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Chapitre 9

Les macronutriments: glucides, lipides et protéines

GLUCIDES

La principale source d'énergie de la plupart des Africains, des Asiatiques et des Sud-Américains est constituée de glucides qui peuvent atteindre 80 pour cent de leur ration. Dans les pays industrialisés, par contre, les glucides ne constituent que 45 à 50 pour cent de la ration quotidienne.

Les glucides sont composés de carbone, d'hydrogène et d'oxygène dans les proportions 6:12:6. Leur métabolisme produit de l'énergie et libère du dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau (H2O). Dans l'alimentation humaine, les glucides sont surtout représentés par l'amidon et différents autres sucres. On peut les diviser en trois groupes:

Monosaccharides

Les glucides les plus simples sont les monosaccharides ou sucres simples. Ils traversent la barrière intestinale sans être modifiés par les enzymes digestives. Les plus courants sont le glucose, le fructose et le galactose.

Le glucose, appelé aussi dextrose, se trouve notamment dans les fruits, les patates douces et les oignons. La majorité des autres glucides, comme les disaccharides et l'amidon, sont convertis en glucose par les enzymes digestives. Le glucose est oxydé pour produire de l'énergie et du dioxyde de carbone qui est rejeté par la respiration.

Comme le glucose est le sucre présent dans le sang, c'est celui qu'on utilise le plus pour fournir de l'énergie en alimentation intraveineuse. Il s'agit généralement de glucose dissous à 5 ou 10 pour cent dans de l'eau stérile.

Le fructose se trouve dans le miel et les fruits. Le galactose résulte de la digestion du lactose, sucre du lait, qui se scinde en galactose et glucose.

Disaccharides

Les disaccharides, composés de deux sucres simples, doivent être scindés en monosaccharides avant de pouvoir être absorbés par l'intestin. Ce sont le saccharose, le lactose et le maltose. Le sucrose ou saccharose est le nom du sucre de table (qui sert par exemple à sucrer le café). Il est extrait de la canne à sucre ou des betteraves sucrières. On le trouve aussi dans les carottes et l'ananas. Le lactose se trouve dans le lait animal et humain; sa saveur est beaucoup moins sucrée. Le maltose se trouve dans les graines germées.

Polysaccharides

Les polysaccharides sont les sucres les plus complexes. Ils sont habituellement insolubles dans l'eau et quelques-uns seulement sont utilisables par l'homme. Ce sont par exemple l'amidon, le glycogène et la cellulose.

L'amidon est une source d'énergie majeure que l'on trouve surtout dans les graines de céréales et dans les racines comme les pommes de terre et le manioc. L'amidon est libéré par la cuisson sous l'effet de la chaleur qui fait éclater les granules.

Le glycogène est fabriqué par l'organisme; on l'appelle aussi amidon humain. Il est constitué de monosaccharides produits par la digestion de l'amidon de l'alimentation. Dans l'intestin, l'amidon du riz ou du manioc, par exemple, est scindé en monosaccharides qui passent dans le sang. Les monosaccharides en excédent qui ne sont pas utilisés immédiatement pour produire de l'énergie sont réunis pour former du glycogène. Le glycogène est stocké dans les muscles et le foie en petites quantités.

Tous les glucides digestibles qui sont consommés en quantité supérieure aux besoins immédiats de l'organisme sont transformés en graisse et stockés dans le tissu adipeux sous-cutané ou ailleurs.

La cellulose, l'hémicellulose, la lignine, la pectine et les gommes sont parfois appelées glucides non assimilables, car l'homme ne peut pas les digérer. La cellulose et l'hémicellulose sont des polymères végétaux qui constituent la base des parois cellulaires. Ce sont des substances fibreuses. La cellulose qui est un polymère du glucose est l'une des fibres des plantes vertes. L'hémicellulose est habituellement un polymère d'hexose et de pentose. La lignine est le principal constituant du bois. Les pectines se trouvent dans les tissus végétaux et la sève et sont des polysaccharides colloïdaux. Les gommes sont des glucides visqueux extraits de plantes. Les pectines et les gommes sont utilisées par l'industrie alimentaire. Le tube digestif humain ne peut pas les décomposer ou les utiliser pour produire de l'énergie. Par contre, le bétail possède des bactéries intestinales qui permettent de décomposer la cellulose et de produire de l'énergie. Chez l'homme, ces substances non assimilables traversent le tube digestif et constituent la majeure partie du volume et du ballast des selles, c'est pourquoi on les appelle néanmoins "fibres alimentaires".

