Masse grasse plus faible chez le sportif • Masse maigre plus élevée • Donc pas forcement de variation de poids avec l’entrainement

22. En fonction de l’âge (vieillissement) • Masse grasse augmente de 1g/j • Dès l’âge de 20 ans ♀ ou 30 ans ♂ • environ 3% par an • Augmentation du risque cardiovasculaire surtout si androïde • Masse maigre évolue en sens inverse • Le poids tend à rester constant • Pour lutter contre le vieillissement il faut entretenir sa Masse Musculaire (exercice) • Le maintien de la MM peut se traduire par une légère prise de poids entre 30 et 70 ans • (MM constante, MG augmente) • l’eau corporelle diminue également • Mais un peu plus vite que ne le laisse prévoir la baisse de MM • La constante de 73% n’est plus vrai > 70 ans • La masse osseuse diminue • Avant 50 ans perte de 3.8g/an ♀ • Après 50 ans perte de 7.6 g/an ♀,7 g/an ♂ • aggravé par déficit hormones sexuelles (ménopause)

23. En fonction de l’âge (enfant et adolescent) • MG et MM augmentent jusqu’à 20 ans • MM augmente plus vite chez le garçon • Hydratation MM diminue • 86 % H2O chez le fœtus • 80% à la naissance • 73% fin de l’adolescence • Masse osseuse augmente • Pic de calcium vers 15-20 ans environ 4.400g ♂ et 3.100 g ♀ • Dépend de = • facteurs génétiques • activité physique pendant l’enfance (7%) • alimentation riche en calcium ( 5%)

24. Femme enceinte Prise de poids 10-15 kg 6 à 7 L H2O (2 à 3 L chez la mère) 3 kg MG 3 kg MM sèche  Surcharge extracellulaire peu prévisible Surcharge adipeuse résiduelle parfois problématique (hygiène alimentaire pendant la grossesse ++)

25. Variations pathologiques Obésité Augmentation du poids Augmentation de la MG Accompagnée d’une augmentation de la MM (VEC et MCA) Déficit énergétique et Dénutrition Baisse du poids Baisse de la MG Baisse de la MM inconstante Baisse de la MCA mais augmentation du VEC si dénutrition sévère (hypoalbuminémie) Déshydratation extracellulaire Baisse du poids Masse grasse constante Baisse de la MM MCA cste, baisse du VEC

27. Patiente obèse

28. Exemples • Données de la composition corporelle (DEXA + impédance) • Un patient obèse a perdu du poids après un régime •  Baisse de la MG importante • Baisse de la MM modérée (MCA et VEC) • Baisse de la MG • Baisse de la MM • Baisse de la MCA, voire de la masse calcique • VEC diminué si diurétiques • VEC augmenté si hypoalbuminémie = peut masquer baisse MCA MG MG MG MG LEC LEC LEC LEC MCA MCA MCA MCA os os os os

29. Un patient insuffisant rénal au stade préterminal dénutri a pris du poids pendant les vacances  Augmentation MG MM constante mais Augmentation MCA et baisse modérée du VEC Conclusion: Il a suivi les conseils diététiques et fait de l’exercice  MG stable MM augmentée MCA stable et augmentation du VEC Conclusion: il a mangé trop de sel MG MG MG LEC LEC LEC MCA MCA MCA os os os

30. CONCLUSION En pratique médicale La notion de composition corporelle doit être intégrée dans le raisonnement et la pratique médicale L’étude de la composition corporelle constitue un élément indispensable de l’évaluation du statut nutritionnel Elle permet de prendre les décisions thérapeutiques les mieux adaptées, telles que le choix d’un programme d’amaigrissement ou de renutrition la DEXA représente la méthode de choix étant donnés la précision et la qualité des renseignements obtenus l’impédance bioélectrique peut être utilisée, en tenant compte des limites et des imprécisions de cette méthode (seuls les variations importantes doivent être prises en compte)

