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Métabolisme de base & besoins en calories
Qu’est-ce que le métabolisme de base ?
Le métabolisme de base (MB) correspond à la quantité d’énergie nécessaire à l’organisme pour assurer ses fonctions vitales au repos. Il s’agit notamment de la respiration, du fonctionnement de nos organes, des divisions cellulaires ou encore de la régulation de la température corporelle.
Cette dépense d’énergie est nécessaire et incompressible pour entretenir la vie d’un individu dans les conditions suivantes :
- au repos, allongé et éveillé ;
- à jeun depuis plus de 12h ;
- en condition de neutralité thermique, c’est-à-dire dans une pièce à environ 22°C ;
- au calme émotionnel.
Le métabolisme de base s’exprime en kiloJoules (kJ) ou kilocalories (kcal) par jour.
Une contribution variable des différents organes
Les différents tissus et organes qui constituent le corps humain exercent des fonctions plus ou moins gourmandes en énergie. Leur masse n’est pas corrélée à la dépense énergétique comme l’indique le tableau suivant :
| Organes | % de masse dans l’organisme | % de participation au MB |
|---|---|---|
| Muscles | 40 | 20 |
| Cerveau | 2 | 17 |
| Cœur | 0.5 | 8 |
| Reins | 0.4 | 7 |
| Foie | 2.6 | 19 |
| Tractus digestif | 1.7 | 10 |
| Reste des organes | 31.4 | 16 |
| Tissu adipeux | 21.4 | 3 |
La masse grasse ne contribue ainsi qu’à 3% de la dépense énergétique, alors qu’elle représente environ un cinquième du poids corporel en moyenne. Prenons un individu moyen de 80kg, dont la masse grasse représente 20% (soit 16kg), et la masse musculaire 40% (soit 32 kg). Les tissus graisseux contribuent au métabolisme de base à hauteur de 51kcal/jour, ses muscles de 340 kcal. La masse musculaire consomme à masse égale environ 3,5 fois plus d’énergie que la masse grasse au repos.La masse musculaire varie grandement d’une personne à l’autre. Il en va de même pour la masse grasse, qui peut représenter de 5% à plus de 50% de la masse totale d’un individu.
La dépense énergétique des muscles varie entre 13 et 15kcal/kg de muscle squelettique alors que la masse grasse a un coût énergétique bien moindre avec une dépense estimée à 5kcal/kg/j.
La masse des organes est en revanche relativement constante. La dépense énergétique du foie, du cœur, des reins et du cerveau est de l’ordre de 200-440kcal par kg.
Variation du métabolisme de base
Le métabolisme de base est influencé par de multiples facteurs, liés aux caractéristiques personnelles et aux conditions externes. On retrouve parmi eux :
- le sexe. Le métabolisme de base d’un homme est supérieur à celui de la femme. C’est en partie lié aux différences métaboliques et anatomiques entre l’homme et la femme ;
- l’âge. La consommation d’énergie est plus importante chez les jeunes gens. La chute du métabolisme de base est estimée entre 2 à 4% par décennie à partir de l’âge de 20ans ;
- l’état physiologique. Certaines situations comme la lactation, la croissance, la cicatrisation augmente le métabolisme de base ;
- les restrictions caloriques successives diminuent le métabolisme de base;
- la composition corporelle. Le métabolisme de base augmente avec une quantité croissante de masse musculaire ;
- l’activité thyroïdienne ;
- les facteurs environnementaux. Le métabolisme de base s’accroît lors de la pratique d’une activité physique, en cas de stress, d’hyperactivité, de tabagisme, de consommation de caféine. Il fluctue selon les cycles circadiens et sous l’effet de la température extérieure. Chez les habitants des cercles polaires, une augmentation de 7 à 19% du métabolisme de base est constatée chez les hommes et de 7 à 17% chez les femmes.
Comment déterminer le métabolisme de base ?
Le métabolisme de base peut être évalué de différentes manières. La méthode la plus efficace est la calorimétrie directe.
