Micronutriments et santé

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Il est aisé de comprendre que la santé des individus est étroitement liée à son alimentation. Il n'en reste pas moins que la relation nutrition-santé est plus complexe dans la compréhension des rôles joués par les composants trouvés dans les aliments.

« Micronutriments et santé » - Crédit photo : www.ceido.com Ainsi, une première analyse de leur composition montre la présence de composés, différenciés par leur nature physique et chimique, et en quantités importantes. Ces macro-élements ont été définis comme les glucides, les protéines et les lipides. Un apport insuffisant en ces éléments, comme un apport en excès, se traduit par des changements morphologiques des individus, comme la maigreur ou l’embonpoint respectivement, accompagnés de signes cliniques associés à une sous- et suralimentation. Cependant, dans une population apparemment bien nourrie, et avec l’âge avançant, on voit apparaître des signes cliniques affectant les artères, les articulations ou les yeux. Les études épidémiologiques ont mis en évidence des relations d’association entre ces anomalies et l’apport insuffisant en des nutriments qui, par ailleurs se retrouvent en des quantités bien moindre que les macro-éléments.

Ces micronutriments, définis comme une composante mineure non énergétique des aliments et qui assurent une santé optimale des individus, renferment là encore des composés différenciés sur le plan chimique. On distingue ainsi les minéraux et oligo­éléments, les vitamines et un ensemble de microconstituants apportés par les produits végétaux, les phytomicronutriments ou « phytochemicals ». Nous aborderons exclusivement les aspects nutritionnels, écartant les aspects sanitaires liés aux micronutriments comme les métaux lourds. Nous terminerons cette présentation en évoquant des questions qui se posent actuellement dans le domaine micronutriments-santé, notamment l’apport de ces micronutriments sous forme isolé ou contenus dans la matrice alimentaire d’origine.

1 Les vitamines

Cette famille de molécules regroupe 13 membres discernés par leur solubilité dans l’eau (la vitamine C et les vitamines B) et ceux solubles dans les solvants organiques (Vitamines A, D, E et K). Leur rôle dans la santé est connu empiriquement depuis longtemps, en particulier pour les vitamines A et C, améliorant la vision nocturne ou le scorbut des marins par traitement respectif avec des jus extraits de foie d’animaux et le jus de citron. D’autres études plus tardives ont montré l’association des vitamines avec des pathologies comme le béri-béri (vitamine B1), le rachitisme (vitamine D) ou l’absence de fermeture du tube neural (vitamine B9). Si la plupart de ces vitamines sont retrouvées dans les aliments usuels, la vitamine B12 ou cobalamine est exclusivement apportée par les produits animaux.

L’implication de certaines vitamines, comme la vitamine E et la vitamine C, dans le domaine de la prévention des pathologies cardiovasculaires, ont fait appel à leurs propriétés antioxydantes. D’autres expérimentations tentant de préciser les mécanismes moléculaires de la vitamine E ont montré que des formes chimiques différentes de cette vitamine, avec des propriétés antioxydantes similaires, induisaient des actions différentes au niveau de la prolifération de cellules cultivées in vitro. Des explorations modernes ont aussi montré que la forme active et les mécanismes d’action de ces vitamines sont complexes et dépendent fortement de leur nature chimique. Ainsi, pour la vitamine A, la plus étudiée des vitamines, des études métaboliques montrent la transformation de la vitamine A alimentaire, de la forme estérifié (rétinyl ester) en des formes acidiques (acide rétinoïque). Les mécanismes d’action, au niveau cellulaire et moléculaire, dépendent d’interactions avec des facteurs de transcription modulant l’expression d’un grand de nombre de gènes ; ces interactions dépendent elles-mêmes des formes énatiomèriques cis ou trans de l’acide rétinoïque.

Une autre vitamine ayant un récepteur nucléaire est la vitamine D, et plus particulièrement sa forme active, le calcitriol ou la 1,25-dihydroxyvitamine D. Cette vitamine, contrairement aux autres exclusivement apportées par l’alimentation, est capable d’être synthétisée par l’organisme par une voie métabolique utilisant le cholestérol et catalysée par les rayons ultraviolets, expliquant partiellement, l’occurrence de déficience en vitamine D dans les pays les moins ensoleillés ou dans les populations couvrant traditionnellement leur corps. Si une déficience en vitamine A est associée aux pathologies oculaires, particulièrement récurrentes dans les pays en développement, la vitamine D est quant à elle associée à des troubles osseux en raison de son implication dans le métabolisme phosphocalcique. Cependant, des expérimentations animales, cellulaires et moléculaires ont montré que cette vitamine pourrait également agir par d’autres mécanismes comme la différentiation ou la prolifération des cellules.