Les fibres font l'objet d'un intérêt croissant, car on considère à présent les régimes riches en fibres comme favorables à la santé. Le premier avantage de ces régimes riches en fibres est de réduire l'incidence de la constipation. Le volume alimentaire produit par les fibres contribue sans doute à la sensation de satiété et devrait permettre de réduire les excès alimentaires et l'obésité. La présence de ces fibres accélère le transit des aliments et contribue donc au bon fonctionnement de l'intestin. Enfin, les fibres se lient à la bile dans l'intestin grêle.

On admet à présent que la richesse en fibres de la majorité des alimentations traditionnelles contribuerait largement à la prévention de nombreuses maladies qui sont beaucoup plus fréquentes dans les pays industrialisés. En facilitant le passage rapide des aliments à travers le tube digestif, les fibres pourraient contribuer à limiter les appendicites, les diverticulites, les hémorroïdes et peut-être même l'athérome, cause des maladies coronariennes, et certains cancers.

La consommation régulière de glucides collants et fermentescibles peut favoriser les caries dentaires surtout en cas d'hygiène insuffisante. Le fluor sous forme orale ou en application locale constitue alors la meilleure protection (voir chapitre 21).

LIPIDES

Dans la plupart des pays en développement, les lipides ne constituent qu'une faible part de la ration énergétique, souvent 8 à 10 pour cent seulement. Dans les pays industrialisés, au contraire, cette proportion est bien plus élevée. Aux Etats-Unis, elle est en moyenne de 36 pour cent.

Les lipides, comme les glucides, comportent du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène. Ils sont insolubles dans l'eau mais solubles dans des solvants chimiques comme l'éther, le chloroforme et les benzènes. Le terme "lipides" englobe toutes les graisses comestibles de l'alimentation humaine, qu'elles soient solides à température ambiante comme le beurre ou liquides comme les huiles d'arachide ou de graines de coton. (Dans certains cas, le mot "huile" désigne les graisses liquides à température ambiante, alors que le mot "matières grasses" est réservé aux autres graisses.)

Les graisses de l'organisme se répartissent en deux groupes: les graisses structurelles et les graisses de réserve. Ces dernières constituent, comme leur nom l'indique, une réserve d'énergie alors que les lipides de structure font partie intégrante des membranes cellulaires, des mitochondries et de certains organites intracellulaires.

Le cholestérol se trouve dans toutes les membranes cellulaires. Il joue un rôle important dans le transport des lipides et il est le précurseur des sels biliaires et des hormones surrénaliennes et sexuelles.

Les lipides alimentaires consistent surtout en triglycérides. Ceux-ci peuvent être scindés en glycérol et en acides gras qui sont des chaînes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Cette scission ou digestion des lipides se fait dans l'intestin humain sous l'action d'enzymes appelées lipases provenant du pancréas ou des sécrétions intestinales. Les sels biliaires, fabriqués par le foie, émulsifient les acides gras pour les rendre plus solubles dans l'eau et plus facilement absorbables.

Les nombreux acides gras de l'alimentation humaine se répartissent en deux groupes: saturés et insaturés. Ces derniers peuvent être poly ou monoinsaturés. Les acides gras saturés possèdent le nombre maximal d'atomes d'hydrogène que leur structure chimique autorise. Toutes les graisses alimentaires sont un mélange d'acides gras saturés et insaturés. En simplifiant, les graisses provenant d'animaux terrestres (viande, beurre et ghee) contiennent plus d'acides gras saturés que les graisses d'origine végétale. Les graisses provenant de végétaux et, jusqu'à un certain point, de poissons contiennent plus d'acides gras insaturés et surtout polyinsaturés (AGPI). Il y a bien sûr des exceptions comme l'huile de coco, qui est riche en acides gras saturés.

