Effets des nutriments sur les structures et les fonctions du cerveau : le point sur la diététique du cerveau

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    01-Jan-2017

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<ul><li><p> MASSON Rev Neurol (Paris) 2004 ; 160 : 8-9, 767-792 767</p><p>J.-M. BOURRE</p><p>Revue gnrale</p><p>Effets des nutriments sur les structures et les fonctions du cerveau : le point sur la dittique du cerveau</p><p>J.-M. BourreUnit de recherches en Neuro-Pharmaco-Nutrition, INSERM U26, Hpital Fernand Widal, Paris. Reu le : 30/10/2003 ; Reu en rvision le : 19/02/2004 ; Accept le : 02/04/2004.</p><p>RSUMLe cerveau est un organe labor et fonctionnant partir de substances, obligatoirement puises, pour nombre dentre elles, dans lali-mentation. La rgulation de la glycmie est la consquence de labsorption daliments aux index glycmiques faibles, assurant une insuli-nmie basse. Cette rgulation induit, sur la dure, la qualit des performances intellectuelles ; ne serait-ce que parce quau repos, lecerveau adulte utilise 50 p. 100 des glucides alimentaires dont 80 p. 100 des fins nergtiques. La nature de la composition en acidesamins des protines alimentaires participe au bon fonctionnement crbral ; le tryptophane joue un rle particulier. Nombre dacides ami-ns indispensables prsents dans les protines alimentaires sont utiliss pour laborer des neuromdiateurs. Les acides gras omga-3ont constitu la premire dmonstration exprimentale cohrente de leffet dune substance alimentaire (un nutriment destine structurale)sur la constitution et la fonction du cerveau. Il a dabord t dcouvert que la diffrentiation et la fonctionnalit de cultures cellulaires decerveau dissoci ncessitent leur prsence. Il a ensuite t dmontr que la carence en acides alpha-linolnique (ALA) altrait le cours dudveloppement crbral, perturbait la composition et la physico-chimie des membranes des cellules du cerveau, neurones, oligodendrocy-tes et astrocytes. Cette carence se traduit par des modifications physico-chimiques, induisant des perturbations biochimiques et physiolo-giques ; elle gnre des perturbations neuro-sensorielles et comportementales. En consquence, la nature des acides gras poly-insaturs(en particulier omga-3) trouvs dans les laits adapts pour nourrissons (prmaturs comme ns terme) conditionne les capacits visuel-les, neurologiques et intellectuelles. Par ailleurs, les acides gras omga-3 alimentaires sont videmment impliqus dans la prvention deplusieurs facteurs des maladies cardio-vasculaires (y compris de la vascularisation crbrale) et de certaines affections neuro-psychiatri-ques, dont la dpression, mais aussi la dmence, notamment celle de la maladie dAlzheimer. Leur dficit peut empcher le bon renouvel-lement des membranes, et donc acclrer le vieillissement crbral. Le fer est ncessaire lapport doxygne, mais aussi la productiondnergie dans le parenchyme crbral ainsi qu la synthse des neuromdiateurs. Liode de lhormone thyrodienne assure le mtabo-lisme nergtique des cellules crbrales ; sa carence, notamment pendant la grossesse, induit de graves dysfonctionnements crbraux,aboutissant au crtinisme. Le manganse, le cuivre et le zinc participent aux mcanismes enzymatiques de protection contre les radicauxlibres, drivs toxiques de loxygne. Lutilisation du glucose par le tissu nerveux implique la prsence de vitamine B1. La vitamine B9prserve la mmoire au cours du vieillissement, avec la vitamine B12. Elle retarde les signes de la dmence, condition dtre administrsdans une fentre clinique prcise, ds lapparition des premiers symptmes. Les vitamines B6 et B12 interviennent directement, entreautres, dans les synthses de neuromdiateurs. Les terminaisons nerveuses sont les sites de plus grandes concentrations de vitamineC. Parmi les divers composants de la vitamine E, seul lalpha-tocophrol est impliqu dans les membranes nerveuses. Lobjectif de cetterevue est de faire la synthse globale des connaissances sur les implications des nutriments, trouvs dans les aliments, sur les structureset certaines fonctions du cerveau.