Des études d’observation récentes ont ainsi montré qu’un statut bas en vitamine D est associée à une mortalité plus élevée par cancer. Une déficience en Vitamine D a été associée avec des facteurs de risque cardiovasculaire comme l’hypertension et les diabètes. En particulier, il est proposé que la vitamine D pourrait agir en diminuant l’hormone parathyroide connu pour son effet négatif sur la sensibilité à l’insuline. Ces observations récentes sur la vitamine D méritent d’être étendues à d’autres molécules de cette famille. En effet, ces données montrent que d’une manière générale, et au-delà des pathologies initialement associées à leurs déficiences, un statut correct en vitamines pourrait être nécessaire à la prévention des pathologies plus tardives comme les cancers, ou les maladies cardiovasculaires.

Les vitamines B6 (pyridoxine), B9 (folates) et B12 (cobalamine) ont aussi attiré l’attention des investigateurs, en raison de leur implication dans une pathologie particulière du nouveau-né, la fermeture du tube neural, et dans les maladies cardiovasculaires liées à l’accumulation de l’homocystéine induite par des déficiences en ces vitamines et plus particulièrement en folates. Il faut aussi noter qu’à l’inverse des conséquences pathologiques liées à des déficiences, de nombreuses signes cliniques ont été décrites pour des apports en excès de ces vitamines. Ainsi l’hypervitaminose A et D est associée respectivement à des effets tératogéniques et de calcifications artérielles ou de sténose aortique chez le fœtus.

2 Les minéraux et éléments trace ou oligoéléments

L’ingestion d’eau minéralisée et/ou de produits végétaux susceptibles d’assimiler ces composés trouvés dans le sol est nécessaire pour le maintien du statut en ces micronutriments. Malgré un apport relativement faible, de l’ordre de milligrammes pour les minéraux et de milli- voire microgrammes pour les oligoéléments, ces composés sont nécessaires pour le maintien d’un grand nombre de fonctions en agissant comme activateurs de molécules essentielles comme l’ATP (Mg), comme co-facteurs de protéines douées de fonctions enzymatiques (Cu, Zn, Mn, Se...) ou comme « conformateurs tridimensionnels » des peptides (Zn, Fe). Les déficiences en Zinc et Iode sont particulièrement visibles dans les pays en voie de développement. Ces déficiences entraînent des pathologies comme un dysfonctionnement de la défense immunitaire pour le zinc et l’apparition de goitre pour l’iode. Dans les pays industrialisés, l’intérêt est porté sur le cuivre, le zinc et le sélénium, en raison de leur implication dans la ligne de défense primaire contre le stress oxydant. En effet, le superoxyde dismutase et la glutathion peroxydase sont activés en présence de cuivre e de zinc (Cu-Zn SOD) et de sélénium (Se-GPX).

En outre, il a été montré qu’une déficience en sélénium est positivement associée au développement du cancer de la prostate.

Les données SUVIMAX montrent aussi que la prévalence de carence en fer est loin d’être négligeable dans la population féminine française. Une des questions se posant sur les moyens de satisfaire l’ANC en cet élément concerne la biodisponibilité de ce dernier en fonction de l’origine des aliments. Il est admis que l’apport de viande rouge est un moyen plus efficace que celui de produits végétaux, en raison d’une biodisponibilité amoindrie par certains phytomicronutriments fixant le fer.

Des molécules ayant cette propriété chélatrice se retrouve aussi dans le thé, largement consommé par les individus motivés dans le domaine de la prévention par l’alimentation. De ces observations, une indication nutritionnelle pour le maintien d’un statut optimal en fer serait d’inclure, ne serait qu’en petite quantité, de la viande rouge et augmenter l’apport de produits végétaux et céréaliers, avec des produits les moins raffinés pour ces derniers.

3 Les caroténoïdes

Les caroténoïdes sont presque exclusivement retrouvés dans les végétaux chez lesquels ils confèrent les couleurs jaune-orangé-rouge de certains fruits et légumes (carotte, abricot, tomates, oranges, ...), lorsqu’ils ne sont masqués par d’autres pigments, la chlorophylle des légumes feuilles comme les épinards ou des anthocyanes. Parmi les 600 molécules identifiées dans la nature, seules 6 sont retrouvées dans la circulation sanguine des individus, regroupés en carotène (alpha- et béta-carotène, pigment ubiquitaire mais retrouvés principalement dans la carotte ; lycopène retrouvé dans les tomates rouges, la pastèque ou les oranges sanguines) et en xantophylles (lutéine retrouvée entre autres dans les épinards, la zéaxanthine conférant la couleur jaune du maïs et la béta-cryptoxanthine contenu dans la pulpe des citrus comme les oranges ou la mandarine).

