La phase céphalique de la digestion, un summum d'optimisation physiologique.
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LETTRE-OUTIL #2 Décembre 2020 - Janvier 2021 FOCUS La phase céphalique de la digestion, un summum d’optimisation physiologique. Michèle CHABERT Michèle Chabert, Maître de Conférences, Laboratoire Cognitions Humaine et Artificielle (CHArt) EA 4004 de l’Ecole Pratique des Hautes Etudes-PSL (17-12-2020) 1 www.nutri-culture.com Nutri-Culture©2020 contact@nutri-culture.com - 05 55 42 64 13 Organisation de l’Economie Sociale & Solidaire
LETTRE-OUTIL #2 Décembre 2020 - Janvier 2021 FOCUS La phase céphalique de la digestion, un summum d’optimisation physiologique. La phase céphalique de la digestion désigne a plus tard permis de décrire une phase céphalique l’ensemble des réponses réflexes, aussi bien sécrétoires de sécrétion de glucagon et d’insuline et c’est que motrices, déclenchées de façon conditionnée et justement la phase céphalique de sécrétion d’insuline donc non volontaire par les stimulations sensorielles (PCSI) qui a été la plus étudiée par la suite. On peut habituellement associées au contexte du repas. Ces comprendre cet intérêt pour la PCSI : l’insuline est une réponses anticipées permettent à l’organisme de se hormone absolument essentielle puisqu’elle corrige les préparer à l’arrivée postingestive du bol alimentaire hyperglycémies et que les dérégulations de la glycémie dans l’espace gastro-intestinal puis à l’arrivée sont associées à de graves pathologies aiguës ou postabsorptive des nutriments dans la circulation. Cette chroniques. anticipation inconsciente des conséquences du repas modère efficacement les perturbations métaboliques La phase céphalique de sécrétion d’insuline a été liées au repas, en améliorant par exemple la tolérance décrite dès les années 1970, d’abord chez le chien au glucose. (Fischer et al, 1972) puis le rat (Louis-sylvestre, 1976) et enfin l’Homme (Bellisle et al, 1983, Certains réflexes de la phase céphalique de la 1985). C’est dans le laboratoire EPHE-CNRS de digestion sont bien connus de tous : ainsi les sécrétions Neurophysiologie sensorielle et comportementale, de salive et d’acide gastrique, observées par Ivan installé au Collège de France et dirigé jusqu’en 1992 Petrovitch Pavlov sur ses chiens à partir des années par Jacques Le Magnen que Jeanine louis-Sylvestre 1889, ou tout simplement la salivation soudaine et étudia la PCSI. Grâce à un système de prélèvement fugace ressentie par les cuisiniers préparant une continu du sang et de mesure fine de la glycémie et vinaigrette. Pour la petite histoire, mon premier directeur de l’insulinémie, elle montra d’abord qu’il existe chez de laboratoire, Jacques Le Magnen, racontait que le Rat une sécrétion biphasique d’insuline, de courte quand Pavlov voulut faire une première démonstration durée (6 min) et de faible amplitude, qui précède à ses collègues de l’académie des sciences, lui et l’hyperglycémie postabsorptive et la sécrétion d’insuline son technicien avaient retiré leur blouse blanche pour résultante. Cette PCSI provoque en miroir une petite revêtir leur plus beau costume ; le chien fut surpris hypoglycémie préabsorptive (Louis-sylvestre, 1976). par ces costumes et ne réagit pas à la présentation Une vagotomie sous-diaphragmatique bilatérale de ce que Pavlov croyait être le stimulus conditionné supprime complètement cette sécrétion biphasique (le bruit de la cloche) ; la démonstration fut ratée… d’insuline. La destruction des cellules béta du pancréas Comme souvent, l’échec fut instructif car il permit de par la streptozotocyne supprime toute sécrétion comprendre que le stimulus conditionné n’était pas d’insuline et donc la PCSI mais la transplantation uniquement le son de la cloche précédant l’arrivée du d’îlots pancréatiques sous la capsule rénale rétablit la repas, mais était en fait l’ensemble des stimuli sensoriels seconde partie de la réponse biphasique. habituellement associés au repas ! Le modèle du chien 2 www.nutri-culture.com Nutri-Culture©2020 contact@nutri-culture.com - 05 55 42 64 13 Organisation de l’Economie Sociale & Solidaire
