Métabolisme et calorimétrie
Le métabolisme transforme l'énergie chimique des denrées alimentaires en chaleur et en travail mécanique (muscles), mais une part de cette énergie est aussi utilisée pour la synthèse de substances endogènes. Le contenu énergétique des aliments, quantifiable par leur combustion complète, est appelé valeur calorique physique (VCphy) : cette combustion produit CO2 et H2O et nécessite une certaine consommation d'O2.
La VCphy est déterminée à l'aide d'un calorimètre de combustion , réservoir d'eau qui renferme une chambre de combustion, dans laquelle on introduit une certaine quantité de la substance alimentaire considérée. Cette substance est ensuite brûlée (avec l'O2). La chaleur ainsi dégagée est absorbée par l'eau environnante et le réchauffement de cette eau permet ainsi de mesurer la VCphy recherchée.
Dans l'organisme, les lipides et les glucides sont également entièrement dégradés en présence d'O2 et transformés en CO2 et H2O. Leur valeur calorifique physiologique (VCphysiol) est donc identique à la VCphy. Elle est en moyenne de 38.9 KJ/g pour les lipides et de 17.2 kJ/g pour les glucides digestibles. Par contre, les protéines ne sont pas totalement dégradées dans l'organisme ; elles le sont seulement jusqu'au stade de l'urée qui fournirait à nouveau de l'énergie s'il y avait combustion complète. De ce fait, les protéines ont une VCphy (23 U/g) supérieure à leur VCphysiol (≈ 17.2 kJ/g).
Au repos, l'énergie apportée à l'organisme sous forme de nutriments est en grande partie transformée en énergie thermique (chaleur), car l'activité physique externe est infime. Le dégagement de chaleur (à une température du corps constante) correspond alors à une dépense d'énergie à l'intérieur de l'organisme (par exemple activité des muscles cardiaque et respiratoire ; transport des substances, etc.).
La quantité de chaleur dégagée par le corps peut être directement mesurée par calorimétrie dite directe . Ici, l'animal expérimental est placé dans un récipient ; une enveloppe d'eau ou de glace, isolée de l'extérieur, absorbe la chaleur qui doit être mesurée et dont la quantité peut être calculée à partir de l'augmentation de la température de l'eau et de la quantité d'eau résultant de la fonte de la glace.
Chez l'homme, la dépense énergétique peut être déterminée plus simplement par calorimétrie indirecte. Ici. la consommation d'O2, (VO2) permet de calculer la dépense d'énergie. Il faut pour cela connaître l'équivalent calorique (EC) de la substance alimentaire « brûlée » qui se calcule à partir de la VCphysiol et de la quantité d'O2 nécessaire à la combustion.
La valeur calorique du glucose est de 15,7 kJ/g. Ainsi, le contenu énergétique de 180 g de glucose est de 2827 kJ pour une consommation d'oxygène de 134,4 l soit 21 kJ/l O2 ; cette valeur représente l'EC de l'oxygène pour le glucose dans les conditions standards. L'EC des différents glucides de l'alimentation est de 21.15 (18,8) kJ/l O2 , celui des lipides est de 19.6 (17.6) kJ/l O2, celui des protéines est de 19,65 (16,8) kJ/l O2 ; dans chacun de ces cas, la première valeur s'applique à la mesure dans les conditions standards (0°C), celle entre parenthèses à une mesure à 37°C.
Donc, pour calculer la dépense d'énergie à
partir de l'EC, il faut en plus connaître la nature
exacte des aliments qui sont « brûlés ». A cet
effet, on peut utiliser le quotient respiratoire
QR = VCO2 / VO2 comme valeur de
référence. Il est égal à 1 lorsque l'alimentation
ne comporte que des glucides, comme on peut
le voir à partir de la réaction suivante :
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O.
Pour la tripalmitine qui est un lipide, la réaction
est la suivante :
2 C51H98O6 + 145 O2 → 102 CO2 + 98 H2O.
Le QR = 102/145 = 0,7. Étant donné que la part des protéines dans l'alimentation est relativement constante, il est possible d'attribuer un EC à chaque QR compris entre 0.7 et 1 .
La dépense d'énergie (DE) résulte finalement
de la formule :
DE = EC x VO2.
Une alimentation à base de protéines élève la dépense d'énergie de 15 à 20 % environ (action dynamique spécifique). Le métabolisme augmente, car il faut 89 kJ pour produire une mole d'ATP à partir de protéines (acides aminés) contre seulement 74 kJ à partir de glucose. L'utilisation optimale de l'énergie libre des acides aminés est donc plus faible que celle du glucose.
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