L’effet santé de ces molécules a été initialement focalisé sur le béta-carotène dont la structure chimique correspond à 2 molécules de vitamine A. Un apport d’aliments riches en béta-carotène est effectivement susceptible de contribuer au maintien d’un statut optimal en vitamine A, observé en outre chez les individus sous un régime végétalien. Des investigations poussées ont permis de montrer l’existence d’une enzyme, la béta-carotène monooxygénase, au niveau de l’intestin grêle et hépatique, capable de scinder effectivement cette molécule en 2 molécules de vitamine A. De plus, cette enzyme étant rétro-contrôlée par le métabolite active de la vitamine A, il n’y a pas de risque de développer de l’hypervitaminose.

La lutéine et la zéaxanthine sont d’autres molécules pour lesquelles il existe une réalité biologique quant à leur effet protecteur contre la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). En effet, outre un facteur de risque augmenté par un taux plasmatique plus faible, ces molécules sont retrouvées concentrées dans la macula, une région pigmentaire de la rétine.

Leur effet protecteur pourrait résulter de leur propriété antioxydante, en particulier par absorption de la lumière bleue pouvant générer des espèces radicalaires oxygénées. D’une manière générale, l’effet protecteur des caroténoïdes est considéré comme découlant de leur propriété antioxydante conférée par la chaîne carbonée longue et contenant des doubles liaisons conjuguées. Plus récemment, il a été décrit une relation d’association entre consommation accrue de tomates et diminution du risque de cancer de la prostate ? Cette étude a conduit les chercheurs à s’intéresser au caroténoïde doté d’un pouvoir antioxydant puissant contre l’espèce singulet de l’oxygène, i.e. le lycopène comme composé bioactif de la tomate. Cependant, comme pour d’autres micronutriments antioxydants, de nombreuses actions cellulaires et moléculaires ont été décrites pour le lycopène, ne relevant pas toujours d’une action sur les espèces oxygénées réactives.

Cette observation devra être prise en considération dès lors que des expériences de complémentation avec les caroténoïdes sont entreprises à des fins de prévention des pathologies comme les cancers pour lesquels le déséquilibre de la balance oxydant-antioxydant peut être caractérisé mais dont l’ajustement à l’aide d’antioxydants complémentaires en grande quantité conduit à une augmentation de mortalité induite pas ces mêmes cancers (voir ci-dessous).

4 Les polyphénols

L’intérêt porté à cette famille de molécules, exclusivement synthétisée par les plantes est aussi basé sur des études épidémiologiques montrant souvent leur rôle préventif pour les pathologies cardiovasculaires et les cancers. De plus, les quantités ingérées quotidiennement représentent environ 1000 mg, une quantité bien plus élevée que les caroténoïdes, les vitamines ou les minéraux. Cependant, cette famille comporte des milliers de molécules, avec des différences notables sur la structure chimique, les propriétés biochimiques et les propriétés biologiques. Certaines molécules de cette famille, en particulier celles trouvées dans le soja, possède des propriétés oestrogéniques, capables d’être reconnues par les récepteurs aux oestrogènes de l’organisme.

La classification de ces molécules repose sur la structure de leur chaîne carbonée distinguant les acides phénoliques (principalement les acides caféique, férulique et gallique) et les flavonoïdes, ces derniers étant les plus abondant dans les régimes alimentaires riches en produits végétaux (fruits et légumes, céréales, légumineuses, noix, huile d’olive, thé, cidre et vin rouge). Les flavonoïdes sont eux-mêmes subdivisés, selon le degré d’oxydation, les flavanols, les flavonols, les anthocyanes, les flavanones et les isoflavones. Cette complexité est un véritable challenge pour déterminer précisément la nature des polyphénols apportés par l’alimentation, leur biodisponibilité et métabolisme, et les mécanismes impliqués dans les effets protecteurs de ces molécules. La plupart des polyphénols sont métabolisés comme des xénobiotiques. Ainsi, il est rare, contrairement aux caroténoïdes ou aux vitamines, de retrouver la forme native contenue dans les aliments, et les métabolites circulant sont en quantités faibles et excrétés assez rapidement.

