Minéraux
Les minéraux sont en quantité très variable dans l’organisme. Certains y sont en quantité importante (de l’ordre de plusieurs grammes) et sont dénommés macroéléments : ce sont le sodium, le potassium, le calcium, le phosphore, le magnésium et le fer. D’autres y sont en quantité faible voire infinitésimale et sont dénommés oligoéléments. Les rôles joués par ces minéraux sont également variables ;
- constitution des tissus,
- régulateur des mouvements d’eau,
- rôle dans l’excitabilité neuromusculaire,
- élaboration des hormones, des enzymes, etc… soit par incorporation directe, soit par un mécanisme catalytique.
Sodium
C’est le principal cation du secteur extracellulaire.
Rôle
Il maintient la pression osmotique dans ce secteur. Son rôle majeur est de contrôler la teneur en eau de l’organisme.
Sa concentration restant remarquablement fixe (140 à 144 mmol/l), tout excès de sodium amène une rétention d’eau; toute déplétion en sodium entraîne une perte d’eau. C’est donc en modulant la quantité de sodium que l’organisme régule sa teneur en eau, et ce mécanisme est d’une précision remarquable. Dans le liquide extra-cellulaire, le sodium est couplé soit à l’ion chlore (Cl-) soit à l’ion bicarbonate (CO3H“) : par ce biais, le sodium joue un rôle important dans le maintien de l’équilibre acidobasique.
La quantité de sodium contenue chez l’homme est de l’ordre de 4 000 mmol. 70 p. 100 est sous forme échangeable. 30 p. 100 est peu ou pas échangeable : c’est notamment le sodium de constitution du tissu osseux.
Dans les cellules au contraire, le sodium est à un taux infime (moins de 10 mmol/1) mais en réalité, le sodium ne cesse d’entrer et de sortir de la cellule, qui rejette en permanence l’excès de sodium dans le liquide interstitiel.
Besoins
Il faut distinguer le besoin minimum vrai de ce qui est habituellement fourni par l’alimentation. En effet les besoins ne dépendent que des pertes qu’il faut compenser.
- Pertes obligatoires : par les fèces : 10 mmol/24 h (plus en cas de diarrhée), par la sueur : 50 mmol/1, elles sont donc minimes.
- Le rein est capable de réabsorber la quasi-totalité du sodium qui est filtré : les pertes urinaires peuvent donc être infimes. De ce fait, les besoins minimaux vrais en sodium sont faibles et une ration de 1,5 g de chlorure de sodium par jour est suffisante.
En réalité le goût pour le sel d’assaisonnement et la consommation d’aliments à forte teneur en sodium (poissons fumés, conserves, charcuteries, salaisons …) (cf. p. 255) font croître la consommation de sodium au-delà des besoins réels : le surplus du sodium alimentaire sera donc intégralement éliminé par le rein : la natriurie (chez l’homme sain) est donc le reflet du sodium alimentaire, déduction faite des pertes fécales et des pertes insensibles. La régulation des pertes rénales est surtout sous la dépendance de l’aldostérone.
Apports
On admet que l’alimentation occidentale moyenne apporte environ 10 g de chlorure de sodium par jour, soit 4 g de sodium; une moitié provenant du sodium de constitution des aliments, l’autre moitié étant faite du sel d’assaisonnement ou de cuisson. Le sodium alimentaire (auquel s’ajoute le sodium des sécrétions digestives) est presque’ entièrement résorbé par le grêle par un mécanisme en partie passif (diffusion intercellulaire, surtout dans le jéjunum) en partie actif, lié au glucose, plus ou moins contrebalancé par une sécrétion active dépendant de l’AMP cyclique (cf. p. 106).
Potassium
C’est le principal cation intracellulaire.
Rôle
Il est impliqué dans la plupart des grandes fonctions vitales :
- métabolisme cellulaire,
- édification des protéines,
- synthèse glucidique,
- excitabilité neuromusculaire.
