L'équilibre énergétique et son implication dans la santé et la maladie

Sur quoi repose l'équilibre énergétique ?

L'équilibre énergétique repose sur le principe thermodynamique fondamental selon lequel l'énergie ne peut être détruite et ne peut être que gagnée, perdue ou stockée par un organisme. Il est défini comme l'état atteint lorsque l'apport énergétique est égal à la dépense énergétique. Lorsque l'organisme est en équilibre énergétique, le poids corporel est stable ; lorsque l'organisme est en équilibre énergétique positif, le poids corporel augmente ; et lorsque l'organisme est en équilibre énergétique négatif, le poids corporel diminue. En d'autres termes, l'équilibre énergétique signifie pratiquement l'équilibre du poids, l'équilibre énergétique positif signifie la prise de poids et l'équilibre énergétique négatif implique la perte de poids. C'est ce que l'on appelle la règle des calories ingérées/absorbées (CICO), selon laquelle la perte de poids se produit lorsque les calories consommées sont inférieures aux calories brûlées, et la prise de poids se produit lorsque les calories consommées sont supérieures aux calories brûlées. Le maintien du poids se produit lorsque les calories consommées sont égales aux calories brûlées.

Apports et dépenses énergétiques

Pour mieux comprendre l'équilibre énergétique, examinons ses deux composantes : l'apport énergétique et la dépense énergétique. L'apport énergétique fait référence aux calories que les êtres humains ingèrent à partir des protéines, des glucides, des lipides et de l'alcool en consommant des aliments et des boissons. D'autre part, la dépense énergétique fait référence aux calories que l'homme dépense par le biais du taux métabolique au repos (TMR), de l'effet thermique des aliments (TEF) et de l'activité physique. Le TMR est l'énergie nécessaire pour alimenter le corps au repos afin de maintenir les fonctions vitales de l'organisme et l'homéostasie. Le RMR représente 60-75% de la dépense énergétique quotidienne totale et est proportionnel à la masse musculaire, c'est-à-dire que plus une personne a de muscles, plus son RMR est élevé. Le TEF correspond à l'énergie nécessaire pour absorber, digérer et métaboliser les aliments consommés et représente généralement 8-10% de la dépense énergétique quotidienne totale. Enfin, l'énergie dépensée par l'activité physique, la composante la plus variable de la dépense énergétique quotidienne totale, comprend les calories dépensées lors d'exercices volontaires et non volontaires, tels que le contrôle postural et les frissons. Cette composante est également connue sous le nom de thermogenèse de l'activité non physique (NEAT).

L'apport et la dépense d'énergie sont principalement contrôlés par le système nerveux central (SNC). Lors de la consommation d'aliments, des signaux olfactifs, gustatifs et texturaux sont envoyés au cerveau cognitif et émotionnel, régulant ainsi le comportement alimentaire. Lorsque les aliments pénètrent dans le tractus gastro-intestinal, la distension physique de l'estomac crée un signal de satiété qui est transmis au cerveau pour l'inciter à cesser de manger. En outre, les composants alimentaires digérés, tels que les acides gras, favorisent la satiété en stimulant les hormones de satiété à court terme, telles que la cholécystokinine, à partir des cellules endocrines gastro-intestinales. Enfin, une fois la consommation alimentaire terminée, des hormones provenant du tissu adipeux (leptine) et du pancréas (insuline) sont sécrétées, ce qui supprime encore davantage l'appétit. La régulation de l'équilibre énergétique n'est pas seulement un processus à court terme, mais aussi et surtout un processus à long terme. L'hypothalamus, une région particulière du cerveau, régule l'équilibre énergétique à long terme, et donc le poids corporel, en encodant des informations sur la disponibilité et la réserve totales d'énergie dans le corps.

Un bilan énergétique positif chronique causé par une combinaison de facteurs génétiques (gènes de l'obésité) et environnementaux (abondance de nourriture, faible coût des aliments riches en graisses et en sucres, manque d'infrastructures et de motivations pour l'activité physique) conduit à l'accumulation de graisse et finalement à l'obésité. Inversement, la dépense énergétique doit être supérieure à l'apport énergétique (bilan énergétique négatif) pour perdre du poids. Cependant, l'ampleur de ce bilan énergétique négatif est très discutable et de nombreuses théories ont été élaborées au fil des ans. L'une des plus populaires est la règle des "3 500 kcal par livre", utilisée pour prédire l'évolution temporelle de la perte de poids à la suite d'une intervention diététique. Plus précisément, cette règle stipule qu'il faut un déficit calorique de 3 500 kcal pour qu'une personne perde une livre. Cette règle a été confirmée car il est généralement admis que des changements compensatoires se produisent avec le changement de poids dans la dépense énergétique, ce qui rend cet équilibre plus complexe qu'une simple équation mathématique.