Un apport régulier des produits végétaux est donc nécessaire pour un maintien de statut en composés bioactifs des polyphénols. Les recherches sur l’effet santé des polyphénols ont porté essentiellement sur les maladies cardiovasculaires et les cancers, des pathologies oxydatives impliquant les radicaux libres dans leur genèse. Les expérimentations in vitro ont montré que les polyphénols, certains flavonoïdes en particulier, sont des molécules susceptibles aussi bien de chélater les métaux de transition (initiateurs de réaction radicalaire) que de piéger des radicaux libres. Cette activité antioxydante, plus importante que la vitamine E longtemps considérée comme référence, faisait de ces molécules des cibles particulièrement intéressantes pour la mise en évidence d’une relation de causalité dans la protection des pathologies oxydatives par l’apport alimentaire de ces molécules en grande quantité, comme chez les végétariens par exemple.

Toutefois, pour les raisons métaboliques évoquées ci-dessus, absence de molécules natives et métabolites en quantités faibles sans spécificité de stockage dans les tissus, d’autres activités ont été recherchées et retrouvées dans des études cellulaires et moléculaires. Des travaux se focalisent à présent sur ces propriétés, non liés à une activité antioxydante. Des résultats obtenus sur les phytooestrogènes ou des curcuminoides permettent d’explorer des voies de signalisation moléculaires induites directement par la fixation de ces molécules à des récepteurs membranaires voire nucléaires, cette dernière pouvant aboutir à l’expression de protéines antioxydantes, et/ou par modulation de l’activité de certains enzymes.

5 Problématiques scientifiques liées aux micronutriments

Différentiation des micronutriments des microconstituants

Il a été proposé de discerner certains composés alimentaires en microconstituants et d’autres en micronutriments pour indiquer une certaine essentialité prouvée pour ces dernières et pour lesquelles il existe une valeur chiffrée d’apport nutritionnel conseillé (ANC). C’est ainsi que les vitamines et les éléments trace sont considérés comme des micronutriments, et les caroténoïdes ou les polyphénols sont classés comme microconstituants. Cependant, cette position ne doit pas pour autant minimiser les actions santé des microconstituants, dont un statut plasmatique élevé a été inversement corrélé à bien de situations pathologiques dans les observations épidémiologiques. Existe-t-il et pourra-t-on déterminer des valeurs d’apport nutritionnel conseillé pour ces microconstituants ? Quelle méthodologie utiliser pour déterminer cette valeur ? Ce sont des questions qui restent en suspens. Pour autant, la résolution de ces questions ne doit pas servir à justifier la prise de compléments alimentaires.

De cette problématique découle une autre question sur le rôle santé effectif de ces compléments alimentaires et un apport équivalent en aliments vecteurs de ces micronutriments et microconstituants.

Compléments versus aliments

Intuitivement, il semble réaliste d’affirmer qu’un aliment entier apporte bien plus qu’un micronutriment et que l’apport d’un micronutriment isolé ne peut avoir tous les effets additionnels et/ou synergiques d’un ensemble de composés contenu dans la matrice alimentaire d’origine. Cependant, il est aussi tentant de supposer, à priori, que les propriétés biologiques de ce micronutriment, observées sur des modèles expérimentaux in vitro et in vivo, doivent aussi être retrouvés dans l’organisme après ingestion. C’est dans cette hypothèse que de nombreuses études d’intervention ont été menées, à plus ou moins grande échelle, sur des sujets à risque de pathologies pour lesquelles le micronutriment testé devait agir d’une façon bénéfique. Un coup d’œil rapide sur ces études montre le plus souvent un échec dans le sens d’une détérioration de l’état de santé des personnes recevant le complément par rapport à ceux recevant le placebo. Une illustration est l’étude ATBC (pour Alpha-Tocopherol, Béta-Carotène) pour laquelle le groupe de personnes à risque de cancer de poumons et complementé avec du béta-carotène montrait un risque plus élevé d’environ 12% par rapport au groupe recevant le placebo. Dans cette même étude, le facteur de risque est resté similaire au groupe placebo pour les personnes présentant un statut en béta-carotène élevé avant le début de la complémentation.

Cette observation indique que le le béta-carotène retrouvé dans la circulation sanguine pourrait représenter non un biomarqueur d’effet contre le cancer de poumon mais un biomarqueur d’exposition aux aliments riches en béta-carotène.

Ainsi, la protection contre le cancer de poumons décrite chez les personnes ayant un statut élevé en béta-carotène pourrait résulter de constituants/micronutriments de la carotte, autres que le béta-carotène. Cette hypothèse a été récemment testée au laboratoire en différenciant l’effet biologique imputable à une matrice alimentaire, en l’occurrence la tomate, de celui usuellement imputé au microconstituant d’intérêt, le lycopène. Ce travail sera illustré durant la présentation.

Antioxydant et cancer : la complémentation peut-elle avoir un effet délétère ?

