Nutrition : comment la nourriture devient énergie, croissance et santé

Ce que signifie vraiment la nutrition

La nutrition est l’ensemble des processus biochimiques et physiologiques par lesquels un organisme vivant utilise la nourriture et l’eau pour rester en vie. Les aliments fournissent des nutriments : des substances que le corps décompose pour libérer de l’énergie, qu’il utilise comme matière première pour construire et réparer ses tissus, ou dont il a besoin en petites quantités pour que ses réactions chimiques continuent de fonctionner. Chaque battement de cœur, chaque pensée et chaque cheveu qui pousse dépendent de molécules arrivées un jour dans le cadre d’un repas.

La nutrition ne se limite pas au fait de manger. Elle comprend tout le parcours de l’aliment : le choisir et l’ingérer, le digérer en morceaux plus petits, absorber ces morceaux dans le sang, les transporter jusqu’aux cellules et, enfin, les utiliser dans le métabolisme, le réseau de réactions chimiques qui maintient une cellule en vie. La science qui étudie tout cela s’appelle la science de la nutrition. Elle s’appuie sur la chimie, la biologie et la médecine et, bien qu’elle concerne tous les types d’organismes, la plupart des recherches portent sur la nutrition humaine.

Une idée clé est l’équilibre. Un nutriment est dit essentiel lorsque le corps ne peut pas le fabriquer, ou pas en quantité suffisante, et doit donc le tirer de l’alimentation. Manquer d’un nutriment essentiel pose des problèmes, mais en avoir trop aussi. Ces deux situations sont des formes de malnutrition, un mot qui signifie littéralement mauvaise nutrition et non simplement manque de nourriture.

Les grandes classes de nutriments

On divise généralement les nutriments en deux grands groupes. Les macronutriments sont nécessaires en grandes quantités, mesurées en grammes, et la plupart fournissent de l’énergie. Les micronutriments sont nécessaires en quantités infimes, mesurées en milligrammes, voire en microgrammes, mais ils n’en sont pas moins importants.

Les glucides

Les glucides sont composés de carbone, d’hydrogène et d’oxygène. Les plus simples sont des sucres comme le glucose et le fructose ; des chaînes plus longues forment l’amidon, présent dans le pain, le riz, les pommes de terre et les pâtes. Le corps décompose l’amidon en glucose, principal carburant du cerveau et carburant important des muscles. Le glucose en excès peut être stocké sous forme de glycogène dans le foie et les muscles, ou transformé en graisse.

Les protéines

Les protéines sont de longues chaînes d’unités plus petites appelées acides aminés. Les protéines humaines sont construites à partir de vingt acides aminés standard, dont neuf sont essentiels chez l’adulte, c’est-à-dire qu’ils doivent provenir de l’alimentation. Les protéines forment les muscles, la peau, les cheveux et les enzymes, ces machines moléculaires qui accélèrent les réactions chimiques. La viande, le poisson, les œufs, les produits laitiers, les haricots, les lentilles et les fruits à coque en sont de riches sources. Les protéines animales contiennent généralement tous les acides aminés essentiels dans de bonnes proportions, tandis que les aliments végétaux peuvent être associés, par exemple des céréales avec des légumineuses, pour fournir l’ensemble complet.

Les lipides

Les graisses, ou lipides, sont la source d’énergie la plus concentrée de l’alimentation. Elles forment aussi les membranes qui entourent chaque cellule, aident le corps à absorber certaines vitamines et servent d’isolant et de coussin protecteur. Deux acides gras, l’acide linoléique (un oméga-6) et l’acide alpha-linolénique (un oméga-3), sont essentiels pour l’être humain. On les trouve dans les huiles végétales, les fruits à coque, les graines et le poisson.

Les vitamines

Les vitamines sont des composés organiques dont le corps a besoin en petites quantités. L’être humain en a besoin de treize. Quatre sont liposolubles (A, D, E et K) et peuvent être stockées dans la graisse corporelle et le foie. Les autres sont hydrosolubles : la vitamine C et les huit vitamines du groupe B. La plupart de celles-ci ne sont pas stockées longtemps et doivent donc être consommées régulièrement. De nombreuses vitamines aident les enzymes à faire leur travail ; la vitamine A est nécessaire à la vision, la vitamine D à la solidité des os et la vitamine K à la coagulation du sang.