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Le déplacement de l'équilibre énergétique vers un apport énergétique plus faible par rapport à la dépense énergétique totale entraîne une série d'adaptations biologiques distinctes, notamment une diminution du RMR, une réduction de la NEAT et une modification des niveaux d'hormones circulantes qui régulent l'appétit (augmentation des niveaux d'hormones orexigènes ou de la faim telles que la ghréline et réduction des niveaux d'hormones anorexigènes ou de la satiété telles que la leptine), dont on sait qu'elles influencent la perte de poids mais surtout le maintien du poids à long terme. Les adaptations biologiques les plus puissantes qui se produisent pendant la perte de poids et qui agissent sur son continuum sont la diminution de la RMR et l'augmentation de l'efficacité de l'activité des muscles squelettiques, en particulier pendant de faibles niveaux d'exercice (précédemment appelés NEAT). Ces adaptations sont collectivement appelées thermogenèse adaptative (TA), dans laquelle les cellules de votre corps, et en particulier les cellules musculaires squelettiques, brûlent moins de calories pour leurs activités (principalement les activités de type NEAT) par unité de poids par rapport à ce qu'elles feraient normalement, si l'environnement hypocalorique n'existait pas. Les changements susmentionnés sont les principales causes du plafonnement de la perte de poids et de la reprise de poids totale ou partielle. Par conséquent, étant donné que l'équilibre énergétique constitue un mécanisme sensible qui peut facilement être perturbé, principalement par des pratiques diététiques extrêmes et inappropriées telles que les régimes très hypocaloriques (VLCD), les personnes au régime devraient toujours se référer à des diététiciens professionnels pour les guider dans ce processus.

Le surpoids et l'obésité résultant d'un bilan énergétique positif chronique sont des facteurs de risque majeurs pour les maladies chroniques graves, en particulier le cancer, les maladies cardiovasculaires et le diabète de type II. L'obésité est un facteur causal pour de nombreux types de cancer, notamment le cancer colorectal, de l'endomètre, du rein, de l'œsophage, du pancréas, de la thyroïde, du sein et de la prostate. Le tissu adipeux est un tissu métaboliquement actif qui produit des hormones et des cytokines inflammatoires contribuant à augmenter le risque de certains cancers. De plus, la résistance à l'insuline, caractéristique de l'obésité et précurseur du diabète de type II, provoque une hyperinsulinémie qui stimule la production du facteur de croissance analogue à l'insuline -1 (IGF-1), ce qui augmente le risque de cancer. L'obésité est également un facteur de risque important pour le développement des maladies cardiovasculaires, provoquant l'hypertension, l'hyperlipidémie et le dysfonctionnement endothélial. La perte de poids par l'adoption d'un modèle alimentaire sain et équilibré, tel que le régime méditerranéen, diminue les effets néfastes d'un bilan énergétique positif à long terme sur le cœur et le système circulatoire en général.

Un bilan énergétique positif n'est que parfois regrettable. La création d'un surplus énergétique adéquat est souvent une condition préalable, en particulier pour les athlètes maigres qui tentent de gagner de la masse musculaire. L'ampleur de ce surplus permettant à l'athlète de gagner 1 kg de masse musculaire squelettique n'a pas encore été définie en raison de variables inestimables telles que la génétique, l'âge, le sexe, la composition corporelle et l'état de l'entraînement. Toutefois, étant donné que l'augmentation de la masse musculaire par le biais d'un bilan énergétique positif est également associée à une augmentation de la masse grasse, la recommandation générale est un excédent de 350 à 500 kcal par jour pour un contexte anabolique efficace. Un bilan énergétique positif n'est pas suffisant, car il faut un programme d'entraînement en résistance adéquat et un apport en protéines approprié, qui est le macronutriment le plus important pour l'hypertrophie des muscles squelettiques.