Elle consiste à placer une personne dans une chambre isolante pour enregistrer la chaleur qu’elle dégage, reflet de sa dépense énergétique. L’approche de calorimétrie indirecte, plus facile à mettre en œuvre, repose sur la quantification de la consommation d’oxygène à l’aide d’un masque placé sur la bouche et le nez pour l’estimer.
Elle peut également être basée sur l’ingestion d’une eau doublement marquée avec des isotopes stables.
Des analyses permettent de suivre leur élimination dans les urines, pour calculer la production de CO2 et le niveau de dépense énergétique. La méthode la moins précise consiste à la déduire à partir de la fréquence cardiaque.
Des formules mathématiques pour estimer le métabolisme de base
Ces méthodes sont toutefois inaccessibles à la plupart d’entre nous et il est impossible de les utiliser à large échelle. Des formules mathématiques ont été mises au point pour obtenir une estimation du métabolisme de base.
À ce jour, aucune ne prend en compte l’ensemble des paramètres l’influençant. Il est donc important de bien comprendre leurs spécificités pour l’évaluer au mieux en fonction de nos activités, de notre composition corporelle…
Sauf mention contraire, le résultat de ces calculs est exprimé en kcal.
Etude : https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fendo.2020.00031/full
Équation de Harris et Bénédict (1919)
La première formule a été proposée par le spécialiste en biométrie James Arthur Harris et le nutritionniste Francis Gano Benedict en 1919.
Femme : 655,0955 + ( 9,5634 × poids en kg) + ( 1,8496 × taille en cm) – (4,6756 × âge en années)
Homme : 66,4730 + (13,7516 × poids en kg) + (5,0033 × taille en cm) – (6,7550 × âge en années)
Cette formule originelle est très populaire, mais les nouvelles études montrent qu’elle est devenue obsolète et moins précise.
Équation de Harris et Bénédict réévaluée par Roza et Shizgal (1994)
En 1984, l’équation de Harris et Bénédict a été revisitée pour améliorer son caractère prédictif par deux chercheurs, Allan M. Roza et Harry M. Shizgal. Ils se sont basés sur plusieurs études, d’après les mesures de Harris et Bénédict eux-mêmes en 1928 et 1935.
Pour obtenir le résultat en MJ (Mégajoules), on applique la formule :
Femme : 2,741 + (0,0402 × poids en kg) + (0,711 × taille en m) – (0,0197 × âge en années)
Homme : 0,276 + (0,0573 × poids en kg) + (2,073 × taille en m) – (0,0285 × âge en années)
Pour obtenir le résultante en kcal, on applique la formule :
Femme : 447,593 + (9,247 × poids en kg) + (3,098 × taille en cm) – (4,33 × âge en années)
Homme : 88,362 + (13,397 × poids en kg) + (4,799 × taille en cm) – (5,677 × âge en années)
Équation de Mifflin et St-Jeor (1990)
À la même époque, des chercheurs de l’université du Nevada ont élaboré une nouvelle équation. Appelée formule de Mifflin-St Jeor en référence à ses deux auteurs principaux, elle émane de l’étude d’une population adulte sédentaire de poids normal à obèse, d’un âge de 19 à 78ans. Cette formule ne prend pas en compte la composition corporelle. Selon les résultats d’une étude publiée dans le Journal of The Academy of Nutrition and Dietetics, son degré de précision est supérieur à l’équation de Harris-Benedict. Elle sert de référence à l’Académie de Nutrition et de Diététique américaine.
Femme : (10 × poids en kg) + (6,25 × taille en cm) – (5 × âge en années) – 161
Homme : (10 × poids en kg) + (6,25 × taille en cm) – (5 × âge en années) + 5
Équation de Black et al. (1996)
Il existe une autre formule de référence, proposée par Black et son équipe en 1996. Mise au point en étudiant les données relatives à 574 personnes âgées de 2 à 95 ans, les profils particuliers (athlètes, femmes enceintes…) ont été exclus pour ne pas fausser les résultats. Elle est donc efficace pour les hommes et femmes sédentaires, dans un état physiologique normal.