Des études récentes ont montré qu’un apport d’antioxydants est lié à des effets délétères inattendus. Ainsi, l’étude SUVIMAX a montré que l’apport de minéraux, vitamines et antioxydants chez les individus ayant un taux initial élevé en PSA (Prostate Spécifie Antigen, un marqueur de risque de cancer de la prostate), augmentait ce taux en fin de l’expérimentation ; un tel effet n’a pas été retrouvée chez les individus ayant un taux initial normal. Avec les études ATBC et une autre étude similaire, l’étude CARET, ces observations ont soulevé la question d’un éventuel bénéfice d’apports de micronutriments antioxydants. Schafer et al, (Nature 461, 109-113) apportent une explication rationnelle pour d’éventuels effets délétères des antioxydants. Partant de l’observation que les cellules épithéliales normales ne survivent que lorsqu’elles sont attachées à la matrice extracellulaire, ils ont analysé les changements métaboliques des cellules épithéliales détachées de cette matrice. Ils montrent que le détachement de la matrice induit une déficience en ATP, entraînant le mort cellulaire. Cependant, l’addition d’antioxydant restaure la synthèse d’ATP, stimule l’oxydation des acides gras et finalement permet la survie de ces cellules qui forment alors une colonie, un point de départ de la carcinogenèse.

Ce résultat expérimental ouvre des perspectives nouvelles pour expliquer l’effet potentiellement délétère d’un apport en antioxydants chez les sujets à risque de cancers épithéliaux.

6 Conclusions

Sur la base des observations épidémiologiques, il est indéniable qu’il existe une association entre un apport/statut en micronutriments et des pathologies métaboliques et oxydatives, particulièrement celle associées au vieillissement. Cependant, les relations de causalité sont encore à établir pour un certain nombre d’entre eux et notamment pour les microconstituants comme les caroténoïdes et les polyphénols. La présence de ces micronutriments/microconstituants dans le plasma devrait être interprété comme biomarqueur d’exposition plutôt que de biomarqueurs d’effets. Pour établir ces derniers, d’autres études sont nécessaires, notamment pour décrire le métabolisme de ces composés, en sachant que l’identification de leurs métabolites peut aider à comprendre leurs mécanismes d’action. Au-delà de ces connaissances nécessaires pour chacune des molécules d’intérêt, il semble aussi qu’un intérêt certain réside dans l’analyse et la compréhension des actions synergiques et/ou additionnelles de ces micronutriments, particulièrement ceux trouvés simultanément dans un certain nombre d’aliments, notamment du règne végétal. Une telle connaissance permettra à l’avenir de mieux conseiller la population pour se prémunir des pathologies en vogue dans la société moderne au travers d’apport d’aliments spécifiques plutôt que de micronutriments isolés.

Références :

  • Le Grusse J & Watier B. 1993. Les Vitamines : données biochimiques, nutritionnelles et cliniques. Ed. Centre d’Etude et D’information sur les Vitamines.
  • Sandström B. (2001). Micronutrient interactions: effects on absorption and bioavailability. Br J Nutr. 2001 May;85 Suppl 2:S181-5.
  • Faure H, etal., (1999). Caroténoides: métabolisme et physiologie. Ann Biol Clin (Paris), 57(2):169-183.
  • Cooper D.A. (2004). Carotenoids in health and disease: recent scientific evaluations, research recommendations and the consumer. J Nutr., 134: 221S-224S.
  • Rautalahti M et al., (1997). Beta-carotene did not work: aftermath of the ATBC study. Cancer Lett, 114: 235-236
  • Siow RC et al., (2007). Cardiovascular targets for estrogens and phytoestrogens: transcriptional regulation of nitric oxide synthase and antioxidant defense genes. Free Radie Biol Med., 42:909-925.
  • Scalbert A et al., (2005). Dietary polyphenols and the prevention of diseases. Crit Rev Food Sei Nutr., 45: 287-306.
  • Manach C et al., Bioavailability and bioefficacy of polyphenols in humans. I. Review of 97 bioavailability studies. Am J Clin Nutr., 81: 230S-242S.
  • Virgili F & Marino M. (2008). Regulation of cellular signals from nutritional molecules: a specific role for phytochemicals, beyond antioxidant activity. Free Radie Biol Med., 45: 1205-1216.

(Edmond ROCK - Unité Nutrition Humaine - C.R.N.H 63122 - Saint Genès Champanelle - Université d’été de Nutrition 2008, Clermont-Ferrand, 16-18 septembre 2009)

SOURCE : Centre de Recherche en Nutrition Humaine Auvergne

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