Le RMR, et par conséquent le bilan énergétique, peuvent être mesurés avec précision par calorimétrie respiratoire indirecte, qui est le test de référence pour mesurer la dépense énergétique. L'analyse du souffle permet de surveiller les échanges gazeux, à savoir le volume de consommation d'oxygène (VO2) et la production de dioxyde de carbone (VCO2) au repos et pendant l'exercice. Le rapport entre la production de CO2 et la consommation d'O2 est connu sous le nom de ratio d'échange respiratoire (RER) et représente l'oxydation des carburants, en particulier la contribution relative des glucides et des graisses à la dépense énergétique. Lors de l'oxydation pure des glucides, la quantité de CO2 produite est égale à la quantité d'O2 consommée (RER=1,0), tandis que lors de l'oxydation pure des graisses, le RER est égal à 0,7. Une plus grande capacité à oxyder les graisses au repos est importante pour la santé métabolique, la gestion du poids et la composition corporelle, tandis que les personnes obèses présentant une résistance à l'insuline ont une efficacité réduite à brûler les graisses. En outre, un RER élevé au repos est un facteur prédictif de la reprise de la masse grasse après une réduction du poids corporel induite par un régime.

Globalement, l'équilibre énergétique est un équilibre complexe comportant de nombreuses composantes qui peuvent varier considérablement d'un individu à l'autre. Cet équilibre implique des mécanismes biologiques complexes tels que les hormones et les circuits neuronaux, dont la perturbation peut avoir des effets néfastes à long terme sur la santé métabolique. Si un bilan énergétique positif chronique est lié à l'obésité et à d'autres problèmes de santé chroniques graves, il peut également être souhaitable pour les athlètes qui s'efforcent de gagner en masse musculaire. Toute personne souhaitant obtenir une mesure valable de son bilan énergétique devrait procéder à une analyse de l'air expiré, la méthode de référence pour mesurer la dépense énergétique et déterminer ainsi l'apport énergétique et, en fin de compte, le bilan énergétique.

Références

1. Cooney C, Daly E, McDonagh M, Ryan L. Evaluation of measured resting metabolic rate for dietary prescription in ageing adults with overweight and adiposity-based chronic disease. Nutrients. 2021;13(4):1229. DOI : 10.3390/nu13041229
2. Hall KD, Heymsfield SB, Kemnitz JW, Klein S, Schoeller DA, Speakman JR. L'équilibre énergétique et ses composantes : implications pour la régulation du poids corporel. Am J Clin Nutr. 2012;95(4):989-994. DOI : 10.3945/ajcn.112.036350
3. Hill JO, Wyatt HR, Peters JC. L'importance du bilan énergétique. Eur Endocrinol. 2013;9(2):111-115. DOI : 10.17925/EE.2013.09.02.111
4. 4.  Hill JO, Wyatt HR, Peters JC. Balance énergétique et obésité. Circulation. 2012;126(1):126-132. DOI : https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.111.087213
5. Pati S, Irfan W, Jameel A, Ahmed S, Shahid RK. Obésité et cancer : Un aperçu actuel de l'épidémiologie, de la pathogenèse, des résultats et de la gestion. Cancers. 2023;15(2):485. DOI : https://doi.org/10.3390/cancers15020485
6. Powell-Wiley TM, Poirier P, Burke LE, Després J-P, Gordon-Larsen P, Lavie CJ, Lear SA, Ndumele CE, Neeland IJ, Sanders P, St-Onge M-P. Obésité et maladies cardiovasculaires : Une déclaration scientifique de l'American Heart Association. Circulation. 2021;143(21):e984-e1010. DOI : https://doi.org/10.1161/CIR.0000000000000973
7. Romieu I, Dossus L, Barquera S, Blottiére HM, Franks PW, Gunter M, Hwalla N, Hursting SD, Leitzmann M, Margetts B, Nishida C, Potischman N, Seidell J, Stepien M, Wang Y, Westerterp K, Winichagoon P, Wiseman M, Willett WC. Bilan énergétique et obésité : quels sont les principaux facteurs ? Cancer Causes Control. 2017;28(3):247-258. DOI : 10.1007/s10552-017-0869-z
8. 8. Rui L. Brain regulation of energy balance and body weights. Rev Endocr Metab Disord. 2013;14(4). DOI : 1007/s11154-013-9261-9
9. 9. Slater GJ, Dieter BP, Marsh DJ, Helms ER, Shaw G, Iraki J. Un surplus énergétique est-il nécessaire pour maximiser l'hypertrophie des muscles squelettiques associée à l'entraînement en résistance ? Front Nutr. 2019;6:131. DOI : 3389/fnut.2019.00131

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