Cette classification est primordiale en matière de santé car la consommation excessive de graisses saturées est l'un des facteurs de l'athérome et des maladies coronariennes (voir chapitre 23). Les AGPI auraient au contraire un rôle protecteur.

Les AGPI comprennent deux acides gras appelés essentiels car nécessaires à une bonne santé: les acides linoléique et linolénique. Ils jouent un rôle majeur dans la synthèse de structures cellulaires et de nombreux composés biologiques importants. Des études récentes ont aussi mis en évidence les bénéfices d'acides gras à chaîne plus longue dans la croissance et le développement des jeunes enfants. L'acide arachidonique et l'acide docosahexaénoïque seraient essentiels à la croissance et au développement des jeunes enfants. Des expériences réalisées sur des animaux et des études effectuées chez l'homme ont mis en évidence des altérations de la peau, de la croissance et du fonctionnement vasculaire et neurologique en l'absence de ces acides; de plus, ils sont sans aucun doute essentiels à la nutrition des cellules et tissus de l'organisme.

Les lipides sont indispensables pour donner un goût agréable aux aliments. Ils apportent aussi 9 kcal/g, soit près du double des calories apportées par les glucides et les protéines (environ 4 kcal/g); ils permettent donc de réduire le volume des aliments. Une personne qui accomplit un travail très dur surtout en climat froid, peut avoir besoin de 4 000 kcal par jour. Dans ce cas, il est indispensable qu'une large proportion de la ration provienne des lipides pour éviter un volume excessif. Le volume de la ration constitue souvent un grave problème chez les jeunes enfants. Il est donc souhaitable d'augmenter dans des limites raisonnables le contenu en graisse ou en huile de leur alimentation afin d'augmenter la densité énergétique d'une alimentation à base de glucides volumineux.

Les lipides servent aussi de véhicule au transport des vitamines liposolubles (voir chapitre 11).

Les lipides, certains lipides surtout, sont donc indispensables à la santé. Mais presque tous les types d'alimentation en fournissent suffisamment.

Les graisses stockées dans l'organisme servent d'énergie de réserve. C'est une façon pratique de stocker de l'énergie car, à poids égal, les lipides en produisent deux fois plus que les glucides. Sous la peau, la graisse sert d'isolant thermique et elle sert de tissu de support à plusieurs organes dont le cœur et l'intestin.

Toutes les graisses de l'organisme ne proviennent pas nécessairement de graisses alimentaires. Les calories excédentaires provenant des glucides et des protéines du maïs, du manioc, du riz ou du blé peuvent être converties en graisse dans l'organisme.

PROTÉINES

Tout comme les glucides et les lipides, les protéines contiennent du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène, mais aussi de l'azote et souvent du soufre. L'azote est un élément primordial nécessaire à la croissance et à la cicatrisation. Les protéines sont les principaux constituants structurels des cellules et des tissus et constituent, avec l'eau, la majeure partie des muscles et des organes. Elles varient d'un tissu à l'autre selon qu'elles sont dans le foie, le sang ou des hormones.

Elles sont nécessaires pour:

Bien que les protéines puissent aussi fournir de l'énergie, elles sont surtout des constituants essentiels des cellules. Toutes les cellules doivent être remplacées à un moment ou un autre et ce remplacement nécessite des protéines.

Les protéines consommées en excès de la ration nécessaire à la croissance, au renouvellement des cellules et des liquides biologiques et à diverses autres fonctions métaboliques, sont transformées en glucides et stockées comme réserve d'énergie. Si l'apport calorique des glucides et lipides de la ration est insuffisant, une partie des protéines sera transformée en énergie et donc indisponible pour la croissance, le renouvellement cellulaire et les autres besoins métaboliques. Cela est particulièrement important pour les enfants qui ont besoin de plus de protéines pour grandir. S'ils ne reçoivent pas assez de nourriture pour leurs besoins en énergie, une partie des protéines consommées sera détournée pour fournir de l'énergie.

Acides aminés

Les protéines sont des grosses molécules faites de chaînes d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques. Les différentes protéines correspondent à des acides aminés différents liés d'une manière différente. Le nombre élevé d'acides aminés permet un grand nombre de combinaisons, donc de protéines différentes.