LETTRE-OUTIL #2 Décembre 2020 - Janvier 2021 La phase céphalique FOCUS de la digestion, un summum d’optimisation physiologique. La CPSI est donc rapide et fugace ; elle est sous la postprandiale. Il n’y avait pas de lien entre la forme de dépendance de fibres vagales qui viennent du tronc la PCSI éventuellement observée et les caractéristiques cérébral et qui stimulent les cellules Béta du pancréas, organoleptiques ou nutritionnelles du plat. Chez ces soit directement par voie cholinergique (1er partie de sujets qui revenaient plusieurs fois au laboratoire, à une la CPSI), soit indirectement par stimulation préalable semaine d’intervalle, pour prendre des repas différents, d’une sécrétion céphalique d’incrétines intestinales la PCSI est parfois apparue lors du test contrôle, tels que le GLP-1. (Louis-Sylvestre, 1978 a et b). c’est-à-dire en absence de repas ! On découvrit ainsi Des travaux menés chez le chien ont montré qu’une que la CPSI est difficile à observer chez l’Homme stimulation béta–adrénergique intervient aussi dans dès lors que le test est réalisé dans des conditions cette réponse réflexe (Benthem et al, 2000). environnementales non habituellement associées au repas, mais que l’apprentissage de cet environnement La suppression totale ou partielle de la PCSI chez le Rat alimentaire peut cependant se faire en moins de 4 réduit la tolérance au glucose : les pics postabsorptifs répétitions pour certains sujets ! (Bellisle et al, 1983). de glycémie et d’insulinémie présentent alors de très Dans l’étude suivante, la sécrétion basale d’insuline fortes amplitudes et sont suivis par une hypoglycémie étant oscillante (période, 12-20 min ; amplitude, 2.8- réactionnelle. Après vagotomie subdiaphragmatique 10.3 µU/ml) ; les mêmes auteurs tinrent compte de bilatérale, le test de tolérance au glucose oral cette variabilité pour pouvoir observer la PCSI dont la déclenche même chez le Rat une hyperglycémie durée et l’amplitude sont du même ordre de grandeur postprandiale si forte que le seuil de réabsorption que l’oscillation de base. Quatre sujets revinrent 4 rénale du glucose est dépassé et qu’on retrouve fois au laboratoire, à une semaine d’intervalle. Durant du glucose dans les urines du Rat (Louis-Sylvestre, les 16 premières minutes qui suivaient l’arrivée du 1983a). Notons enfin qu’un stress nociceptif, imposé plat et le début de sa consommation, la glycémie au Rat au moment du test de tolérance au glucose oral, restait comparable aux valeurs préprandiales mais un réduit lui aussi très fortement la tolérance au glucose, le pic d’insuline est souvent apparu dès les premières stress induit probablement immédiatement une inhibition minutes et son amplitude semblait augmenter avec la alpha-adrénergique des cellules béta et donc la palatabilité du plat (Bellisle et al, 1985). Plus tard, la suppression de la PCSI. (Chabert, non publié). même équipe, n’observa pas de PCSI chez de jeunes La PCSI est donc une réponse conditionnée, observée hommes qui suçaient pendant 5 min une pastille au chez le Rat après stimulation orale avec un édulcorant goût sucré (saccharose ou aspartame-polydextrose) nutritif (saccharose) ou non nutritif (saccharine). Dans ou non sucré (polydextrose) ; le stimulus gustatif sucré, le même laboratoire du Collège de France, France présenté dans des conditions expérimentales et Bellisle observa que la CPSI était beaucoup plus hospitalières non habituelles au repas, n’a ici pas suffi difficile à observer chez l’Homme que chez le Rat. à induire une PCSI (Abdallah et al, 1997). Une autre Les sujets arrivaient un peu avant l’heure habituelle équipe obtint cependant une PCSI chez des hommes du repas