Article pp.347-355 du Vol.24 n°5 (2004)

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Dans chaque numéro, Sciences des Aliments reproduit, pour son actualité, son originalité ou ses implications scientifiques, un article précédemment publié dans Cholé-Doc, bimestriel d’actua- lités nutritionnelles du CERIN, destiné aux médecins, chercheurs et spécialistes de la nutrition.

Le CERIN (Centre de recherche et d’information nutritionnelles), association loi 1901, est un organisme scientifique dont la mission est de favoriser le développement et la diffusion des connaissances sur les relations entre alimentation et santé. En partenariat avec les organismes de santé publique et les professionnels de santé, le CERIN met en place des programmes de recherche, de formation et d’information. Ces actions ont pour objectif de valoriser les bénéfi- ces des comportements alimentaires équilibrés dans une perspective de prévention nutrition- nelle adaptée aux différents groupes de population.

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L’ACTUALITÉ EN NUTRITION

Protéines : un rôle essentiel pour la santé osseuse

J.-P. Bonjour

Pr Jean-Philippe Bonjour – Faculté de Médecine de l’Université de Genève – Suisse.

La nutrition contribue de façon majeure au développement et au maintien d’une structure osseuse adaptée à résister aux contraintes mécaniques. Dès les premiers jours de la vie et pendant toute la durée de l’enfance et de l’adoles- cence, la malnutrition freine l’acquisition squelettique, réduisant le capital de masse minérale osseuse atteint en fin de croissance, variable biologique dési- gnée par le terme de pic de masse osseuse. Au cours de la vie adulte la malnu- trition accélère la perte de la masse minérale osseuse, liée à la ménopause et/ou à l’âge.

1 – LES NUTRIMENTS SPÉCIFIQUES DE L’OS

Certains nutriments jouent un rôle très spécifique sur l’acquisition optimale et le maintien du capital osseux. Cette spécificité est déterminée par l’interac- tion de ces nutriments avec des systèmes hormonaux et cytokiniques régulant la formation et la résorption osseuse. Ainsi les apports calcique et vitaminique D

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influencent la production de l’hormone parathyroïdienne (PTH) et du calcitriol ou 1,25-dihydroxyvitamine D (1,25D), facteurs contrôlant les flux intestinaux et rénaux de calcium (Ca) et du phosphate inorganique (Pi), constituants essentiels du minéral osseux. Les protéines représentent un troisième nutriment spécifique, grâce à leur influence marquée sur la production de l’Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1), indispensable à l’acquisition et au maintien d’un bilan osseux positif. L’effet positif des apports calcique et vitaminique D sur la santé osseuse tout au long de la vie est aujourd’hui consensuellement admis. Ce large consensus repose sur des données expérimentales pré-cliniques et cliniques, ces dernières incluant à la fois des études d’observation et d’intervention.

2 – ALLÉGATIONS SUR LES APPORTS EN PROTÉINES ET LA SANTÉ OSSEUSE

Concernant les protéines, un tel consensus n’est pas encore atteint en raison de certaines allégations scientifiques très contestables. Celles-ci peuvent porter sur la qualité (source animale ou végétale) ou la quantité des apports protéiques. L’allégation la plus souvent avancée prétend que les protéines animales sont néfastes à la santé osseuse. Elle se base sur une hypothèse juxta- posant des informations diverses allant d’observations in vitro sur les propriétés physico-chimiques du cristal osseux jusqu’à des comparaisons rétrospectives inter-ethniques sur la prévalence des fractures du col du fémur, en passant par des études de courte durée sur l’excrétion urinaire du calcium en relation avec les apports protéiques. Ainsi il est prétendu que les protéines animales entraî- neraient une surcharge acide substantielle qui aurait pour conséquence de dis- soudre le minéral osseux, expliquant l’augmentation de la calciurie observée, du moins à court terme. Cette séquence physiopathologique hypothétique serait responsable d’une perte accrue de la masse minérale osseuse, augmen- tant à terme le risque de fractures ostéoporotiques dans les populations ayant, en moyenne, une consommation en protéines animales élevée. Les différentes relations de causalité proposées ainsi que l’interprétation des phénomènes physiologiques ou des données épidémiologiques sur lesquels cette hypothèse est basée ne résistent pas à une analyse point par point de cette séquence physiopathologique.

