PREVOT S.

SOUVANLANANH T.

Lycée du Coudon - La Garde

2018 - 2019

Le diagramme circulaire ci-dessous illustre les 7 groupes d’aliments dans des proportions différentes qui représente l’assiette idéale :

• une part de produits sucrés (bonbon, soda, dessert..)

• une part de viandes (poisson, oeuf, mammifère..)

• une part de produits laitiers (yaourt, lait, fromage..)

• une part de matières grasses (beurre, huile..)

• deux parts de fruits et légumes (agrume, champignon, salade..)

• deux parts d’amidon (féculent, pain..)

Il ne faut pas oublier la consommation d’eau minérale qui reste essentiel à notre corps mais aussi à nos os grâce car elle apporte des minéraux.

En France c'est l'ANSES (Agence Nationale de Sécurité Sanitaire) anciennement l'AFSSA, qui est chargée d'établir quels sont les besoins nutritionnels de la population. En 2016 elle a édité un nouveau rapport qui indique les Apports Nutritionnels Conseillés (ANC), aujourd'hui renommés RNP, Référence Nutritionnelle pour la Population. On utilisera dans ce rapport surtout le sigle ANC car toute la littérature existante utilise ce terme.

Les apports nutritionnels portent sur différents groupes d’aliments (fruits et légumes, féculents, laitage, viande ...) et sur l’activité physique, avec des spécificités pour les enfants, les adolescents, les personnes âgées, les femmes enceintes et allaitantes. L’estimation du besoin énergétique nécessite de connaître le besoin énergétique basal des individus d’une population, lui-même estimé à partir de l’âge, du sexe, de la taille et du poids, et de connaître le niveau d’activité physique (NAP).

De manière générale, le bol alimentaire doit permettre d'apporter les 3 macronutriments (glucides, protides et lipides) dans les proportions suivantes afin de couvrir les besoins énergétiques journaliers qui sont de 2800 Kcal/j pour l'homme et 2100 kCal pour la femme :

Ceci correspond à environ 80g de protides, 400g de glucides, et 60-90g de lipides. En effet rappelons que 1g de protide ou de glucide permet correspond à 4 kCal alors que 1g de lipide correspond à 9 kCal.

Le Calcium représente environ 1,5 % de la masse corporelle. Dans 99 % des cas il se présente sous la forme de sels (hydroxyapatite) dans les os et les dents et contribue significativement à l’ossification. Mais le calcium est également présent (1%) sous sa forme d’ion Ca2+ est s’avère nécessaire pour la contraction musculaire, la coagulation du sang ou encore l’émission du signal nerveux. Toutes ces raisons font que l’ANSES recommande un apport de cet élément via l’alimentation.

Comme le présente le tableau ci-dessus, nous n’avons pas les mêmes besoins quotidiens de calcium selon notre âge. On remarque que la quantité la plus élevée se trouve lors de l’adolescence avec 1,3 g/j suivi par les personnes de plus de 50 ans. Ceci est en accord avec les données vues précédemment concernant l’évolution de la masse osseuse : en effet les femmes ménopausées subissent une perte osseuse très importante après 50 ans et on comprend donc qu’il faut compenser ce déséquilibre avec un apport en calcium plus important.

De manière plus générale lorsque notre alimentation ne propose pas assez de calcium pour subvenir à nos besoins les os se fragilisent entre parce que le corps « prend » le calcium là où il est stocké : les os.

Quels sont donc les aliments qui sont connus comme étant riches en calcium ?

(source : 2016, osteoporosis Canada. https://www.iofbonehealth.org/)

ANSES propose à tout un chacun d’accéder librement et gratuitement à une base de données, Ciqual (https://ciqual.anses.fr/) qui donne la composition nutritionnelle de 2800 aliments. Nous avons donc extrait de cette base quelques aliments naturellement riches en Calcium. La teneur en Calcium de ces aliments est donnée en mg pour une portion de 100g  (tableau 1).

On constate que les aliments les plus riches en calcium sont les produits lactés, suivis par certains poissons. Les légumes peuvent également être considérés comme une source non négligeable de calcium. Certaines eaux minérales se caractérisent aussi par leur teneur plus ou moins importante en calcium. Ainsi on considère que les eaux riches en calcium sont celles qui contiennent plus de 120 mg/L de calcium : Hépar (549 mg/L), Contrex (468 mg/L), Salvetat (253 mg/L), Quézac (170 mg/L), Saint Amand (230 mg/L), San Pellegrino (174 mg/L), Vittel (240 mg/L), Badoit (190 mg/L) …

A- Matériels et méthodes

Nous avons suivi le protocole « calcium – Méthode CPC » commercialisé par Biolabo. Ce kit biochimique est utilisé par les laboratoires d’analyses pour doser le calcium total dans le serum (calcémie) et les urines humaines (calciurie) afin de diagnostiquer certaines pathologies. La zone de linéarité est 2-100 mg/L. Toutes les mesures spectrophotométriques se font à la longueur d’onde de 570 nm. Ici nous avons tenté d’utiliser ce kit pour doser le calcium qui a été retiré de l’os sous l’effet de l’acide acétique.