L’organisme humain contient de 3 000 à 3 500 mmol de potassium. Les 9/10e au moins de cet ion sont échangeables (mesure par radioélément 42K*). Enfin et surtout les 9/IOe au moins sont localisés dans les cellules à une concentration de l’ordre de 145 mmol/1. Au contraire, le taux de potassium dans le plasma est faible : 4,5 mmol/l. On voit donc l’opposition frappante entre le potassium et le sodium, ces deux ions ayant une distribution presque symétrique de part et d’autre de la membrane cellulaire.
Cette opposition se retrouve aussi dans les ions auxquels le potassium est associé : alors que le sodium est lié au Cl“ et au CC>3H~, le potassium est lié en majorité à l’ion PO4 et en moins grande quantité à l’ion SO.*—; le potassium est sélectionné par les cellules au détriment du sodium en partie au moins grâce au large éventail de fixation anionique que possèdent les polyphosphates organiques. Fixés sur les protéines de la cellule, ils permettent la fixation élective du potassium, entraînant la concentration du potassium dans la cellule au détriment du sodium qui en est exclu.
Le rôle du potassium est le suivant :
- il règle la teneur en eau de la cellule;
- il a un rôle d’activateur des systèmes enzymatiques;
- il accroît l’excitabilité neuromusculaire;
- lorsque la cellule est stimulée, le taux de potassium y baisse, celui de sodium augmente;
Au cours du catabolisme protidique, le potassium sort des cellules. Au contraire, il y a un appel de potassium dans la cellule en cas d’anabolisme. La glycogénolyse s’accompagne d’une libération de potassium, alors que le. stockage de glycogène consomme du potassium. L’acidose métabolique s’accompagne d’une fuite de potassium cellulaire et d’une hyperkaliémie. C’est l’inverse au cours de l’alcalose.
Besoins
Chez un sujet en équilibre nutritionnel, les besoins vrais sont minimes, évalués à 12 mmol/24 h. En effet, les pertes en potassium sont très faibles, puisque :
- la sueur n’en contient que des traces,
- les fèces n’en éliminent que 10 mmol/24 h.
Seule l’urine est capable d’éliminer de fortes quantités. Chez le sujet sain, cette voie n’élimine que des excédents d’apport. Toutefois, l’élimination urinaire est soumise à l’action :
- des minéralocorticoïdes qui retiennent le sodium en échange d’une kaliurie accrue;
- des glucocorticoïdes qui font également perdre du potassium dans les urines;
- du pH, le potassium pouvant prendre la place des ions H+ dans les urines.
Enfin les besoins en potassium sont majorés dans quelques circonstances particulières :
- notamment chez le jeune en période de croissance, puisque chaque gramme d’azote incorporé va consommer 3 mmol de potassium;
- sous l’action de l’insuline, la mise en réserve des glucides consomme du potassium;
- ou en cas de perte digestive (vomissements, diarrhée, dysenterie, fistules).
Apports
L’alimentation courante apporte une quantité très suffisante de potassium, puisqu’elle est évaluée à 2 à 4 g/24 h.
- Aliments à forte teneur en potassium : levure sèche, lentilles, pois cassés, abricot sec, figue sèche.
- Aliments à teneur moyenne mais couramment consommés en quantité importante : viandes, jambon, poisson, pomme de terre, chocolat, banane, abricot frais, groseille, cassis.
Enfin certains vins sont riches en potassium. L’absorption du potassium se fait au niveau du grêle par un mécanisme passif, la rapidité de résorption étant parallèle à la concentration en potassium du bol alimentaire.
Calcium
C’est le minéral dont le corps humain est le plus riche : 1 000 à 1 500 g chez l’adulte. 99 p. 100 sont localisés sur le squelette. Ses deux pôles d’intérêt sont :
- ses multiples rôles physiologiques
- la facilité de survenue de sa carence, même dans nos régions.