Femme : 0,963 × (poids en kg 0,48) × (taille en m0,50) × (âge en années-0,13) × (1000/4,1855)
Homme : 1,083 × (poids en kg0,48)× (taille en m0,50) × (âge en années -0,13) × (1000/4,1855)
Le fait de multiplier par 1000/4,1855 permet d’obtenir le résultat en calories alors qu’il est initialement en mégajoules.
Équation de Schofield et al. (1985)
C’est l’équation de référence pour l’OMS, la FAO et L’UNU. À la différence des autres formules, elle ne prend en compte que l’âge, le sexe et le poids. De plus, elle est adaptée d’une population très spécifique. Les données utilisées pour l’élaborer sont relatives au métabolisme de base d’Européens jeunes à 45% d’origine italienne qui ont reçu une formation militaire ou policière. On recense 2279 hommes et seulement 247 femmes âgés de 19 à 82 ans, avec un faible pourcentage de représentation pour la population âgée.
Homme (10-17 ans) : 17,686 x poids en kg + 658,2
Femme (10-17 ans) : 13,384 x poids en kg + 692,6
Homme (18-29 ans) : 15,057 x poids en kg + 692,2
Femme ( 18-29 ans) : 14,818 x poids en kg + 486,6
Homme (30-59 ans) : 11,472 x poids en kg + 873,1
Femme ( 30-59 ans) : 8,126 x poids en kg + 845,6
Homme (+ 60 ans) : 11,711 x poids en kg + 587,7
Femme (+ 60 ans) : 9,082 x poids en kg + 658,5 Cette formule peut être utilisée par les athlètes qui ne disposent pas de leur masse maigre ou graisseuse.
Équation d’Oxford ou d’Henry (2005)
La formule d’Henry prend en compte la base de données de Schofield. Elle l’optimise pour diminuer la représentation de la population italienne et pour inclure une plus importante proportion de personnes provenant des tropiques. C’est la formule la plus récente et considérée comme la plus fiable, car elle est basée sur une plus grande diversité de populations. Les personnes jeunes sont également mieux représentées, ce qui augmente sa pertinence pour cette tranche d’âge. À l’image des formules précédentes, elle ne prend pas en compte la composition corporelle.
Femme ou homme : 14,2 x poids en kg + 593
Équations de Cunningham (1980 et 1991)
L’équation de Cunningham est la première équation qui prend en compte la masse maigre comme principal composant du métabolisme de base. Sa version d’origine se base sur une faible base de participants (228) et se traduit par la formule suivante :
Femme ou homme : 500 + masse maigre en kg x 22
Plusieurs années après cette publication, J.J. Cunningham a repris plusieurs études utilisant sa formule pour l’améliorer. Mise à jour à partir d’une base de données plus conséquente (1483 participants), elle devient :
Femme ou homme : 370 + masse maigre en kg x 21,6
Équations pour les athlètes
Plusieurs études ont été réalisées par la suite pour déterminer le métabolisme de base chez les sportifs ou athlètes. On retrouve notamment :
L’équation de De Lorenzo (1999) développée à partir d’un groupe d’athlètes pratiquant le waterpolo, le judo et le karaté.
Femme ou homme : (9 x poids en kg) + (11,7 x taille en cm) – 857
L’équation de ten Haaf et Weijs (2014) élaborée à partir d’un groupe d’athlètes variés pratiquant un sport individuel ou collectif. Elle se décline en deux versions, intégrant le poids corporel ou la masse maigre, de qualité similaire.
Femme ou homme : 0,239 x (95,272 x masse maigre en kg + 2026,161)
Femme ou homme : 0,239 x (49,94 x poids en kg + 24,59 x taille en cm – 34,014 x âge + 799,257 x sexe + 122,502)
Le sexe-ratio est de 1 pour les hommes et 0 pour les femmes.
L’équation de Tinsley (2019) développée à partir d’athlètes, elle aussi sous deux formes.
Homme et femme : 25,9 × masse maigre en kg + 284
Homme et femme : 24,8 × poids en kg + 10
Anecdotiquement, la formule de Cunningham, qui a été conçue en excluant la population d’athlètes, est celle qui se rapproche le plus d’une approximation réelle de leur métabolisme de base d’après les études de :
- Thompson et Manore (1996), menée auprès d’un groupe d’athlètes variés.