B- Résultats

Les résultats ci-dessous (figure 16) permettent de faire la relation entre la concentration en calcium et l’absorbance à 570 nm : c’est l’application de la loi de Beer-Lambert.

L’équation de la droite qui passe par l’origine est Abs. = 0,0977 x [Ca] avec un coefficient de corrélation r = 0,997.

On a ensuite mesurer l’absorbance des échantillons (figure 17) et les valeurs sont ci-dessous :

HG = Hors Gamme

Préparation des échantillons

Nous avons préparé tous nos échantillons : urine en duplicata (U1 et U2) et solutions d’acide acétique où ont macéré les os de poulets (os1 et os2). Nous avons procédé à des dilutions (1/10 et 1/100) afin d’être sûrs qu’au moins une des solutions serait comprise dans les valeurs de la gamme de Calcium . Le protocole est résumé dans le tableau ci-dessous :

On réalise simultanément le même protocole avec nos échantillons car ils doivent être traités de la même manière que ceux de la gamme :

Gamme étalon en Calcium

Préparation des différents tubes de la gamme d'étalonnage à partir d'une solution mère en calcium de 100 mg/L. Cette solution mère est une solution standard qui se présente sous la forme lyophilisée et à laquelle on a ajouté 5 ml d’eau distillée grâce à une pipette jaugée. Les tubes de la gamme se font sous un volume de 1 ml. Pour connaître le volume de solution mère a introduire (V_i) dans chaque tube, nous avons utilisé la relation C_iV_i = C_fV_f avec C_i = 100 mg/L, V_f = 1 ml et C_f la concentration finale en Ca de chaque tube.

Figure 16 : Corrélation entre la concentration en Calcium et son absorbance à 570 nm.

Figure 17 : (A) « zéro » du spectrophotomètre à 570 nm avec le tube « 0 » de la gamme. (B) et (C) mesures des absorbances pour le tube 2 de la gamme étalon (20 mg/L) et de l’os1 dilué au 1/100. (photos personnelles)

La concentration en calcium a été déduite de l’absorbance à partir de l’équation précédente. Afin d’obtenir la concentration réelle on a ensuite multiplié par le facteur de dilution. Pour les urines on a ensuite multiplié le résultat par 1,5 L/24h qui correspond au flux urinaire.

Ainsi les résultats en calcium retrouvé dans les urines sont compris dans les valeurs attendues (100-300 mg/24h). On constate que les valeurs sont situées dans la limite basse mais on peut expliquer ce résultat car nous n’avons pas recueilli nos urines sur 24h. On les a prélevé le matin au lever. On peut donc en déduire que nos reins fonctionnent correctement et que le calcium est bien assimilé par notre organisme.

Concernant les résultats sur les os de poulet, on a pu estimer pour l’os1 (m=16,67g) et l’os2 (m=20,35g) une concentration en calcium respectivement de 412 et 475 mg/L.

Que peut-on dire de ces valeurs ?

Tout d’abord rappelons que les 2 os ont été plongés dans 300 mL d’acide acétique pendant 4 jours. On peut donc calculer la masse de calcium qui a diffusé depuis l’os vers la solution acétique au bout de ces 4 jours :

Os1 : [Ca] = 412 mg/L donc dans 300 ml on aura 412 x 0,3 = 124 mg de calcium

Os2 : [Ca] = 475 mg/L donc dans 300 ml on aura 475 x 0,3 = 143 mg de calcium

Dans la littérature il est dit que l’os est composé de 65 % de sels minéraux et que plus de 95 % de ces minéraux correspondent au calcium. On peut donc dresser un tableau pour faire une estimation de la masse théorique en calcium présente dans ces 2 os de poulet et calculer le rendement de cette extraction :

On constate que les quantités de calcium qui ont diffusé depuis l’os vers la solution d’acide acétique sont de l’ordre de 1 %. Ce procédé avec de l’acide acétique à 25 % pendant 4 jours n’a donc pas suffi pour extraire la totalité du calcium qui constitue l’os. On pourrait optimiser le protocole en utilisant de l’acide acétique plus concentré, en augmentant le temps de macération, en diminuant le volume dans lequel macère l’os. En effet les conditions que nous avons utilisé été arbitraires car aucune indication dans le protocole d’anthropologie légale de Lemonnier et ses collaborateurs (2012) n’était donnée sur les concentrations des réactifs et sur le temps de macération.