3 – ALLÉGATION 1. LES PROTÉINES ALIMENTAIRES PROVOQUENT UNE ACIDOSE SYSTÉMIQUE ENTRAÎNANT UNE DISSOLUTION OSSEUSE ?

En premier lieu, l’hypothèse ignore l’extraordinaire capacité de l’organisme à maintenir le pH des liquides corporels à l’intérieur de limites très étroites. Il faut rappeler quelques notions élémentaires relatives à l’équilibre acido-basique.

Celui-ci est assuré tout d’abord par des systèmes tampons de nature

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biochimique : système bicarbonate-acide carbonique, protéines extra- et intra- cellulaires, hémoglobine essentiellement. Ces tampons peuvent capter ou libé- rer instantanément des protons suivant la quantité de gaz carbonique ou d’acide non volatils produits par le métabolisme glucidique, lipidique et protidi- que. La régulation finale du pH est assurée par les fonctions physiologiques pulmonaire et rénale. Concrètement, une surcharge en acides aminés soufrés issus du métabolisme protéique (méthionine et cystéine) n’entraîne pas d’acidose qui nécessiterait la dissolution des tampons de protons contenus dans le cristal osseux (celui-ci n’est d’ailleurs pas en contact direct avec le liquide extracellulaire systémique, mais protégé par la barrière des cellules osseuses).

En l’absence d’insuffisance rénale sévère, l’organisme ne sollicite pas le pouvoir tampon du cristal osseux comme le démontrent des expériences bloquant de façon majeure la résorption osseuse (1). Dans ces conditions la quantité nette d’ions hydrogène excrétée dans les urines est équivalente à la quantité d’acide gagnée par les liquides extracellulaires. La surcharge acide qui pourrait être consécutive à l’augmentation des apports protéiques n’entraîne pas d’acidose systémique grâce à l’augmentation de l’excrétion nette de protons par le rein.

Cette augmentation mesurable ne devrait en aucun cas être considérée comme l’expression d’une acidose systémique, puisqu’il s’agit au contraire d’une adap- tation physiologique maintenant l’homéostasie acido-basique. Ainsi l’observation in vitro indiquant qu’un abaissement du pH extracellulaire augmente la résorption osseuse ne peut en aucun cas être considérée comme un argument soutenant l’hypothèse d’un rôle délétère des protéines alimentaires sur la masse minérale osseuse par acidification du milieu extracellulaire systémique.

En fait, l’augmentation des apports protéiques n’est pas associée à un change- ment significatif du pH sanguin (2). De plus, l’augmentation de l’excrétion urinaire d’acide en réponse à un apport riche en protéines carnées (20 % de l’apport énergétique vs 12 %) s’atténue après quelques semaines (3).

Un argument physiologiquement contestable concerne le prétendu rôle protecteur du potassium sur la perte de la masse minérale osseuse (4,5). Selon cette théorie le potassium aurait un pouvoir alcalinisant, ce qui réduirait la calciurie. Ainsi les fruits et légumes inhiberaient la perte osseuse post-ménopausi- que et/ou liée à l’âge grâce à leur teneur élevée en potassium (5). Cependant il n’y a aucune évidence que des variations de la concentration de potassium dans les limites physiologiques puissent exercer une action inhibitrice sur la formation et l’activité des ostéoclastes influençant ainsi directement la résorption osseuse. Par ailleurs, d’un point de vue physiopathologique, il est bien établi que c’est l’hypokaliémie avec diminution du capital potassique qui est généra- trice d’alcalose métabolique par stimulation de la sécrétion tubulaire rénale d’acide et augmentation de la réabsorption tubulaire des bicarbonates. À l’inverse l’hyperkaliémie produit une acidose métabolique. L’idée que le potassium sélectivement apporté par les fruits et légumes exerce un effet protecteur sur la masse ou la densité minérale osseuse (DMO) ne tient pas compte de la diversification des sources alimentaires de ce cation. En effet outre les fruits et légumes, la viande, le cacao et le lait sont particulièrement riches en potassium.