- Carlson et al. (2011), menée auprès d’un groupe d’athlètes pratiquant le rameur et le canoë.
- Jagim et al. (2017), menée auprès d’un groupe d’athlètes pratiquant des sports d’équipe notamment.
Pourquoi des équations différentes selon le genre ?
La plupart des équations varient pour les femmes et les hommes, en raison des différences majeures de composition corporelle selon le genre. À poids égal, les hommes ont une musculature plus développée que les femmes, moins de tissus graisseux et une densité osseuse supérieure. La masse maigre consommant une quantité accrue d’énergie, le métabolisme de base des hommes est plus élevé que celui des femmes. Chez ces dernières, il augmente lors de la grossesse et de l’allaitement et diminue à la ménopause.
Des limites à prendre en compte
Les méthodes d’évaluation du métabolisme de base par l’intermédiaire de formules mathématiques ne donnent qu’un résultat approximatif. La plupart n’intègrent en effet pas certains paramètres qui exercent une influence sur celui-ci, comme la répartition entre masse grasse et masse musculaire au sein de l’organisme. Une étude suggère également que l’origine ethnique et les fluctuations de poids passées ont une répercussion sur la précision de l’évaluation du métabolisme de base par ces équations. Si cette approche présente des limites, elle offre un moyen rapide et pratique de se faire une idée globale de sa dépense de fond en calories en fonction de son profil. Notre calculateur vous offre le choix entre 13 équations, afin d’utiliser celle qui vous correspond le mieux.
Déduction du besoin en calories à partir du métabolisme de base
L’intérêt principal d’estimer son métabolisme de base est de pouvoir en extrapoler la dépense énergétique journalière (DEJ). Consommer un nombre équivalent de calories revient à conserver un poids corporel stable.
Les déterminants de la dépense énergétique journalière
Au cours de la journée, nous allons dépenser de l’énergie pour subvenir aux besoins quotidiens. On détermine 4 à 5 composantes dans la DEJ :
- le métabolisme de base : environ 60% de la DEJ ;
- le niveau d’activité physique (NAP) : entre 20 et 25% de la DEJ environ ;
- la thermorégulation : environ 10% de la DEJ
- l’action dynamique et spécifique des aliments (ADS) : entre 8 et 10% de la DEJ environ
- Un état physiologique particulier : croissance, grossesse, cicatrisation après un accident…
Le niveau d’activité physique
Le niveau d’activité physique nous permet d’évaluer notre consommation d’énergie en rapport à nos activités professionnelles, sportives et de loisirs, à l’accomplissement des tâches domestiques… Cet outil permet de calculer très simplement à l’aide de moyennes notre dépense énergétique journalière. On retrouve 6 catégories correspondant à un NAP moyen pour différentes activités.
| Catégories | NAP | Activités |
|---|---|---|
| A | 1 | Sommeil, sieste, repos en position allongée |
| B | 1.5 | Position assise (TV, ordinateur, transport, repas, jeux vidéo, écriture, bureau…) |
| C | 2.2 | Position debout (petits déplacements dans la maison, cuisine, travaux ménagers, achats, vaisselle…) |
| D | 3 | Marche, jardinage, gymnastique, profession manuelle d’intensité moyenne effectuée en position debout (industrie chimique, menuiserie…) |
| E | 3.5 | Marche sportive, profession manuelle d’intensité élevée (maçonnerie, plâtrerie, réparation auto …) |
| F | 5 | Sport, activités professionnelles intenses (terrassement, travaux forestiers …) |
Le calcul est réalisé selon la formule :
Les durées d’activités sont exprimées en heure et la somme de ces durées doit être égale à 24h pour une journée.