Les minéraux

Les minéraux sont des éléments chimiques dont le corps a besoin, comme le calcium, le phosphore, le potassium, le sodium, le magnésium, le fer, le zinc et l’iode. Le calcium et le phosphore construisent les os et les dents. Le fer se trouve au cœur de l’hémoglobine, la protéine des globules rouges qui transporte l’oxygène. La glande thyroïde utilise l’iode pour fabriquer des hormones qui règlent la vitesse à laquelle le corps dépense son énergie.

L’eau et les fibres

L’eau est parfois absente des listes de nutriments, et pourtant c’est ce dont nous pouvons nous passer le moins longtemps. Elle représente environ 60 pour cent du poids corporel d’un adulte, transporte les nutriments et les déchets et aide à réguler la température du corps grâce à la transpiration. Les fibres alimentaires sont un groupe de glucides végétaux que les enzymes digestives humaines ne peuvent pas décomposer. Elles donnent du volume au contenu de l’intestin et favorisent le transit, et les bactéries du gros intestin en font fermenter une partie, produisant des substances qui nourrissent les cellules de la paroi intestinale.

De l’assiette à la cellule : digestion et métabolisme

La digestion commence dans la bouche, où les dents broient les aliments et où la salive commence à décomposer l’amidon. Dans l’estomac, un acide puissant et des enzymes commencent à défaire les protéines. L’essentiel du travail se fait dans l’intestin grêle, où les enzymes du pancréas et la bile produite par le foie achèvent de découper les glucides en sucres simples, les protéines en acides aminés et les graisses en acides gras. La paroi interne de l’intestin grêle est couverte de millions de minuscules replis en forme de doigt appelés villosités, qui lui offrent une surface immense pour absorber ces petites molécules dans le sang et la lymphe.

Une fois dans le corps, les nutriments participent à deux types de métabolisme. Le catabolisme décompose les molécules pour libérer de l’énergie. Dans les cellules, le glucose et les acides gras sont oxydés progressivement, surtout dans des structures appelées mitochondries, et l’énergie est captée dans une molécule appelée ATP, la monnaie énergétique de la cellule. L’anabolisme fait l’inverse : il utilise de l’énergie pour construire de grandes molécules, comme de nouvelles protéines pour les muscles en croissance ou de nouvel ADN pour les cellules qui se divisent.

Le corps abrite aussi des milliers de milliards de microbes, surtout dans le gros intestin. Cette communauté, appelée microbiote intestinal, aide à décomposer les fibres et produit certaines vitamines, notamment la vitamine K et certaines vitamines B. Les chercheurs découvrent encore à quel point ces microbes influencent la digestion et la santé.

L’énergie : compter les calories

L’énergie des aliments se mesure en kilocalories ou en kilojoules. Une kilocalorie est l’énergie nécessaire pour réchauffer un kilogramme d’eau d’un degré Celsius. Sur les étiquettes alimentaires, cette unité est souvent écrite Calorie avec un C majuscule, ce qui peut prêter à confusion, car une Calorie alimentaire équivaut à mille petites calories.

Les scientifiques ont d’abord mesuré l’énergie des aliments en les brûlant dans un récipient fermé entouré d’eau, appelé bombe calorimétrique, et en notant de combien l’eau se réchauffait. À la fin du XIXe siècle, le chimiste américain Wilbur Atwater a déterminé quelle part de cette énergie le corps humain peut réellement utiliser. Sa règle simple est encore appliquée aujourd’hui : environ 4 kilocalories par gramme de glucides, environ 4 par gramme de protéines et environ 9 par gramme de lipides.

Même au repos complet, le corps dépense une grande part de son énergie simplement pour rester en vie : faire battre le cœur, respirer et maintenir le corps au chaud. C’est ce qu’on appelle le métabolisme de base. Le cerveau consomme à lui seul environ un cinquième de l’énergie du corps au repos, alors qu’il ne représente qu’environ 2 pour cent du poids corporel. Les enfants ont besoin d’énergie et de nutriments supplémentaires pour grandir, c’est pourquoi une bonne nutrition pendant l’enfance est si importante.

Quand la nutrition déraille : la malnutrition

La dénutrition

Lorsqu’une personne ne reçoit pas assez d’énergie ou de protéines pendant longtemps, le corps se met à utiliser ses propres tissus comme carburant. Parmi les formes graves figurent le marasme, où le corps devient extrêmement maigre et décharné, et le kwashiorkor, lié à un grave manque de protéines, qui provoque des gonflements, surtout aux jambes et au ventre. La dénutrition affaiblit le système immunitaire, si bien que les infections deviennent plus fréquentes et plus dangereuses, et chez l’enfant elle peut entraîner un retard de croissance, c’est-à-dire une taille inférieure à celle qu’il devrait atteindre.