Cette expérience ne nous a donc pas permis de confirmer que 65 % des minéraux (dont plus de 95 % sous forme de calcium) composent les os, néanmoins elle valide la présence de Calcium mis en évidence dans l’expérimentation 1 avec l’oxalate d’ammonium.

Afin de couvrir ses besoins énergétiques quotidiens, l’homme doit apporter environ 10-20 % de cette énergie sous la forme de protides (ANSES, 2017). Cet apport varie en fonction de l’âge, mais aussi du sexe et enfin de l’activité physique. Le tableau 2 ci-dessous indique les RNP¹ fixées par l’ANSES :

Les protéines sont des molécules organiques que l’homme est capable de synthétiser car son patrimoine génétique (ADN) renferme les informations nécessaires pour les produire (phénomènes biologiques de la transcription suivi de la traduction). Néanmoins pour les synthétiser il faut que l’on apporte grâce à notre bol alimentaire les acides aminés nécessaires à leur synthèse. Il existe 20 acides aminés dont 9 sont dits essentiels car l’homme n’est pas capable de les synthétiser. Les acides aminés constituent les unités de base de l’élaboration d’une protéine. Selon leur nature et leur position dans la chaîne polypeptidique ils vont conférer à la protéine une fonction particulière. Ainsi lors de l’assimilation des protéines via le bol alimentaire, elles sont dégradées au niveau intestinal en acides aminés et ces derniers sont ensuite utilisés par notre corps pour synthétiser de nouvelles protéines.

Il existe une multitude de protéines dont les rôles sont divers : rôle structural (soutien des tissus) qui est assuré par des protéines fibreuses, rôle métabolique (enzymes, anticorps), rôle de transport (hémoglobine…) qui sont des protéines globulaires. Nous nous intéresserons ici à l’une d’entre elles, le collagène, qui est une protéine fibreuse et qui est très présente dans la composition des os (cf figure 5).

Ainsi chez les nourrissons, les besoins en protéines (et donc indirectement en acides aminés essentiels ou pas) devront couvrir à la fois les besoins énergétiques dont l’organisme a besoin mais aussi ceux impliqués dans la croissance de l’enfant. A titre d’exemple un enfant âgé de 9-12 mois ou de 1-3 ans couvrira respectivement ses besoins avec environ 20g ou 30g de viande ou de poisson, tout en conservant son lait de croissance.

Chez les enfants de 4 ans à la pré-adolescence, leurs besoins énergétiques seront couverts avec l’apport d 30-65g de protides et cela quelque soit leur sexe.

Chez les adolescents le sexe va conduire à des apports différents. De manière générale, ces apports protidiques seront plus élevés chez les hommes. Ainsi environ 70g de protéines seront nécessaires chez les filles alors qu’il faudra environ 90g chez les garçons.

Grâce à la base de données Ciqual de l’ANSES préalablement utilisé pour les aliments riches en calcium, nous avons cette fois extrait quelques aliments naturellement riches en protéines. La teneur en protéines de ces aliments est donnée en mg pour une portion de 100g  (tableau 3). De manière générale il y a deux sources de protides : celles dites d’origine animale et celles d’origine végétale.

On constate que les aliments les plus riches en protides sont ceux d’origine animale. Généralement il est établi dans la littérature qu’elles sont les plus complètes aussi bien au niveau quantitatif que qualitatif pour leur teneur en acides aminés.

Chez les adultes la distinction homme/femme est également importante. Une femme devra apporter quotidiennement 54-66g de protides alors chez les hommes cette quantité sera plus élevée : 65-90g. L’ANSES recommande que chez des adultes cet apport soit de 0,83g/masse corporelle/jour.

Chez les personnes âgées cet apport doit être de 1g/masse corporelle/jour.

Chez un sportif, c’est-à-dire la pratique d’une activité physique intense (1-2h par jour et 4-5 fois par semaine), la consommation en protéines sera fortement augmentée. Les apports seront compris entre 1,2 et 1,3g/kg/j.

Tableau 3 : Teneur en protéines (g) pour 100g d’aliment (extrait de la base de données CIQUAL - ANSES, 2018, https://ciqual.anses.fr/)