Lors de la digestion, sous l'action des enzymes protéolytiques gastriques et intestinales, les protéines sont scindées en peptides et en acides aminés de la même façon que les amidons sont scindés en monosaccharides et les lipides en acides gras.

Les végétaux sont capables de synthétiser des acides aminés à partir de substances chimiques inorganiques. Les animaux n'ont pas cette capacité; les acides aminés dont ils ont besoin proviennent tous de la consommation de plantes ou d'autres animaux. Comme les protéines des animaux consommés par l'homme viennent des plantes consommées par ces animaux, tous les acides aminés humains ont une origine végétale.

La capacité de convertir un acide aminé en un autre varie chez les animaux et est très limitée chez l'homme. Cette conversion a lieu essentiellement dans le foie. Si la possibilité de conversion était illimitée, cela simplifierait considérablement le problème de la ration protéique et de la prévention des carences. Il suffirait de fournir une quantité suffisante de n'importe quelle protéine sans tenir compte de sa qualité, c'est-à-dire de sa composition en acides aminés.

Parmi les nombreux acides aminés, 20 sont communs aux plantes et aux animaux. Parmi eux, huit sont considérés comme indispensables à l'homme et sont appelés essentiels: la phénylalanine, le tryptophane, la méthionine, la lysine, la leucine, l'isoleucine, la valine et la thréonine. Un neuvième acide aminé, l'histidine, est indispensable à la croissance et est donc essentiel pour les enfants; il pourrait aussi être nécessaire à la cicatrisation. Les autres acides aminés sont: la glycine, l'alanine, la sérine, la cystine, la tyrosine, l'acide aspartique, l'acide glutamique, la proline, l'hydroxyproline, la citrulline et l'arginine. Chaque protéine comporte un mélange spécifique d'acides aminés qui contiennent ou pas les huit acides aminés essentiels.

Qualité et quantité des protéines

Pour évaluer la valeur protéique d'un aliment, il faut savoir combien de protéines totales il contient et quels acides aminés, notamment essentiels, et dans quelles proportions. On connaît bien à présent la valeur protéique de la plupart des aliments. Certains protéines ont un mélange d'acides aminés plus intéressant que les autres; on dit qu'elles ont une valeur biologique élevée. L'albumine de l'œuf et la caséine du lait, par exemple, contiennent les huit acides aminés essentiels dans de bonnes proportions et sont supérieures à la zéine du maïs, qui contient peu de tryptophane et de lysine, ou à la protéine du blé, qui contient très peu de lysine. Il ne faut pas pour autant considérer que les protéines du blé et du maïs sont sans valeur: elles contiennent une certaine quantité des acides aminés essentiels et d'autres acides aminés. Leurs insuffisances peuvent être compensées si on les consomme avec d'autres protéines qui contiennent une plus grande quantité des acides aminés déficients. Deux aliments qui ont une valeur protéique basse peuvent ainsi aboutir à un mélange d'excellente qualité s'ils sont consommés ensemble.

L'homme, et surtout l'enfant, qui consomme une nourriture carencée en protéines animales a besoin d'un ensemble varié d'aliments d'origine végétale et pas seulement d'un aliment de base. Dans de nombreux plats traditionnels, des légumineuses (arachides, haricots, pois chiches, etc.), bien que pauvres en acides aminés soufrés, complètent parfaitement les céréales, pauvres en lysine. Un mélange de protéines végétales, surtout si elles sont consommées lors du même repas, peut donc remplacer les protéines animales (photo 12).

La FAO a produit des tableaux du contenu en acides aminés essentiels de différents aliments qui permettent de voir quelles sont les associations les plus favorables. Il reste cependant à vérifier que la quantité totale de protéines et d'acides aminés est suffisante.