Les maladies de carence

Le manque d’un seul micronutriment peut provoquer une maladie précise. Sans vitamine C, le collagène ne peut pas être fabriqué correctement et le scorbut apparaît, avec des gencives qui saignent et des plaies qui guérissent mal. Une carence en vitamine D, ou en calcium, pendant l’enfance provoque le rachitisme, dans lequel les os deviennent mous et se déforment. Trop peu de thiamine (vitamine B1) provoque le béribéri, qui endommage les nerfs et le cœur, tandis qu’un manque de niacine cause la pellagre, qui touche la peau, le tube digestif et le cerveau. Le manque d’iode peut faire grossir la glande thyroïde jusqu’à former un goitre et, pendant la grossesse, nuire au développement du cerveau du bébé. Selon l’Organisation mondiale de la santé, la carence en fer est la carence nutritionnelle la plus répandue au monde, et la carence en vitamine A est l’une des principales causes évitables de cécité chez l’enfant. Comme ces carences peuvent exister même lorsque les gens ont assez de calories, on parle parfois de faim cachée.

La suralimentation

La malnutrition comprend aussi le fait de consommer plus d’énergie que le corps n’en dépense. L’énergie en excès est stockée sous forme de graisse et, au fil des années, cela peut conduire à l’obésité, qui augmente le risque de diabète de type 2, de maladies cardiaques et de certaines autres affections. Un excès d’un seul nutriment peut lui aussi être nocif. Les vitamines liposolubles en particulier peuvent s’accumuler jusqu’à des niveaux toxiques : des explorateurs de l’Arctique qui avaient mangé du foie d’ours polaire, extraordinairement riche en vitamine A, sont tombés gravement malades. Aujourd’hui, de nombreux pays font face à un double fardeau de la malnutrition, où dénutrition et obésité coexistent, parfois même au sein d’une même famille.

Comment les scientifiques ont découvert les nutriments

Pendant la plus grande partie de l’histoire, les gens savaient que certains aliments les maintenaient en bonne santé sans savoir pourquoi. L’une des premières expériences contrôlées de la médecine portait sur la nutrition. En 1747, le chirurgien de marine écossais James Lind répartit des marins atteints de scorbut en petits groupes et donna à chaque groupe un traitement différent. Ceux qui reçurent des oranges et des citrons se rétablirent avec une rapidité frappante. Il fallut pourtant encore des décennies avant que la marine britannique fournisse régulièrement du jus d’agrumes à ses marins.

À la fin du XVIIIe siècle, le chimiste français Antoine Lavoisier montra que la respiration est une sorte de combustion lente : le corps utilise l’oxygène pour libérer l’énergie des aliments et rejette du dioxyde de carbone, exactement comme une bougie. Cette idée posa les fondements de l’étude du métabolisme. Au cours du XIXe siècle, les chimistes identifièrent les glucides, les lipides et les protéines, et beaucoup pensaient que ceux-ci, avec les minéraux et l’eau, constituaient tout ce dont une personne avait besoin.

Cette croyance s’effondra à cause d’une énigme liée au béribéri. Dans les années 1890, le médecin néerlandais Christiaan Eijkman, qui travaillait aux Indes orientales néerlandaises (l’actuelle Indonésie), remarqua que des poules nourries de riz blanc poli développaient une maladie semblable au béribéri, alors que celles nourries de riz non poli en étaient épargnées. Quelque chose dans les couches externes du grain les protégeait. En 1912, le biochimiste polonais Casimir Funk proposa que de telles maladies étaient dues au manque de substances particulières qu’il appela vitamines, d’après amines vitales. Lorsqu’il s’avéra qu’elles n’étaient pas toutes des amines, l’anglais abandonna le e final, ce qui donna le mot moderne vitamin. Eijkman partagea le prix Nobel de physiologie ou médecine de 1929 avec le biochimiste anglais Frederick Gowland Hopkins, qui avait montré que les animaux ont besoin de facteurs alimentaires accessoires en plus des nutriments connus.