</p><p>Mots-cls : Cerveau Aliment Nutriment Glucides Lipides Protines Vitamines Minraux Omga 3 Dveloppement</p><p>SUMMARYThe role of nutritional factors on the structure and function of the brain: an update on dietary requirements.J.-M. Bourre, Rev Neurol (Paris) 2004; 160: 8-9, 767-792.</p><p>The brain is an organ elaborated and functioning from substances present in the diet. Dietary regulation of blood glucose level (via ingestionof food with a low glycemic index ensuring a low insulin level) improves the quality and duration of intellectual performance, if only becauseat rest the adult brain consumes 50 p. 100 of dietary carbohydrates, 80 p. 100 of them for energy purposes. The nature of the amino acidcomposition of dietary proteins contributes to good cerebral function; tryptophan plays a special role. Many indispensable amino acidspresent in dietary proteins help to elaborate neurotransmitters and neuromodulators. Omega-3 fatty acids provided the first coherent exper-imental demonstration of the effect of dietary nutrients on the structure and function of the brain. First it was shown that the differentiationand functioning of cultured brain cells requires omega-3 fatty acids. It was then demonstrated that alpha-linolenic acid (ALA) deficiencyalters the course of brain development, perturbs the composition and physicochemical properties of brain cell membranes, neurones, oli-godendrocytes, and astrocytes (ALA). This leads to physicochemical modifications, induces biochemical and physiological perturbations,</p><p>Tirs part : J.-M. BOURRE, Unit de recherches en Neuro-Pharmaco-Nutrition, INSERM U 26, Hpital Fernand Widal, 200, rue du Faubourg Saint-Denis, 75475 Paris cedex 10. E-mail : jean-marie.bourre@fwidal.inserm.fr</p></li><li><p>768 Rev Neurol (Paris) 2004 ; 160 : 8-9, 767-792</p><p>J.-M. BOURRE</p><p>and results in neurosensory and behavioral upset. Consequently, the nature of polyunsaturated fatty acids (in particular omega-3) presentin formula milks for infants (premature and term) conditions the visual and cerebral abilities, including intellectual abilities. Moreover, dietaryomega-3 fatty acids are certainly involved in the prevention of some aspects of cardiovascular disease (including at the level of cerebralvascularization), and in some neuropsychiatric disorders, particularly depression, as well as in dementia, notably Alzheimers disease. Theirdeficiency can prevent the satisfactory renewal of membranes and thus accelerate cerebral aging. Iron is necessary to ensure oxygenation,to produce energy in the cerebral parenchyma, and for the synthesis of neurotransmiters. The iodine provided by the thyroid hormoneensures the energy metabolism of the cerebral cells. The absence of iodine during pregnancy induces severe cerebral dysfunction, leadingto cretinism. Manganese, copper, and zinc participate in enzymatic mechanisms that protect against free radicals, toxic derivatives of oxy-gen. The use of glucose by nervous tissue implies the presence of vitamin B1. Vitamin B9 preserves memory during aging, and with vitaminB12 delays the onset of signs of dementia, provided it is administered in a precise clinical window, at the onset of the first symptoms.Vitamins B6 and B12, among others, are directly involved in the synthesis of neurotransmitters. Nerve endings contain the highest concen-trations of vitamin C in the human body. Among various vitamin E components, only alpha-tocopherol is involved in nervous membranes.The objective of this update is to give an overview of the effects of dietary nutrients on the structure and certain functions of the brain.