pour la pose du cathéter de prélèvement (N=20) qui gardaient une solution sucrée, nutritive ou puis une période de repos. Un plat était ensuite servi non (saccharose ou saccharine), en bouche pendant à l’heure habituelle du repas ; la PCSI existait avec 45 secondes avant de la recracher (Just et al, 2008). une forte variabilité inter et intra-individuelle ! Lorsque Chez le Rat, la section des fibres de la Chorde du la PCSI apparaissait, ça pouvait être dès la 4ème tympan supprime la PCSI stimulée par le glucose ou minute et c’était toujours dans les 18-20 minutes qui la saccharine dans la cavité orale (Tonosaki et al, suivaient l’arrivée du plat, donc avant l’hyperglycémie 2007). 3 www.nutri-culture.com Nutri-Culture©2020 contact@nutri-culture.com - 05 55 42 64 13 Organisation de l’Economie Sociale & Solidaire
LETTRE-OUTIL #2 Décembre 2020 - Janvier 2021 La phase céphalique FOCUS de la digestion, un summum d’optimisation physiologique. En 2015, l’équipe de Sclafani montra qu’il existe deux et qu’il est dès lors beaucoup plus difficile pour systèmes chez la Souris : l’un dépend du récepteur l’organisme humain d’apprendre à optimiser la phase du goût (T1r2+T1r3) et déclenche la réponse céphalique de la digestion avec la nature de chacun comportementale d’attrait pour les aliments au goût des plats consommés. Notons qu’une pré-étude menée sucré, l’autre est indépendant de ce récepteur et chez le Rat a montré qu’un « repas » constitué par déclenche la PCSI (Glendinning et al, 2015). La une succession de 3 stimuli alimentaires, aux qualités recherche se poursuit pour décrire les récepteurs oraux, organoleptiques très différentes et inconnues du Rat, voire intestinaux, en cause dans le déclenchement des semble déclencher une PCSI pour chacun des trois réponses réflexes aux stimuli sucrés, nutritifs ou non, stimuli (Louis-Sylvestre et Le Magnen, 1983). et à leur impact sur le métabolisme du glucose, le comportement alimentaire et la balance énergétique. La PCSI est adaptée à la palatabilité de l’aliment et donc à la quantité spontanément ingérée. En effet, Cette PCSI est donc un réflexe conditionné qui on observe chez le Rat que si la quantité consommée peut « s’éteindre » chez le rat (Deutsch, 1974), de augmente avec la valeur hédonique de l’aliment même que chez l’Homme adulte, dans le contexte (aliment rendu amer par la quinine < aliment normal très particulier d’une consommation répétée de 14 < aliment édulcoré avec du cyclamate de sodium), petits-déjeuners successifs, constitués uniquement la CPIR augmente aussi en amplitude avec la d’un fromage blanc édulcoré (« sucré ») avec de valeur hédonique (28 < 46 < 65 µUI insuline/mL) ; l’aspartame pur ; à l’issue de cet apprentissage, la l’adéquation est telle que malgré cette consommation réponse glycémique à l’ingestion d’un fromage blanc croissante (1,5g < 3,1g < 4,9g), l’hyperglycémie normalement sucré au saccharose est légèrement postabsorptive montre un profil très similaire entre les modifiée, la tolérance au glucose est moins bonne 3 conditions, l’amplitude du pic insulinique postabsortif : l’hypoglycémie préprandiale est moins nette et augmente en % beaucoup moins que l’amplitude du pic l’hyperglycémie postabsorptive apparait plus tôt et son préabsorptif (Louis-Sylvestre et Le Magnen, 1980b) ; maximum est atteint plus vite et est plus élevé (Chabert, la PCSI prépare donc parfaitement l’organisme à 2002, non publié). Cette extinction de la PCSI n’est l’assimilation des nutriments. Cette relation entre la pas observée si les sujets humains ont consommé réponse endocrine et la réponse comportementale pendant 14 jours consécutifs un fromage blanc pourrait être indirecte mais sa forme directe semble plus édulcoré à l’aspartame de table (3% aspartame - 97% évidente : la reconnaissance de la valeur hédonique maltodextrines). La présence de quelques grammes de de l’aliment déclencherait une réponse