Le calcul de la dépense énergétique d’un effort par le MET
On peut aussi calculer plus précisément sa dépense énergétique en utilisant le MET ou « Metabolic Equivalent of Task ». C’est un calcul plus fin, car il se rapporte à la dépense énergétique de chaque activité, mais également au poids corporel. La liste est consultable en langue française. Le calcul de la dépense énergétique d’un effort donné se base sur l’équation :
Dépense énergétique par effort : MET x Poids X Durée
La dépense énergétique par effort est exprimée en kcal, le poids en kg, la durée en heure et les MET en kcal.kg-1.h-1. Le calcul est plus long, car il faut créer une journée type pour estimer sa dépense énergétique liée à la nature des différentes activités menées.
La thermorégulation
La thermorégulation représente une part importante de nos dépenses énergétiques journalières.
Pourquoi notre température corporelle est de 37°C ?
Une température de 37°C garantit un fonctionnement optimal de notre organisme. Elle est idéale à l’action des enzymes, des hormones, à la stabilité des acides aminés ou à la fluidité des membranes cellulaires. Cette valeur est le résultat d’un équilibre complexe entre la production et la perte de chaleur au sein du corps. La température corporelle est principalement contrôlée par le cerveau, qui utilise un ensemble de mécanismes pour maintenir sa stabilité.
Entre 22 et 25°C de température extérieure ambiante, le corps est en situation de neutralité thermique. Si la température ambiante est inférieure à 22°C ou supérieure à 25 °C, le corps va créer ou perdre de la chaleur. La somme de ces phénomènes correspond à la thermorégulation.
Conséquences d’une hypothermie et d’une hyperthermie
Dans le cas où la température dépasse 25°C, le corps est en thermolyse, il cherche à perdre de la chaleur. Dans ces conditions, on note une vasodilatation cutanée, une sudation, une rétention urinaire pour évacuer la chaleur et conserver une température corporelle à 37°C.
Lors d’une infection ou des conditions extrêmes, la température corporelle peut augmenter, on parle d’hyperthermie. Si la fièvre reste une augmentation physiologique de la température, une élévation trop brutale ou sur une durée prolongée peut avoir des conséquences sur l’organisme.
Parmi elles :
- fatigue et épuisement ;
- déshydratation ;
- déficience cognitive. L’hyperthermie peut affecter les capacités mentales, telles que la concentration, la mémoire, la capacité de prendre des décisions et peut provoquer des hallucinations ;
- problèmes cardiaques : l’hyperthermie peut entraîner une augmentation de la fréquence cardiaque et de la pression artérielle.
Dans le cas d’une température inférieure à 22°C, le corps est en thermogenèse, il cherche à produire de la chaleur. Dans ces conditions, on note une vasoconstriction cutanée, des frissons, une perte urinaire pour conserver la chaleur et garder une température corporelle à 37°C.
Lors d’une longue exposition au froid, la température corporelle peut diminuer, on parle d’hypothermie. Les conséquences de l’hypothermie varient en fonction de la température et du temps d’exposition des tissus. Elles se manifestent :
- au niveau des extrémités : le sang se concentre dans les organes vitaux pour les maintenir le plus longtemps possible à une température optimale et sacrifie les extrémités qui vont devenir de plus en plus froides. Cette fuite du sang va entraîner des engourdissements, de la douleur et de l’insensibilité. Si la condition persiste, des dommages vont se produire au niveau des tissus et des ganglions, ce qui peut entraîner des blessures et des amputations ;
- au niveau des organes vitaux : lorsque la température corporelle chute, le cœur, les poumons, les reins et d’autres organes peuvent être affectés. L’hypothermie peut provoquer un ralentissement du métabolisme pouvant aller jusqu’à des problèmes cardiaques, respiratoires et hépatiques ;
- au niveau du cerveau : l’hypothermie peut entraîner des perturbations du système nerveux central. Ce phénomène affecte la capacité de penser clairement et la prise de décisions. Lorsque cette condition se poursuit, des troubles de la conscience, de la confusion et de la somnolence peuvent aussi apparaître.
Dans les cas extrêmes, l’hypothermie et l’hyperthermie peuvent être à l’origine du décès d’une personne.