</p><p>Keywords: Brain Food Nutrient Carbohydrae Lipids Proteins Vitamins Minerals Omega 3 Development</p><p>INTRODUCTION</p><p>La physiologie du cerveau implique obligatoirement aumoins une quarantaine de substances dorigine alimentaire,dnommes nutriments : 13 vitamines, 15 minraux aumoins (les macro-lments comme le carbone, loxygne,lhydrogne, le calcium et le magnsium ; les oligo-lmentstels le fer, le magnsium, le slnium, liode ; mais aussi lecuivre, le zinc, le manganse, etc.), 8 acides amins et 4 aci-des gras indispensables (des graisses, certaines furentdnommes vitamine F). Le cerveau a donc besoin des ali-ments pour se construire et se maintenir, pour fonctionnerharmonieusement et viter de vieillir prmaturment.Certes le cerveau est prioritaire dans son approvisionne-ment partir des aliments ; dfaut, il est mme capablede puiser dans dautres organes, en les affaiblissant. vi-demment, il est formidablement protg par la barrirehmato-encphalique. Mais il nen reste pas moins quila besoin des aliments.</p><p>La physiologie de base et les mcanismes biochimiquesfondamentaux sont globalement identiques dans les cellulesdu corps humain : pour toutes, les substances nutritivesncessaires, dnommes nutriments, sont trouves dans lesaliments. Mais les spcialisations fonctionnelles des diff-rentes cellules leur font exprimer des potentiels particuliers,ce qui implique des besoins spcifiques en certains nutri-ments ; les neurones et les autres cellules du cerveaunchappent pas la rgle. En consquence, certainescarences alimentaires peuvent altrer la mise en place ou lemaintien de structures, et donc le fonctionnement crbral.</p><p>La Revue Neurologique na publi quune quaran-taine darticles impliquant la nutrition, lalimentation ou lesaliments ; examinant frquemment les effets ngatifs detoxiques, rarement le rle positif des aliments et de leursnutriments : effet favorable du vin (Orgogozo et al., 1997),relations entre maladie dAlzheimer et nutrition avec uneimplication particulire des vitamines B6, B9 et B12, delhomocystine, des anti-oxydants (vitamine E) et descomposs phnoliques (Guyonnet et al., 1999), effet de lasupplmentation en acide folique chez la femme enceinte(Weber et Dib, 2003), traitement nutritionnel de ladrno-leucodystrophie (Mnage et al., 1993) ou de la maladie de</p><p>Refsum (Marcaud et al., 2002). Lobjectif de cette revue estde faire le point sur les connaissances traitant de leffet desnutriments sur le dveloppement et le maintien du cerveau,et leurs implications sur un certain nombre de fonctions, ycompris suprieures et neuro-sensorielles.</p><p>Les effets de nutriments sur la composition chimique etles mcanismes biochimiques du cerveau ont t valus enexprimentation animale. Les rsultats ont t confirmsplus gnralement en clinique. Les aspects cognitifs etcomportementaux sont privilgis.</p><p>LNERGIE POUR LE CERVEAU : LE GLUCOSE</p><p>Le glucose</p><p>Le cerveau exige de lnergie, en permanence et sans coups, jour et nuit, cest--dire du carburant (approximative-ment cent milligrammes par minute de glucose, qui est unsucre particulier) et du comburant (loxygne). Au repos, lecerveau adulte, lui seul, utilise presque 20 p. 100 de lner-gie alimentaire consomme et 20 p. 100 de loxygne res-pir. Or, chez un adulte, le cerveau ne reprsente quenviron2 p. 100 du poids du corps. Il consomme donc 10 fois plusdnergie que les autres organes. Chez les enfants, ce chiffreest encore plus lev ; il atteint mme 60 p. 100 chez lesnourrissons. Chez lenfant, le cerveau consomme 2 fois plusde glucose par unit de poids que chez ladulte (Chugani,1998 ; Muzik et al., 1999), expliquant la consquencefcheuse de lhypoglycmie (due un petit-djeuner de mau-vaise qualit nutritionnelle) sur les performances scolaires.Pendant le sommeil, la consommation de glucose par le cer-veau est videmment continue ; mais, pendant un cauchemar,par exemple, la consommation est augmente de 16 p. 100dans lensemble de lorgane, et de 30 p. 100 dans le cortexfrontal (Heiss et al., 1985).