Métabolisme énergétique intégré

1.1 Métabolisme global et flexibilité métabolique

Le métabolisme énergétique global est caractérisé par la balance des apports et des dépenses énergétiques, nécessaire au maintien des fonctions vitales de l’organisme.

L’équation énergétique est donc positive lorsque les apports sont supérieurs aux dépenses et elle est à l’inverse négative quand la dépense devient plus élevée que les apports (Galgani &

Ravussin, 2008). En condition physiologique, l’équilibre de cette balance est dépendant de nombreux facteurs (âge, sexe, activité, etc…) mais aussi de modifications de l’environnement de l’organisme (jeûne, nourriture, température, stress…). L’adaptation permanente de l’organisme aux variations de ces paramètres définit la flexibilité métabolique, nécessaire au maintien de l’homéostasie. La sédentarité, le genre ou l’ethnie de l’individu, ou encore la fonte musculaire due au vieillissement peuvent prédisposer à une inflexibilité métabolique dans laquelle l’adaptabilité à oxyder des substrats pour mobiliser de l’énergie devient moindre. Au contraire, l’activité physique augmente la flexibilité métabolique ((Weyer et al., 1999); (Bergouignan et al., 2012) ; (Rynders et al., 2018)). De plus, des désordres métaboliques tels que l’obésité, l’insulino-résistance et le diabète de type 2 ont été associés à une inflexibilité métabolique se traduisant par un transport de glucose et une oxydation de substrats altérés dans les différents organes (Kelley & Mandarino, 2000). Il est intéressant de noter que certaines mutations génétiques prédisposent à une balance énergétique positive, affectant notamment la régulation de l’appétit et favorisant l’apparition de l’obésité. C’est par

35

exemple le cas pour des souris déficientes pour le gène codant la leptine (souris ob/ob), hormone satiétogène et activatrice de la dépense énergétique (cf. Chapitre III).

1.2 Dépense énergétique

La dépense énergétique d’un organisme est constituée de différentes composantes que sont le métabolisme de base, l’activité physique et, pour les homéothermes, la thermorégulation. L’énergie métabolisée représente finalement la différence entre l’énergie absolue contenue dans les substrats utilisés (carbohydrates, lipides, protéines, alcool) et la perte de cette énergie dans les fécès et l’urine (Hall et al., 2010). Il est possible de calculer la dépense énergétique grâce à l’utilisation de cages métaboliques, que ce soit chez le rongeur ou chez l’homme, par une technique de calorimétrie indirecte qui permet de mesurer l’échange de gaz en soustrayant l’apport en O2 consommé pour brûler les substrats et le volume de CO2 produit. De plus, la détermination du quotient respiratoire (QR) chez le mammifère permet de voir la proportion de substrats oxydés (Valeurs de référence : Carbohydrates = 1 et Lipides = 0,7). Bien qu’encore controversé, ce paramètre est intimement corrélé au poids corporel ou bien à la proportion de masse maigre ou grasse de l’individu.

Le métabolisme de base est défini par la dépense énergétique minimale nécessaire pour maintenir les fonctions vitales de l’organisme. Elle est mesurée sur vingt-quatre heures, au repos, et à thermoneutralité. Le métabolisme basal est propre à chaque individu puisqu’il dépend principalement de la proportion de masse maigre (foie, cerveau, cœur, reins, muscles) et en particulier du pourcentage de masse musculaire.

Outre la dépense énergétique quotidienne représentée par le métabolisme basal, d’autres facteurs interviennent dans la dépense énergétique. On les classe alors en deux grands groupes que sont l’activité physique volontaire et l’activité quotidienne non liée à l’exercice (marche, travail, posture, etc…). Ainsi, l’activité non liée à l’exercice volontaire peut varier de 2000kcal/jour entre deux individus selon leur mode de vie. Chez un homme sédentaire par exemple, cette proportion représente en moyenne 15% de la dépense énergétique journalière.

De plus, pour les organismes homéothermes, la composante de thermorégulation pour maintenir une température corporelle constante contribue de façon importante à la dépense énergétique. Elle est cependant contrée par le port de vêtements chez l’humain, ce qui induit

36

une mise à thermoneutralité locale. A l’inverse, de nombreuses études récentes ont révélé l’importance de la thermogenèse dans la physiologie mais aussi dans de nombreux processus physiopathologiques, des résultats très variables étant obtenus selon que les souris de laboratoire sont maintenues à température standard (21°C, soit en dessous de leur zone de thermoneutralité) ou à thermoneutralité ((Levine, 2007) ; (Garland et al., 2011) ; (Ganeshan et Chawla, 2017)).

1.3 Régulation de la dépense énergétique

La dépense énergétique est un paramètre finement régulé par des signaux intervenant différemment selon l’activité, le statut nutritionnel ou la température corporelle afin de préserver une homéostasie énergétique. Les stimuli délivrés par le système nerveux et les niveaux d’hormones circulantes sont directement liés à la modulation de la dépense énergétique. Parmi ces signaux, on peut noter le rôle prépondérant de l’activation du tissu adipeux brun (et beige) par des afférences nerveuses sympathiques induisant une augmentation de la dépense énergétique (cf. chapitre III). Le relargage d’hormones thyroïdiennes contrôlé par l’hypothalamus induit aussi une augmentation de la dépense énergétique en agissant sur différents tissus incluant la fonction cardiaque, le muscle squelettique et le tissu adipeux brun. Selon le statut nutritionnel (nourri ou à jeun), d’autres hormones telles que la leptine (cf. Chapitre III, 4.2) ou la ghréline, ont pour rôle respectif d’augmenter ou de diminuer la dépense énergétique en agissant sur le cerveau (Münzberg et al., 2016) (Figure 5).

Il faut également noter l’action de neurotransmetteurs influençant le comportement face à l’activité locomotrice spontanée. On relève par exemple le rôle stimulant de l’orexine et de la neuromédine U sur l’activité locomotrice et sur l’augmentation de la dépense énergétique (Kotz et al., 2008) (Figure 5).

Figure 5 : Modulation hormonale de la dépense énergétique

37 1.4 Apports énergétiques

Les apports énergétiques sont définis par les calories fournies par les nutriments provenant de l’alimentation et de façon dépendante de la valeur énergétique de chaque nutriment. L’apport énergétique ingéré inclut trois groupes majeurs de macronutriments : les carbohydrates (4kcal/g), les protéines (4kcal/g) et les lipides (9kcal/g), ainsi qu’une petite part provenant de l’alcool. Habituellement, si l’on fait référence à un homme pesant 70kg, son apport journalier moyen représente 2500 Kcalories et est constitué de 40 % de carbohydrates, 20 % de protéines et 40 % de lipides. L’apport énergétique provenant de la nourriture est très variable selon la composition du repas et la sensation de satiété de l’individu ((Galgani &

Ravussin, 2008) ; (Hall, 2010)). Selon leur nature, ces nutriments seront différemment métabolisés et stockés. Ainsi, les carbohydrates constituent la source principale stockage énergétique, sous forme de glycogène ou de lipides. Seul 1% des protéines ingérées quotidiennement est stocké en réponse à des stimuli hormonaux, un entrainement physique ou encore une prise de poids. Comme pour les protéines, l’ingestion de lipides journaliers représente moins de 1% du stockage total des graisses. Les nutriments non stockés intègrent différentes voies métaboliques pour fournir de l’énergie ou de la biomasse.