Rôle
- Son rôle le plus évident est d’entrer dans la composition de Vos, l’unité de base étant le cristal d’hydroxyapatite, long de 600 A. Les sels sont surtout des phosphates et aussi des carbonates.
Le calcium osseux est en constant renouvellement : les ostéoblastes font précipiter constamment devant eux des sels de calcium, tandis que les ostéoclastes désintègrent par ailleurs l’os déjà ancien.
La concentration locale en acide citrique semble un élément important de ces successions de dépôt et de redissolution.
Mais le calcium non osseux quoique bien moins abondant (1 p. 100 du calcium total) n’en a pas moins une importance de premier plan : Encore faut-il y distinguer :
- le calcium des tissus non osseux, représentant à lui seul les 9/10e,
- le calcium plasmatique (100 mg/1 ou 2,5 mmol/1), réparti en :
Calcium diffusible (65 mg/1) dont 60 mg/l ionisés : c’est la fraction physiologiquement active et 5 mg/1 salifiés sous forme de citrate;
Calcium non diffusible lié aux protéines (3/4 sur l’albumine et 1/4 sur les globulines);
Enfin un calcium extracellulaire non plasmatique au même taux que le calcium diffusible (65 mg/1).
Le calcium ionisé intervient dans plusieurs fonctions vitales . La coagulation sanguine :
- dans la thromboplastinoformation,
- dans la transformation de la prothrombine en thrombine.
L’addition au sang de citrate ou d’oxalate le rend incoagulable.
- Dans la mutation d’un certain nombre de protéines nobles; par exemple, activation du trypsinogène pancréatique.
- L’excitabilité neuromusculaire ; la baisse du taux de calcium ionisé s’accompagne d’une hyperexcitabilité musculaire dont le tableau le plus évocateur réalise la crise de tétanie.
Le calcium diminue l’excitabilité neuromusculaire; à l’inverse du potassium.
- Il agit sur le myocarde en renforçant la contraction; mais un taux excessif peut provoquer un arrêt cardiaque en systole. Sur l’ECG une hypocalcémie se traduit par un allongement de QT, une hypercalcémie par un raccourcissement.
Besoins
Ils sont évalués à 10 mg/kg/24 h chez l’adulte, soit au moins 500 mg et mieux 1 g/24 h.
Mais ces besoins sont variables avec l’âge, le mode d’alimentation, le degré d’ensoleillement et la proportion de phosphore contenue dans la ration. Les pertes de calcium sont :
- les fèces : 450 mg/24 h dont 300 mg proviennent de la fraction non résorbée de l’alimentation et 150 mg sont excrétés dans le tube digestif. Les pertes peuvent être importantes en cas de diarrhée;
- la sueur : 100 à 150 mg/24 h, mais ces chiffres peuvent doubler ou tripler en cas de sudation abondante;
- l’urine : pertes variables d’un sujet à l’autre, oscillant entre 100 et 250 mg/24 h;
- enfin la lactation est une cause importante de déperdition calcique (1 g/l de lait).
Les besoins seront également accrus en période de croissance (nourrisson et enfant) et au cours de la gestation.
Apports
Ils sont représentés avant tout par le lait et ses dérivés, dans une moindre proportion par des légumes frais ,En réalité la seule teneur en calcium des aliments ne suffit pas obligatoirement à couvrir les besoins. En effet un certain nombre de conditions favorables doivent être réunies, et un certain nombre de situations nocives évitées. Les conditions favorables :
- la liaison du calcium avec des protéines favorise sa résorption digestive (alors que le calcium sous forme de sels minéraux, comme dans certaines eaux de boisson, est mal résorbé);
- la présence d’une chlorhydrie gastrique suffisante est nécessaire à la solubilisation des composés calciques;
- la présence conjointe de lactose (présent dans le lait animal et surtout dans le lait de femme) favorise l’absorption intestinale du calcium;
- la présence conjointe de phosphore dans le rapport de 1/2 à 2;
- la présence en quantité suffisante de vitamine D dont l’effet principal est de favoriser l’absorption intestinale du calcium (cf. p. 30).