Ainsi un litre de lait apporte 1 600 mg de potassium, soit autant qu’approximati- vement 500 g de fruits et légumes. Il faut également préciser que l’activité inhibitrice sur la résorption osseuse observée in vitro et in vivo avec différents extraits de légumes n’est ni liée à leur pouvoir alcalinisant, ni à leur contenu en potassium (6). Donc, les allégations prétendant que les fruits et légumes

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seraient particulièrement bénéfiques à la santé osseuse du fait de leur pouvoir alcalinisant et de leur teneur en potassium ne sont pas compatibles avec la grande majorité des données expérimentales, qu’elles soient de nature physiologiques, physiopathologiques ou nutritionnelles.

4 – ALLÉGATION 2. LES PROTÉINES ANIMALES SONT PLUS

ACIDIFIANTES ET CALCIURIQUES QUE LES PROTÉINES VÉGÉTALES ?

En fait un régime végétarien dont les protéines sont fournies par des céréa- les, des légumineuses et des légumes génère autant de millimoles de sulfates par gramme de protéines qu’un régime dont les protéines seraient fournies essentiellement par la viande (7). Le pouvoir acidifiant potentiel lié aux sulfates générés par le métabolisme des acides aminés soufrés est par exemple de 82 et 68 mEq de sulfates/100 g de protéines pour le blé et le riz blanc respectivement ; il est de 73 pour la viande de porc et de 55 pour le lait (8). À quantité égale, un apport de protéines purifiées qu’elles soient de source animale ou végétale entraîne donc la même augmentation de l’excrétion urinaire du calcium (8).

5 – ALLÉGATION 3. L’AUGMENTATION DE L’EXCRÉTION URINAIRE DU CALCIUM EN RÉPONSE À UNE ÉLÉVATION DES APPORTS PROTÉIQUES A POUR CAUSE UNE AUGMENTATION

DE LA RÉSORPTION OSSEUSE, GÉNÉRANT AINSI UN BILAN CALCIQUE NÉGATIF ?

La notion largement répandue qu’un régime riche en protéines serait délé- tère pour la santé osseuse a été faussement fondée sur l’hypothèse suggérant que l’augmentation de la calciurie, observée à court terme, est liée à une mobili- sation accrue du minéral osseux (9, 10). Chez des jeunes femmes en bonne santé, âgées de 26 ans en moyenne, un régime relativement pauvre en protéi- nes (0,7 g/kg de poids corporel), suivi pendant 2 semaines entraîne, par compa- raison avec un régime riche (2,1 g/kg), une diminution de l’absorption intestinale du calcium (11). Cette restriction du flux calcique intestinal est associée, probablement par compensation homéostatique, à une augmentation du taux circu- lant de PTH (12). Ainsi l’hypothèse suggérant qu’un régime riche en protéines serait hypercalciurique, du moins à court terme, par stimulation de la résorption osseuse se révèle infondée (13). Au contraire, puisque c’est le régime pauvre en protéines qui tend à diminuer le bilan calcique par réduction de l’absorption intestinale. Ces dernières observations sont tout à fait compatibles avec les résultats des études épidémiologiques et interventionnelles évaluant l’influence des apports protéiques sur la DMO ou sur les fractures ostéoporotiques (voir ci- dessous). Ainsi il aura fallu plus d’une décennie pour que les variations de la

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calciurie en réponse à des modifications à court terme de la teneur en protéines du régime soient correctement interprétées, ce nutriment essentiel passant d’un rôle destructeur (10) à celui de protecteur (13) à l’égard de l’homéostasie squelettique !

Il faut encore ajouter qu’à moyen terme, soit après 8 semaines d’un régime riche en protéines carnées (20 % de l’apport énergétique vs 12 %), la calciurie, le bilan calcique ainsi que les marqueurs biochimiques du métabolisme osseux n’étaient pas modifiés chez un groupe de femmes ménopausées en bonne santé (3). Dans une étude très récente réalisée chez des personnes âgées des deux sexes, un supplément de protéines carnées, consommé pendant neuf semaines (les apports quotidiens en protéines passant de 0,78 à 1,55 g/kg de poids corporel) exerce un effet bénéfique sur les marqueurs biochimiques du métabolisme osseux, sans élévation de la calciurie (14).