endocrine maltodextrines (glucose) semble donc suffisante pour adaptée qui créerait ainsi une petite hypoglycémie maintenir la PCSI (Chabert, 2002, non publié). Ces réactionnelle suffisante pour stimuler le comportement résultats montrent que chez l’Homme, même adulte, alimentaire ; c’est en effet ce que fait « l’hypoglycémie comme chez l’animal, la PCSI peut s’adapter à la préprandiale », observée avant tout repas composition nutritionnelle de l’aliment pour préparer spontanément pris par le Rat (et l’Homme) lorsque la au mieux l’assimilation des glucides. Cette adaptation ration énergétique ingérée au repas précédent a été nécessite cependant un apprentissage et donc une presque complètement utilisée par l’organisme (Louis- consommation répétée du même aliment. Notons que Sylvestre et le Magnen, 1980, 1996). On observe de les conditions de vie modernes impliquent souvent plus qu’au sortir d’un jeûne imposé, le Rat fait un repas des repas composés de plusieurs plats, de flaveurs et dont la taille est positivement corrélée à la durée du de compositions nutritionnelle différentes, avec des jeûne et à l’amplitude de l’hypoglycémie induite par le additifs alimentaires qui peuvent venir perturber la jeûne (Larue-Achagiotis et Le Magnen, 1982, 1985). reconnaissance du contenu nutritionnel de l’aliment, 4 www.nutri-culture.com Nutri-Culture©2020 contact@nutri-culture.com - 05 55 42 64 13 Organisation de l’Economie Sociale & Solidaire
LETTRE-OUTIL #2 Décembre 2020 - Janvier 2021 La phase céphalique FOCUS de la digestion, un summum d’optimisation physiologique. Ainsi, plus la valeur hédonique de l’aliment est forte, observer chez l’animal qu’elles étaient essentielles à plus l’hypoglycémie induite est prononcée et plus la préparation de la digestion et de l’assimilation des l’animal mange. Cette explication semble validée par nutriments. L’observation de leurs effets chez l’Homme le fait que le Rat vagotomisé fait des repas de même est plus délicate car ces observations sont le plus taille quel que soit le goût de l’aliment ; la vagotomie souvent réalisées dans un environnement expérimental, supprime l’effet de la perception sensorielle sur la si ce n’est hospitalier, et que cela est rarement taille du repas (Louis-Sylvestre et al, 1983). La valeur compatible avec l’idée de faire un bon repas ; tout hédonique de l’aliment détermine ainsi la motivation à au contraire, le sujet humain se sentant observé manger et cela se voit dès le début du repas par une et même piqué à chacun des prélèvements (si le accélération du comportement d’ingestion : le débit prélèvement de sang n’est pas fait en continu), ce sujet instantané d’ingestion est plus grand, chez la souris est inconsciemment stressé et la stimulation vagale des (Wiepkema et al, 1966) comme chez le Rat dès réponses sécrétoires peut en être fortement atténuée lors que la motivation est plus grande et que le repas par l’inhibition alpha adrénergique liée au stress (voir sera plus grand. Cela se confirme chez l’Homme, du plus haut l’observation faite chez le Rat). Ces réponses moins en France, on sait bien que « l’appétit vient en céphaliques sont de faible ampleur mais comme cela mangeant » ! a été précisé, l’hypoglycémie préprandiale induite par cette PCSI est du même ordre de grandeur que Pour conclure, je citerai une revue très récente le signal de faim qui déclenche le repas. Ce signal de (Lasschuijt et al, 2020) ; après avoir compilé une faim avait été annoncé par Jean Mayer en 1953 dans cinquantaine d’articles de recherches cliniques, sa « théorie glucostatique » du contrôle de la prise réalisées entre 1971 et 2017, les auteurs soulignent alimentaire (Mayer, 1953). Ce signal est si petit qu’il que la PCSI est toujours de faible amplitude, qu’un a presque fallu 30 ans pour le mettre en évidence. pic d’insuline n’est observé que dans 41% des Ce fut fait dans le laboratoire de J. Le Magnen