31. La dépense énergétique

32. introduction Les grandes fonctions (croissance, développement, maintien, reproduction...) ont un coût énergétique dont la somme est appelée dépense énergétique totale Apports: Pour couvrir ses besoins, l’homme puise l’énergie dans le milieu extérieur ou dans ses réserves, à partir des liaisons chimiques des nutriments et la transforme en une autre énergie chimique utilisable = ATP Dépenses: L’homme restitue l’énergie au milieu extérieur sous forme chimique (urée, créatinine par exemple) mécanique et thermique En l’absence de variation du poids ou de la composition corporelle, les apports énergétiques sont égaux aux dépenses

33. Sources d’énergie Les macronutriments (glucides, lipides, protéines) constituent l’unique source énergétique pour l’homme DE continue vs apports alimentaires discontinues compartiment de réserve énergétique en période inter prandiale de capacité limité pour les protéines (autres fonctions) et les glucides (< 1kg) immense pour les lipides (plusieurs Kg) Pour être utilisable, cette énergie doit être transformée en ATP, processus qui consomme de l’oxygène et produit de la chaleur. L’oxydation des substrats par l’organisme est hiérarchisée selon un ordre inverse à la capacité qu’à l’organisme à stocker ces macronutriments: 1) Glucides 2) Protéines 3) Lipides l’équilibre entre les ingestions et l’oxydation des lipides, est le déterminant majeur de la balance énergétique (stockage TG)

34. Apports énergétiques recommandés 2000-2500 Kcal/j 15% protéines 30% lipides 55% glucides Teneurs énergétiques des nutriments Lipides 38 KJ/g 9 Kcal/g Glucides 17 KJ/g 4 Kcal/g Protéines 17 KJ/g 4 Kcal/g 1 Kg de graisse de réserves = 9000 Kcal NB: ethanol = 7Kcal/g Rappel 1 kcal = 4.18 kJ

36. Pour mémoire

37. AP • Dépenses • La dépense énergétique des 24 h se répartit en trois postes principaux d’inégale importance : • 1) Le métabolisme de repos qui représente 60-75 % de la DET • 2) La dépense lié à l’activité physique, variable ( 15 à 30 % DET) • 3) La thermogénèse, effet thermique des aliments (10 % DET) T DER

39. A ces trois postes principaux de dépense énergétique, • il faut ajouter des dépenses inhabituelles • qui, dans certaines circonstances, peuvent constituer un coût important. • croissance (cout énergétique faible) • réparation et cicatrisation • (peut s’avérer très important, ex: brûlures étendues) • réactions de défense contre les infections, réactions inflammatoires • (ex = augmentation de 80% si péritonite) • L’ensemble de ces dépenses énergétiques constitue la dépense énergétique totale.

40. 1) METABOLISME DE BASE (MB) ou DEPENSE ENERGETIQUE DE REPOS (DER) • Le métabolisme de base correspond à la DE minimale pour le • fonctionnement et l’entretien de l’organisme • (pompes ioniques, turnover de substrats, maintien de la température,…) • Il est mesuré dans des conditions standardisées (DER) • - à jeun (minimum 12h) • le matin (8-10 h) • à température neutre (19-24 °C) • au repos (décubitus, silence) • NB: La dépense énergétique pendant le sommeil est <  5 % par rapport à la DER • Contribution des différents organes au MB Foie Foie 25 % Cerveau 20 % Cœur 9 % Reins 7 % Muscles 25 %

41. Le métabolisme base varie • de façon proportionnelle au poids et à la Masse Maigre • dépend de l’âge et su sexe essentiellement par le biais de la MM • la MM explique 80 % de la variabilité de la DER • Avec la mesure de la MM on peut estimer la DER • pas d’équation très satisfaisante • DER = 30 Kcal/ kg MM/ 24h • DER = 21MM +50 • Facteurs génétiques ( 20 % restant) • Facteurs hormonaux (sympathique, thyroïde, cycle menstruel,..) • température, apports alimentaires antérieurs, stress,…