6 – ALLÉGATION 4. UNE AUGMENTATION DES APPORTS PROTÉIQUES EXERCE UN EFFET NÉGATIF SUR LA MASSE MINÉRALE OSSEUSE ?

Contrairement à cette allégation, les apports protéiques jouent un rôle positif sur la DMO. Cette action positive s’explique probablement en partie par une stimulation de la formation osseuse. En effet, les protéines stimulent, grâce à l’action de certains acides aminés essentiels, la production hépatique d’IGF-1 (Insulin like Growth Factor-1), un facteur de croissance ayant des récepteurs sur les cellules ostéogéniques (15). De plus, l’IGF-1 a un impact positif sur deux fonctions rénales primordiales pour la formation et la minéralisation osseuse : la réabsorption tubulaire du phosphate inorganique et la production de la forme hormonale de la vitamine D, la 1,25-D (calcitriol) (15). Cette hormone calciotrope est dotée d’une activité stimulatrice sur l’absorption intestinale du calcium et du Pi. De par cette double action rénale, l’IGF-1 contribue à élever la concentration extracellulaire des deux constituants principaux du cristal osseux et favorise ainsi la minéralisation du squelette.

La plupart des résultats des études d’observation, tant chez la femme ménopausée que chez l’homme (voir la liste détaillée des références dans (16), sont en accord avec cet axe physiologique reliant positivement apports protéi- ques → production d’IGF-1 → formation osseuse. En effet, elles mettent en évi- dence une association positive entre la consommation de protéines et la masse minérale osseuse mesurée à différents sites squelettiques (16). Très rares sont les études d’observation rapportant une association négative, dont l’interpréta- tion est encore sujette à caution. Ainsi un régime très riche en protéines (environ 2 g/kg de poids corporel) consommé par 38 jeunes femmes âgées de 24 à 28 ans était associé à une diminution de la DMO de la diaphyse radiale, mais seulement à l’un des deux avant-bras mesurés ! Cette étude d’observation transversale (17), limitée à un seul site des deux avant-bras examinés, réalisée chez un nombre très restreint de sujets, a été utilisée de façon non-critique pendant de nombreuses années pour répandre l’idée, en particulier aux USA, que les protéines jouaient un rôle délétère sur l’os. Les grandes études d’observation prospectives ont ensuite démontré qu’il existe au contraire une associa-

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tion positive entre apports protéiques et masse minérale osseuse (18, 19).

L’effet des protéines semble d’autant plus favorable que les apports en calcium sont adéquats (7, 20, 21).

7 – ALLÉGATION 5. IL EXISTE UNE RELATION POSITIVE ENTRE

LES APPORTS PROTÉIQUES ET LA PRÉVALENCE OU L’INCIDENCE DES FRACTURES OSTÉOPOROTIQUES ?

Dans un travail souvent cité en faveur de cette allégation, l’incidence des fractures du fémur proximal estimée chez les femmes de différents pays est associée positivement à l’apport moyen en protéines animales, tous âges et sexe confondus, des populations correspondantes (22). Or les pays où la consommation de protéi- nes animales est forte sont aussi ceux où l’espérance de vie est la plus élevée, ce qui explique au moins en partie que les fractures liées à l’ostéoporose y soient fré- quentes. En fait, l’étude de groupes de population homogènes montre une relation négative entre la consommation de protéines animales ou de lait et le risque de fracture. Dans la cohorte des infirmières américaines (89 900 femmes de 35 à 59 ans et suivies pendant 12 ans), le risque de fracture du fémur proximal tend à être plus faible chez les plus fortes consommatrices de protéines (23). En revanche, le risque de fracture de l’extrémité distale de l’avant-bras est positivement corrélé aux protéines animales (23). Cette observation ne doit pas être interprétée comme l’expression d’un effet direct négatif des apports protéiques sur le risque fracturaire des os de l’avant-bras. En effet, un apport élevé en protéines peut être associé à une activité physique plus importante, et éventuellement à un risque de chute accru. Dans la cohorte de l’état d’Iowa (30 000 femmes âgées de 55 à 69 ans et suivies pendant 3 ans) le risque de fracture du fémur proximal est réduit d’environ 60 % chez les plus fortes consommatrices de protéines après ajustement de diffé- rents facteurs de confusion (24). Dans une grande étude très récente de type « cas- contrôle » réalisée dans la même région des États-Unis et portant sur 1 167 patients atteints de fracture du fémur proximal, la réduction significative du risque fracturaire pour des apports protéiques élevés a été confirmée chez les hommes et femmes âgés de 50 à 69 ans (25). Deux études européennes montrent également une réduction du risque de fracture du fémur proximal chez les plus gros consommateurs de lait, tant chez les hommes que chez les femmes (26, 27).