La qualité d'une protéine dépend dans une large mesure de sa composition en acides aminés et de sa digestibilité. Si un ou plusieurs acides aminés essentiels manquent, sa qualité diminue. L'acide aminé essentiel le plus déficient est appelé "acide aminé limitant". C'est lui qui détermine le rendement de l'ensemble de la protéine. Mais, comme les humains consomment généralement des plats contenant un ensemble de protéines et non des protéines isolées, les nutritionnistes s'intéressent à la qualité de l'ensemble du repas et non à celle d'un aliment isolé. Si l'alimentation habituelle est déficiente en un acide aminé essentiel, cette carence limite l'utilisation des autres acides aminés pour construire de nouvelles protéines.

Les lecteurs qui souhaitent se familiariser avec la détermination de la qualité des protéines trouveront plus de détails dans les ouvrages de nutrition cités dans la bibliographie. Une méthode consiste à mesurer la croissance et la rétention d'azote du jeune rat. Une autre repose sur la détermination d'un score d'acides aminés ou score chimique qui consiste à comparer le rendement protéique de l'aliment considéré avec celui d'une protéine de grande qualité comme l'œuf.

On peut donc définir ce score comme le rendement de l'aliment protéique considéré, par rapport à celui des protéines de l'œuf. L'utilisation protéique nette (UPN) mesure le pourcentage de protéine utilisé par rapport à la quantité consommée. Le tableau 16 présente le score et l'UPN des protéines de cinq aliments courants.

Il n'est pas facile et habituel de calculer l'UPN chez l'homme; on le fait donc le plus souvent chez le rat. Le tableau 16 suggère qu'il existe une bonne corrélation entre le rat et l'enfant et que le score chimique constitue une estimation acceptable de la qualité de la protéine.

Pour les professionnels de la nutrition, qu'il s'agisse d'un diététicien dans un hôpital, d'un ingénieur agronome ou d'un éducateur en nutrition, la notion importante est que la valeur protéique est variable et que le mélange de plusieurs aliments améliore la qualité protéique des repas. Le tableau 17 indique le contenu protéique et le score d'acides aminés limitants de quelques aliments végétaux courants. On y trouve également le score de la lysine, car c'est l'acide aminé le plus souvent déficient.

Digestion et absorption des protéines

Les protéines de l'alimentation subissent une série de modifications chimiques dans le tube digestif. La physiologie de cette digestion est complexe: les protéines sont hydrolysées en acides aminés sous l'action de la pepsine et de la rénine gastriques, de la trypsine pancréatique et de l'érepsine intestinale. La majorité des acides aminés est absorbée dans l'intestin grêle et passe dans le courant sanguin pour gagner le foie et les autres organes. Tout excédent d'acides aminés est scindé en deux parties: le groupement amine (NH2) sera excrété dans l'urine sous forme d'urée et le reste transformé en glucose. On a maintenant des preuves qu'une petite fraction des protéines gagne certaines cellules de la paroi intestinale. Certaines pourraient jouer un rôle dans la transmission de l'immunité de la mère à son nouveau-né.

Une faible partie des protéines et acides aminés libérés dans l'intestin n'est pas absorbée. Elle forme l'azote fécal avec les cellules desquamées des villosités intestinales remaniées par les bactéries et les différents microorganismes intestinaux.

La majorité des protéines humaines se trouve dans les muscles. Il n'existe pas de véritable système de stockage des protéines comme il en existe un pour les graisses et le glycogène. Mais on est certain à présent qu'un individu bien nourri a suffisamment de protéines dans son organisme pour rester en bonne santé même si son apport alimentaire de protéines est interrompu quelques jours.

TABLEAU 16

Score chimique et utilisation protéique nette de quelques aliments

Aliment

Score chimique

UPN chez l'enfant

UPN chez le rat

œuf entier

100

87

94

Lait humain

100

94

87

Riz

67

63

59

Maïs

49

36

52

Blé

53

49

48

Source: Adapté de FAO/OMS, 1973.