Les situations défavorables :
Outre le non-respect des conditions précédentes, il convient de signaler :
- un excès d’acides gras dans la lumière intestinale (excès d’apport ou digestion insuffisante) conduit à la formation de savons insolubles entravant la résorption du calcium;
- l’ingestion de légumes riches en acide oxalique ou en acide phytique conduit aussi à la formation de sels insolubles qui soustraient le calcium alimentaire à la résorption intestinale;
- une alimentation trop riche en fibres végétales entrave le contact calcium-muqueuse et est une cause de malabsorption calcique;
- les glucocorticoïdes entravent l’action de la vitamine D sur la résorption intestinale de calcium.
Rappelons enfin que l’intestin a à résorber non seulement le calcium alimentaire, mais aussi le calcium contenu dans les sécrétions digestives. Quoi qu’il en soit, le coefficient d’absorption du calcium est souvent médiocre, variant en fonction des conditions précédentes entre 15 et 60 p. 100.
Régulation
Les mouvements du calcium dans l’organisme dépendent de trois mécanismes principaux :
- l’absorption intestinale,
- la résultante de l’ostéolyse et de l’édification de l’os,
- l’élimination rénale.
A ces trois niveaux vont intervenir différentes hormones : vitamine D, parathormone, thyrocalcitonine, glucocorticoïdes, hormones sexuelles.
Phosphore
Le phosphore a un rôle physiologique fondamental. L’homme adulte renferme environ 700 g de phosphore. Rôle
La plus grande partie du phosphore (85 à 90 p. 100) se retrouve dans l’os combiné au calcium, puisqu’il entre dans la composition du cristal d’hydro- xyapatite, élément de base de la structure osseuse.
Le phosphore non osseux va se partager d’importantes fonctions métaboliques. La phosphorylation est en effet l’étape habituelle des molécules destinées à couvrir un besoin énergétique. C’est sous cette forme que la plupart des sucres et de nombreux acides aminés pourront libérer leur énergie. Citons par exemple : l’adénosine-tri-phosphate (ATP), le glucose-6-phos- phate, le fructose-6-phosphate, le ribose-5-phosphate, l’AMP cyclique…
C’est donc grâce au phosphore que la cellule peut, à chaque moment, et de façon immédiate, disposer de ses réserves d’énergie. Dans le sang, il existe :
- sous forme organique (lié aux protéines et phospholipides),
- estérifié dans les globules rouges,
- enfin sous forme de phosphates, fraction que l’on dose : 25 à 45 mg/l (0,8 à 1,5 mmol/l).
Besoins
Ils sont difficiles à fixer car l’alimentation courante les dépasse habituellement sans peine.
Les pertes :
- dans les fèces, on ne retrouve qu’une fraction alimentaire non résorbée, mais il n’y a pas de perte digestive de phosphore;
- c’est donc l’urine qui règle les pertes en phosphore : Le phosphore filtré est réabsorbé à 90 p. 100. Les pertes sont de l’ordre de 400 mg/24 h, mais peuvent beaucoup baisser en cas de carence. Le débit urinaire de phosphore est sous la dépendance de la parathormone et de la calcitonine.
Les besoins sont majorés par la croissance, la gestation, la lactation. On considère qu’un apport de un gramme par 24 h est suffisant, mais on doit se souvenir que le rapport Ca/pdoit rester compris entre 0,5 et 2, si l’on veut rester dans les meilleures conditions d’absorption.
Apports
De très nombreux aliments sont riches en phosphore, notamment les aliments qui contiennent du calcium phosphore alimentaire subit une résorption intestinale active dans laquelle interviennent la vitamine D et la parathormone. Pour un apport suffisant de 1 g/24 h le coefficient d’absorption ne dépasse pas 60 p. 100. Si au contraire la ration alimentaire s’appauvrit en phosphore, le taux de résorption peut atteindre 90 p. 100. Par contre un excès de calcium alimentaire (rapport Ca/P> 2) entraîne la formation de phosphates insolubles et gêne la résorption du phosphore.