42. TPP • 2) L’EFFET THERMIQUE DES ALIMENTS • l’énergie chimique des aliments doit être convertie en énergie utilisable • Les aliments doivent être: • - digérés, c’est-à-dire transformés en substances plus simples, • - puis être stockés par exemple au niveau du foie et du muscle sous forme de • glycogène, ou au niveau du tissu adipeux sous forme de triglycérides. • Le coût énergétique de ces processus varie avec les voies biochimiques empruntées • représente environ (en % de la valeur calorique ingérée): • - 5 % à 10 % pour les glucides, • 20 % à 30 % pour les protéines, • < 5 % pour les lipides. • S’ajoute une partie facultative, régulé par le SNA sympathique au niveau du muscle et du tissu adipeux brun = perte d’énergie sous forme de chaleur grâce aux protéines découplantes (UCP) de la mitochondrie. • Dépend de palatabilité du repas, qtté glucides simples, exercice physique préalable, degré d’obésité, caféine, nicotine,… DER exercice

43. thermogenèse adaptative bAR Glucose TG pyruvate AGL H+ H+ ATP synthase UCP NADH/NAD chaleur FADH/FAD krebs H+ H+ ATP

44. 3) EXERCICE PHYSIQUE Très variable, 20-25 % dans les pays développés Peut atteindre 70 % chez sportif ou travailleur de force Peut se mesurer en chambre calorimétrique, actimètre,.. Tables d’activités

45. VARIABILITE DE LA DEPENSE ENERGETIQUE extrêmement variable d’une personne à l’autre. facteur très important à prendre compte dans la définition des besoins énergétiques individuels. une prescription calorique généralisée n’a pas de sens: par exemple, illusoire de prescrire 1 800 kilocalories par jour à tous les patients hospitalisés ;  D’où l’interrêtde la mesure de la DE pour calculer la ration calorique nécessaire pour maintenir le poids stable

46. Principaux facteurs de variation de la DE IntrinsèquesExtrinsèques DER MM âge, sexe H. Thyroïdiennes turnover protéique Thermogenèse SNA température ext tissu adipeux brun prise alimentaire état nutritionnel substances Ө, stress Activité physique Masse musculaire durée exercice rendement (VO2 max) intensité

47. VARIABILITE AVEC LA MASSE • La DE est proportionnelle au poids • La MM détermine la DE de façon beaucoup plus précise que le poids • Ceci est vrai tant pour la DE des 24 h que pour la DER • La DE est aussi corrélée à la surface corporelle (pertes de chaleur + corpulence) • DER  1000 kcal/24h/m² • Dans l’obésité (augmentation MG) augmentation DE par • - Augmentation MM (excès poids = environ 75% MG et 25 % MM) • - Cout mobilité • - Thermogenèse PP facultative

48. 1999

49. VARIABILITE AVEC L’AGE • La dépense énergétique totale diminue avec l’âge • D’une part, le métabolisme de base diminue d’environ 2 % tous les 10 ans • à cause de la réduction de la masse maigre associée à l’âge • + défaut métabolique spécifique du vieillissement? • D’autre part, la dépense énergétique liée à l’activité physique est diminuée • réduction du temps passé en activités physiques, déficits physiques ou handicaps • Chez l’enfant = coût de la croissance • DE = 120 kcal/kg (vs 45 kcal/kg chez l’adulte) • Peut atteindre 50 % de l’énergie ingérée

50. VARIABILITE AVEC LE SEXE DET plus faible chez la femme S’explique en parti par une MM plus faible Même après prise en compte des différences de composition corporelle, la femme dépense moins d’énergie que l’homme ( <  10 %) pas d’explications satisfaisantes à cet état de fait. Varie en fonction du cycle (température, menstruations)