TABLEAU 17

Contenu en protéines, score des acides aminés limitants et score de la lysine

de quelques aliments végétaux

Aliment

Protéines (%)

Score des acides aminés limitants

Score de la lysine

Céréales

 

 

 

Maïs

9,4

49 (lysine)

49

Riz blanc

7,1

62 (lysine)

62

Farine de blé

10,3

38 (lysine)

38

Mil

11

33 (lysine)

33

Légumineuses

 

 

 

Haricots

23,6

100

118

Pois secs

23,5

100

117

Arachides

25,8

62 (lysine)

62

Légumes

 

 

 

Tomate

0,9

56 (leucine)

64

Potiron

1,2

70 (thréonine)

95

Poivron

0,9

77 (lysine-leucine)

77

Manioc

1,3

44 (leucine)

56

Pomme de terre

2,1

91 (leucine)

105

Source: Adapté de Young et Pellett, 1994.

Besoins en protéines

Les besoins des enfants sont supérieurs à ceux des adultes à cause de la croissance. Lors des premiers mois, les nourrissons ont besoin de 2,5 g par kg de poids et par jour. Entre 9 et 12 mois, le besoin diminue à 1,5 g. Cependant, les protéines ne sont utilisées pour la croissance que si l'apport énergétique global est satisfaisant. Une femme enceinte a besoin d'un supplément de protéines pour le développement du fœtus. De même, une femme qui allaite a besoin de plus de protéines pour compenser celles excrétées dans le lait. Dans certains pays, les mères peuvent allaiter jusqu'à deux ans; il leur faut donc des protéines supplémentaires pendant neuf mois plus deux ans pour chaque enfant qu'elles mettent au monde.

Les besoins en protéines et les doses recommandées ont fait l'objet de recherches, de débats et de nombreux désaccords au cours des 50 dernières années. La FAO et l'OMS rassemblent régulièrement des experts pour faire le point des connaissances et publier des directives. Les recommandations les plus récentes émanent d'une réunion entre experts de la FAO, de l'OMS et de l'Université des Nations Unies (UNU) à Rome en 1985. La dose journalière de sécurité a été fixée à 1,5 g par kg pour un enfant de 1 an, puis à 1 g pour un enfant de 6 ans. Les apports recommandés par les Américains sont un peu plus élevés: 1,75 g à un an et 1,2 g à 6 ans. Chez les adultes, les recommandations FAO/OMS/UNU sont de 0,8 g/kg pour les femmes et 0,85 g/kg pour les hommes.

Ces valeurs ainsi que les recommandations aux femmes enceintes et allaitantes sont reprises dans l'annexe 1. Elles sont fournies pour deux types d'alimentation: un régime riche en fibres composé principalement de céréales, de racines et de légumineuses avec peu d'aliments d'origine animale, et, d'autre part, une alimentation plus variée avec moins de fibres et plus de protéines complètes. Par exemple, une femme non enceinte pesant 55 kg a besoin de 49 g de protéines dans le premier cas et de 41 g dans le second. En effet, les fibres réduisent l'utilisation des protéines.

Un apport protéique insuffisant compromet la croissance et la cicatrisation. Il est particulièrement préjudiciable à l'enfant, non seulement parce qu'il grandit mais aussi parce que le risque infectieux est spécialement élevé dans l'enfance. De même, un apport insuffisant d'énergie compromet la croissance, car une partie de l'apport protéique sera détournée en fourniture d'énergie et indisponible pour la croissance.

Dans de nombreux pays en développement, mais pas tous, l'apport protéique est souvent faible et surtout d'origine végétale. Ce n'est pas par choix que les aliments d'origine animale font défaut: pour la majorité des Africains et des Sud-Américains défavorisés, ils sont plus difficiles à se procurer, à produire, à stocker et surtout plus chers. Dans les pays pauvres, les régimes pauvres en viande, poisson et laitages sont courants.

Les infections induisent une perte d'azote de l'organisme qui doit être compensée par un apport protéique alimentaire. Les personnes souvent malades ont donc des besoins protéiques plus élevés. Il faut garder cet élément à l'esprit, car beaucoup d'enfants dans les pays en développement souffrent d'une série pratiquement ininterrompue de maladies infectieuses; ils ont souvent la diarrhée et ont des parasites intestinaux.

PHOTO 12

Une femme et un enfant récoltent des arachides, aliment riche en lipides, protéines et vitamines B; l'adjonction d'une poignée d'arachides chaque jour à l'alimentation de tous les Africains pourrait pratiquement éliminer la majorité des malnutritions

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