Régulation
En dehors des variations grossières du taux d’absorption digestive, c’est le rein qui est l’organe régulateur des mouvements du phosphore. La parathormone et la calcitonine ont ici un effet commun : elles s’opposent à la réabsorption tubulaire du phosphore. Enfin la vitamine D a une action rapide sur les taux de phosphatémie.
Magnésium
Le magnésium, quoique moins abondant que les quatre « grands » macro-éléments (Na, K, Ca, P), a cependant un rôle physiologique important que viennent confirmer les troubles dus à sa carence. L’homme adulte en contient 30 g environ. Près des deux tiers sont fixés sur l’os sous forme de phosphates et de bicarbonates. 8 g environ entrent dans la composition de la masse musculaire, liés aux protéines. Une toute petite fraction est dans le sang (2 à 4 mg/100 ml), une partie est liée aux protéines, l’autre est ionisée et représente la portion physiologiquement active.
Rôle
C’est le cation cellulaire le plus important après le potassium. Il assure la cohésion des molécules protéiques. Il agit en activateur des systèmes enzymatiques; il est notamment le cofacteur de tous les enzymes utilisés avec l’ATP. Il joue dans la liaison ARN messager-ribosomes, et régule la duplication des acides nucléiques. Sur le système nerveux central son action est voisine de celle du calcium : une baisse du taux de magnésium abaisse le seuil d’excitabilité. Sur la jonction nerf-muscle, le magnésium inhibe la sécrétion d’acétylcholine. Une baisse du taux de magnésium entraîne une hyperexcitabilité : il est ici antagoniste du calcium. Sur le système cardio-vasculaire, il entraîne à forte dose un allongement de PR et de QRS et, au maximum, un arrêt cardiaque. A noter, pour mémoire, que le magnésium est l’atome central de la chlorophylle : il est donc là l’homologue du fer pour l’hémoglobine.
Besoins
Ils sont évalués à 5 à 7 mg/kg/j chez l’adulte, le double chez l’enfant et 15 mg/kg/j chez la femme enceinte.
Les pertes :
- elles sont surtout fécales, pour partie faites de magnésium non résorbé, pour partie de magnésium excrété;
- les pertes urinaires peuvent être infimes (0,1 à 1 mg/j) mais couramment l’excès de magnésium alimentaire entraîne des pertes urinaires de l’ordre de 100 mg/j. Le magnésium est filtré par le glomérule et réabsorbé par le tubule où il est en compétition avec le calcium.
L’hormone parathyroïdienne favorise la réabsorption tubulaire du magnésium.
Apports
Ils proviennent surtout des céréales entières, des fruits secs, des oléagineux et du chocolat. Le magnésium est résorbé par le grêle dans la proportion de 30 à 40 p. 100 par un mécanisme de transport actif compétitif avec le calcium. Cette résorption est entravée par la richesse du bol alimentaire en enveloppes de céréales. Elle est au contraire favoris par la vitamines D.
Fer
Rôle
Le corps humain en contient 3 à 5 g :
- La plus grande partie (2,5 à 3 g) est utilisée à la synthèse de l’hème, noyau pigmentaire de l’hémoglobine. 150 mg entrent dans la composition de la myoglobine, proche de la précédente. Une petite partie entre dans la composition des enzymes : catalase, péroxydases, cytochromes… Ces fonctions sont liées à la propriété du fer d’accepter puis de perdre un électron en passant de l’état ferrique à l’état ferreux.
- Enfin un gramme est dans l ‘organisme sous forme de réserves.
On y distingue :
- la ferritine, formée d’un hydroxyde ferrique et d’apoferritine,
- l’hémosidérine, forme dégradée et inerte.