Production de chaleur par l’organisme
Au sein des cellules, les organites qui produisent la chaleur sont les mitochondries. En présence de glucose et d’oxygène, elles produisent de l’énergie chimique sous forme d’ATP et de l’énergie thermique. Leurs températures dépassent largement les 37°C, elle avoisine en effet les 50°C. Il est estimé que 80% de l’énergie absorbée par les aliments vont se transformer en chaleur. La rentabilité énergétique de la machine humaine est très faible.
La température n’est pas homogène au sein de l’organisme. Dans les profondeurs de l’organisme, elle est de 37°C, puis elle diminue progressivement pour atteindre 32 à 33°C au niveau de notre peau.
Notre température corporelle n’est qu’en moyenne calée sur 37 °C : nos zones périphériques s’accommodent de températures plus basses.
Dépense énergétique liée à la thermorégulation
La thermogenèse est plus gourmande en énergie que la thermolyse. On utilise plus d’énergie pour se réchauffer que pour se refroidir. La thermorégulation est un mécanisme complexe dont l’impact sur les dépenses quotidiennes est très difficile à évaluer. Dans des conditions climatiques européennes, on peut le considérer comme négligeable. Il est en revanche fort en cas d’exposition au froid. Chez les Tuwa, un peuple d’origine mongole pratiquant le pastoralisme, les dépenses énergétiques journalières sont de 17 à 31% plus élevées que chez les occidentaux. Si leurs activités physiques soutenues expliquent en partie cette observation, l’exposition aux températures glaciales de – 27° C joue un rôle déterminant.
Thermogenèse alimentaire ou action dynamique et spécifique des aliments
Pour assimiler des nutriments, l’organisme va utiliser des pompes et des transporteurs spécifiques. L’utilisation de ces molécules dépend généralement d’un apport en ATP, donc d’énergie. C’est ce qu’on appelle la thermogenèse alimentaire, car ce besoin en ATP va générer de la chaleur. Les lipides nécessitent 0-3% de leur apport énergétique pour être digérés, les glucides 5-10% et les protéines 20-30%.
Comment expliquer ces différences dans le besoin en énergie pour chaque macronutriment ?
- Les lipides vont être absorbés pour la plupart par voie passive, puis associés dans les entérocytes (les cellules intestinales) à des protéines pour être transportés.
- Les glucides vont être absorbés à l’aide de transporteurs : des protéines transmembranaires de la famille des GLUT nécessitant de l’énergie pour être activées.
- Les protéines nécessitent plusieurs mécanismes pour être absorbées, mais aussi pour leur traitement dans les entérocytes. L’énergie nécessaire pour les digérer est ainsi plus importante.
Une modulation selon le degré de transformations des aliments
La composition alimentaire en macronutriments n’est pas la seule composante à intervenir dans l’action thermodynamique. Une étude réalisée par une équipe américaine du département de biologie de Pomona souligne l’influence du degré de transformation des aliments. Après l’ingestion de deux différents repas contenant sensiblement les mêmes apports en macronutriments, le repas ultratransformé est moins difficile à digérer pour l’organisme et son action dynamique spécifique est moins élevée que le repas préparé avec des aliments bruts. Ces travaux montrent que pour un même apport de calories et de macronutriments, l’énergie disponible n’est pas identique. L’organisme a besoin de plus « travailler » pour digérer les aliments bruts, diminuant ainsi le rapport énergétique : calories absorbées / calories disponibles.
Calcul de la dépense énergétique journalière
Pour calculer la dépense énergétique journalière (DEJ), on prend uniquement en compte ce que l’on peut mesurer ou estimer, c’est-à-dire le métabolisme de base (MB) et le niveau d’activité physique (NAP). L’équation résultante est :
Unisexe = DEJ = MB x NAP
La DEJ et le MB sont exprimés en kcal.
Pour simplifier les estimations, notre calculateur applique un coefficient variable en fonction de votre niveau d’activité physique à votre métabolisme de base, pour calculer le besoin journalier en calories. Il est compris entre 1,2 pour les plus sédentaires et 1,9 pour les plus dynamiques, avec 5 paliers différents.
Comprendre sa santé c’est acquérir une liberté
Julien Venesson