Le fait que le taux plasmatique d’IGF-1 soit négativement associé au risque fracturaire (28, 29) suggère fortement que les protéines représentent un des nutriments essentiels dans la prévention de l’ostéoporose. En fait, la malnutrition protéique est fréquente chez les sujets âgés, particulièrement chez ceux qui se fracturent (30) ; sa correction diminue l’incidence des complications médicales et la durée de convalescence (31, 32). Une étude contrôlée en double-aveugle chez 82 sujets atteints de fracture du fémur proximal a montré que la normalisation des apports protéiques sous forme d’un supplément quotidien de 20 g de protéines laitières pendant 6 mois, augmentait les taux plasmatiques de pré-albumine et d’IGF1, et ralentissait la perte osseuse du fémur controlaté- ral par rapport aux témoins recevant un supplément isocalorique non protéiné (33).

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8 – ALLÉGATION 6. CONTRAIREMENT AUX PROTÉINES ANIMALES LES PROTÉINES VÉGÉTALES RÉDUISENT LA FRAGILISATION OSSEUSE RÉSULTANT DU PROCESSUS OSTÉOPOROTIQUE ?

Une étude prospective conclut qu’un rapport protéines animales (PA)/protéi- nes végétales (PV) élevé augmente la perte osseuse et le risque de fractures chez des femmes ménopausées (34). Mais l’analyse des données est troublante : la relation entre rapport PA/PV et la masse osseuse est négative lorsque le calcul est fait en tenant compte de nombreux facteurs (âge, consommation d’énergie, calcium, protéines totales, poids, traitement hormonal de substitution, activité physique, tabac et alcool) ; la même relation est positive quand on ne prend en compte que l’âge. Cette discordance rend plutôt délicate l’interprétation des résultats, d’autant plus que le rapport PA/PV n’a aucune signification physiologique logique connue, la même augmentation de ce rapport pouvant être due aussi bien à une augmentation des apports en protéines animales qu’à une diminution de la consommation des protéines végétales.

Enfin, dans la cohorte de Rancho Bernardo (19) portant sur 572 femmes et 388 hommes âgés de 55 à 92 ans et suivis pendant 4 ans, ainsi que dans les deux études réalisées dans l’état de l’Utah (24, 25) l’effet positif sur la DMO et la diminution du risque fracturaire sont essentiellement liés aux apports en pro- téines animales.

9 – CONCLUSION

Pour des raisons probablement plus émotionnelles que basées sur une analyse critique de la littérature scientifique, une série d’observations indépendan- tes ont été artificiellement connectées en une cascade physiopathologique hypothétique, laissant suggérer que les protéines animales, de par leur pouvoir acidifiant, entraîneraient une dissolution du minéral osseux et par conséquent représenteraient un nutriment délétère pour la santé osseuse provoquant à terme une augmentation des fractures ostéoporotiques. Globalement, la très grande majorité des études expérimentales, épidémiologiques et interventionnelles récentes, convergent pour indiquer que les protéines sont indispensables à la santé osseuse. Cet effet bénéfique s’explique par des mécanismes physiologiques bien définis, les protéines alimentaires agissant par l’intermédiaire de facteurs endocrines et paracrines sur la formation osseuse tout en freinant la résorption osseuse. Enfin, chez l’homme il n’y a pas d’évidence que les protéi- nes animales soient moins protectrices de la masse minérale osseuse et du risque de fracturaire que les protéines végétales, certaines études montrant au contraire une supériorité des protéines animales.

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