Seulement 2 à 3 mg circulent dans le plasma liés à une protéine :
La sidérophylline ou transferrine, béta-l-globuline synthétisée par le foie. Normalement, cette protéine ne transporte que le tiers du fer qu’elle pourrait fixer (coefficient de saturation de la sidérophylline). L’avidité des érythro- blastes pour le fer leur permet de le soustraire à la sidérophylline malgré ce taux bas. Par contre si la saturation de la sidérophylline dépasse les deux tiers, les globules rouges ne seront plus les seuls bénéficiaires du fer : des dépôts tissulaires vont apparaître.
Besoins
Le métabolisme du fer est un exemple d’économie en circuit fermé :
Le fer provenant de la destruction des hématies vieillies est repris par la ferritine avant d’être à nouveau incorporé dans les érythroblastes.
Les besoins en fer ne visent donc qu a compenser les pertes en fer qui sont minimes chez le sujet sain :
- les pertes urinaires et cutanées ne dépassent pas 1 mg/j;
- chez la femme, les règles font perdre 25 à 30 mg de fer : en période d’activité génitale, les besoins de la femme seront donc de 2 mg/j.
La plupart du temps, l’alimentation apporte au-delà des besoins : l’originalité du métabolisme du fer réside dans la limitation des entrées au niveau du duodénum. Alors que pour les autres ions le grêle absorbe tout l’excès alimentaire, l’organisme ayant ensuite à se débarrasser de l’excédent, en général par voie urinaire, pour le fer au contraire, il existe un véritable barrage intestinal qui limite ¡’absorption du fer à la compensation des pertes.
Cette régulation se fait en deux étapes :
- la première au niveau de la captation du fer alimentaire par la cellule duodénale qui fait entrer dans l’entérocyte une petite quantité de fer, le surplus restant dans la lumière digestive;
- la deuxième fait un nouveau choix à partir du fer contenu dans la cellule : une petite partie, variable selon les besoins, va être déversée dans le plasma, tandis que le reste persiste dans la cellule sous forme de ferritine qui pourra soit redonner du fer vers le plasma si un besoin apparaît, soit être éliminé dans la lumière intestinale avec la mort de l’entérocyte.
Si ces deux étapes ont été clairement observées, on connaît mal la façon dont elles sont réglées. Il semble qu’interviennent :
- l’importance de l’érythropoïèse,
- la quantité de fer contenue dans les villosités,
- le stock martial de l’organisme.
Les besoins en fer sont majorés dans trois circonstances principales :
- chez le nourrisson et l’enfant en période de croissance;
- chez la femme enceinte qui doit assurer la constitution du stock martial du fœtus, notamment dans les trois derniers mois de la grossesse où les besoins montent à 25 mg/j;
- surtout en cas de déperdition accrue, c’est-à-dire en cas d’hémorragie.
Apports
Ils sont habituellement largement suffisants dans une alimentation diversifiée, les aliments les plus riches étant : le foie, le chocolat, le persil, les légumes secs, les huîtres. Certaines conditions sont toutefois nécessaires pour que le fer alimentaire puisse être incorporé par la cellule intestinale :
- présence en quantité suffisante de CIH gastrique destiné à réduire les sels ferriques en ions ferreux, seul absorbés;
- présence de vitamine C dans l’alimentation, qui a le même effet.
Toutefois il existe quelques circonstances où l’alimentation reste insuffisante à couvrir les besoins en fer (cf. p. 291) :
- au cours des régimes lactés, le lait étant particulièrement pauvre en fer (1 mg/1). Il faut donc éviter les allaitements exclusifs des nourrissons jusqu’à un âge trop avancé; en effet le stock martial de l’enfant à la naissance ne lui assure pas plus de six mois d’autonomie : le régime sera donc diversifié avant ce terme;
- chez la femme enceinte qui puise dans ses propres réserves lors des trois derniers mois de grossesse (voir également calcium) le régime n’apportant qu’exceptionnellement les 25 mg nécessaire.