Au début du XXe siècle, le médecin américain Joseph Goldberger démontra que la pellagre, alors très répandue dans le sud des États-Unis, était causée par une alimentation pauvre et non par des microbes. Dans les années 1920, la Suisse et les États-Unis commencèrent à ajouter de l’iode au sel de table, l’une des mesures de santé publique les plus simples et les plus efficaces de l’histoire, qui fit fortement reculer le goitre.

La nutrition au-delà de l’être humain

Tous les êtres vivants ont besoin de se nourrir, mais ils y parviennent de manières très différentes. Les autotrophes, comme les plantes, les algues et certaines bactéries, fabriquent leurs propres molécules organiques. Les plantes utilisent la lumière du soleil, le dioxyde de carbone et l’eau pour la photosynthèse, puis puisent des minéraux dans le sol grâce à leurs racines. Les trois minéraux dont elles ont le plus besoin sont l’azote, le phosphore et le potassium, c’est pourquoi ils sont les principaux ingrédients des engrais de jardin. Les hétérotrophes, dont les animaux et les champignons, doivent obtenir leurs molécules organiques en mangeant ou en absorbant d’autres organismes ou leurs restes.

La nature a trouvé des solutions surprenantes. Les plantes carnivores comme la dionée attrape-mouche poussent sur des sols pauvres et marécageux et capturent des insectes surtout pour obtenir de l’azote et d’autres minéraux, pas de l’énergie. Les vaches et les autres ruminants ne peuvent pas digérer seuls la cellulose de l’herbe ; ce sont les microbes de leur grand estomac à plusieurs poches qui s’en chargent. Les termites, qui se nourrissent de bois, dépendent eux aussi des microbes de leur intestin pour le décomposer.

Construire une alimentation équilibrée

Aucun aliment ne contient à lui seul tous les nutriments dans les bonnes quantités, c’est pourquoi les experts de la santé recommandent de manger des aliments variés. De nombreux pays publient des recommandations alimentaires sous forme d’images simples. En 2011, les États-Unis ont remplacé leur célèbre pyramide alimentaire par un schéma en forme d’assiette appelé MyPlate, qui montre que les légumes et les fruits devraient occuper environ la moitié d’un repas, les céréales et les aliments riches en protéines se partageant le reste.

Parmi les conseils que l’on retrouve dans la plupart des recommandations nationales :

• Manger beaucoup de légumes, de fruits, de céréales complètes, de légumineuses et de fruits à coque.
• Choisir l’eau comme boisson principale.
• Limiter les boissons sucrées et les aliments riches en sucres ajoutés. L’Organisation mondiale de la santé conseille de maintenir les sucres libres sous 10 pour cent de l’apport énergétique quotidien.
• Consommer moins de sel. Pour les adultes, l’Organisation mondiale de la santé recommande moins de 5 grammes par jour.
• Préférer les graisses insaturées, présentes dans les huiles végétales, les fruits à coque et le poisson, à de grandes quantités de graisses saturées.

Les besoins évoluent aussi au cours de la vie. Les nourrissons, les adolescents en pleine croissance, les femmes enceintes et les personnes âgées ont chacun des besoins particuliers, c’est pourquoi les conseils nutritionnels sont souvent adaptés à l’âge et à l’étape de la vie.

Faits surprenants sur la nutrition

• La plupart des mammifères peuvent fabriquer leur propre vitamine C, mais pas l’être humain. Nous partageons cette incapacité avec les grands singes et les singes, les cochons d’Inde et certaines chauves-souris, c’est pourquoi le scorbut peut toucher les humains mais pas les chiens ni les chats.
• La vitamine D est singulière : la peau peut la fabriquer lorsqu’elle est exposée au soleil, si bien qu’elle est en quelque sorte à moitié vitamine, à moitié hormone.
• La vitamine B12 est fabriquée uniquement par des microbes. Les animaux l’obtiennent par leur nourriture ou grâce à des bactéries, c’est pourquoi on conseille aux personnes qui ne consomment aucun produit animal d’utiliser des aliments enrichis ou des compléments.
• Les fibres ont longtemps été considérées comme un lest inutile. On les apprécie aujourd’hui comme nourriture du microbiote intestinal et pour leur lien avec un système digestif en bonne santé.
• L’idée selon laquelle on est ce que l’on mange est littéralement vraie en un sens : beaucoup des atomes de votre corps sont peu à peu remplacés par des atomes provenant de ce que vous mangez et buvez.