</p><p>Globalement, en labsence dautres glucides, le rleexclusif de 40 p. 100 du pain mang au petit-djeuner estde faire fonctionner le seul cerveau pendant la matine. Eneffet, selon les recommandations rcentes des nutritionnistes,au moins 50 p. 100 de la ration calorique doit tre sousforme de glucides, car le glucose constitue normalement</p></li><li><p> MASSON Revue gnrale Effets des nutriments sur les structures et les fonctions du cerveau 769</p><p>J.-M. BOURRE</p><p>la seule source dnergie pour le cerveau, qui dans certainscas peut toutefois utiliser les corps ctoniques fabriqus partir des lipides par le foie. Le glucose produit 18 fois plusdnergie en prsence doxygne, quen son absence.Lhypoglycmie nest vite quavec des sucres lents ,qui induisent des index glycmique et insulinmique bas, etdont la distribution dans lorganisme est lente, mais rgu-lire et efficace, notamment pour le cerveau.</p><p>tant donn que le cerveau ne fonctionne quau glucose, etquil nen a aucun stock (sauf une trs faible quantit de gly-cogne), la satisfaction de ses besoins dpend de son appro-visionnement, donc de lalimentation, puisque les rserves deglycognes sont faibles dans le corps humain. Toutes lesrgions ne sont pas galement sensibles la restriction en glu-cose : celles qui sont phylogntiquement les plus anciennes,anatomiquement les plus profondes, sont les plus rsistantes.En revanche, le cortex frontal est le plus susceptible lhypo-glycmie. Il est donc logique que les performances cognitivesde volontaires soient en relation avec le niveau de glucosedans le sang (Donohoe et Benton, 1999). Aprs une hypo-glycmie, la rcupration des performances cognitives ne suitpas immdiatement la restauration de la glycmie et la rso-lution des symptmes (Evans et al., 2000). Chez le rat, lacti-vit cognitive fait diminuer la quantit de glucose prsentdans le milieu extra-cellulaire de lhippocampe ; ladministra-tion de glucose reverse cette diminution et amliore les per-formances (McNay et al., 2000).</p><p>Indpendamment du simple approvisionnement nerg-tique, le glucose serait actif au niveau de la mmorisationen agissant au niveau du systme cholinergique (Messieret al., 1998).</p><p>Ainsi, la russite intellectuelle de la matine est dtermi-ne par la qualit du premier repas du matin (Benton et al.,2003). Exemple dmonstratif, dans les infirmeries des co-les dapprentissage, les quatre-cinquimes des admissionsconscutives des blessures se situent entre onze heures etmidi. Un suivi mdical et des prises de sang ont montr queles lves taient en hypoglycmie lors de laccident. Inver-sement, lingestion de glucides lents amliore la mmo-risation des enseignements. Lefficacit des performancescognitives implique des besoins, qui doivent de plus tenircompte des dpenses nergtiques (Vermorel et al., 2003).</p><p>En fait, la consommation dun petit-djeuner amliore lacognition travers plusieurs mcanismes, parmi lesquelslaugmentation du glucose sanguin (Benton et Parker,1998). Rcemment il a clairement t dmontr que lespersonnes dont la glycmie est mal rgule ont des perfor-mances intellectuelles amoindries, en particulier les person-nes ges (diminution au moins de 8 10 p. 100, enmoyenne). En bref, la rponse des tches difficiles oucomplexes est dautant meilleure que la glycmie est plusfavorable. Labsorption en cours de journe des glucidesamliore leurs performances mentales, alors que des dul-corants de type aspartame ou saccharine sont sans effet,preuve de lefficacit du glucose lui-mme (Messier et al.,1999). Le glucose (et non pas la saccharine) amliore lareconnaissance des visages (Metzger, 2000). Il nest pas</p><p>exclu que nombre de substances dont lobjectif est daug-menter les perfor...</p></li></ul>

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