par J. traitements (sur un total = 119) et que ce pic ne sort Louis-sylvestre, d’abord chez le Rat (1980) puis chez significativement du bruit de fond de l’insulinémie de l’Homme grâce à l’utilisation d’un prélèvement du sang base que dans 22% de tous les traitements. Pour toutes et à une mesure de la glycémie tous deux réalisés en les augmentations ≥1μIU/mL, la valeur médiane de continu. Cette technique a permis d’observer sur le Rat l’augmentation d’insulinémie est égale à 2,5 (1,6- non perturbé qu’une petite chute de glycémie (6 à 8%) 4,5) μUI/mL, soit 30% au-dessus de la concentration débute 5 à 6 min avant chacun des repas nocturnes et basale, et le pic est atteint 5±3 min après la diurnes. Il en est de même chez l’Homme laissé libre présentation du stimulus alimentaire. Les auteurs ont fait de manger quand il perçoit la faim (Chapelot at al, le même style de remarques pour la phase céphalique 2004). Quand on sait qu’on a pu démontrer un rôle de de sécrétion du peptide pancréatique (PP) et concluent cause à effet entre cette petite chute de glucose et la que ces phases céphaliques de sécrétion de peptides motivation à faire un repas, alors on peut comprendre pancréatiques ne semblent pas avoir beaucoup que même des petits évènements endocriniens, d’effets ni sur le rassasiement (qui met fin au repas) ni observés si souvent dans de nombreuses espèces, ont sur l’homéostasie glucidique. Je conclurai pour ma part très certainement un rôle essentiel, non seulement dans que je suis certaine du contraire ! le maintien de l’homéostasie glucidique mais aussi dans Les réponses endocrines qui appartiennent à la phase l’arrivée rapide des signaux du rassasiement (Begg et céphalique de la digestion sont indéniablement de Woods, 2013). petite taille, en durée et en amplitude, mais on a pu 5 www.nutri-culture.com Nutri-Culture©2020 contact@nutri-culture.com - 05 55 42 64 13 Organisation de l’Economie Sociale & Solidaire
LETTRE-OUTIL #2 Décembre 2020 - Janvier 2021 La phase céphalique FOCUS de la digestion, un summum d’optimisation physiologique. Si, l’Homme peut être rassasié en 20 min, alors même que la glycémie périphérique commence tout juste à augmenter, c’est bien le résultat d’une anticipation des effets de l’ingestion. Pour profiter de cette belle machinerie, encore faut-il pouvoir recevoir toutes les stimulations sensorielles offertes par le repas et savoir écouter les messages du corps ; manger en pleine conscience et sans regarder la télévision. Une simple visualisation des plats suivie d’une anticipation consciente du plaisir sensoriel alimentaire permet en effet de réduire les quantités consommées (Cornil et Chandon, 2016). Ci-dessous, une illustration de Yann Cornil et Pierre-Chandon pour terminer en couleurs ! Source : https://lanutritionsensorielle.com/2019/03/11/quand-le-plaisir- sensoriel-permet-de-se-satisfaire-de-plus-petites-portions/ 6 www.nutri-culture.com Nutri-Culture©2020 contact@nutri-culture.com - 05 55 42 64 13 Organisation de l’Economie Sociale & Solidaire
LETTRE-OUTIL #2 Décembre 2020 - Janvier 2021 FOCUS Bibliographie : Deutsch R. Conditioned hypoglycemia: a mechanism for saccharin- induced sensitivity to insulin in the rat. J Comp Physiol Psychol. 1974 Fischer U, Hommel H, Ziegler M, Jutzi E. The mechanism of insulin Feb;86(2):350-8. secretion after oral glucose administration. 3. Investigations on the mechanism of a reflectoric insulin mobilization after oral stimulation. Louis-Sylvestre J, Le Magnen J. Phase céphalique de sécrétion Diabetologia. 1972 Dec;8(6):385-90. d’insuline et variété des aliments au cours du repas chez le rat. Reproduction Nutrition Development. 1983 Jan; 23(2B). Louis-Sylvestre J. Preabsorptive insulin release and hypoglycemia in rats. Am J Physiol. 1976 Jan;230(1):56-60. Louis-Sylvestre J, Le Magnen J. Palatability and preabsorptive insulin release. Neurosci Biobehav Rev. 1980;4 Suppl 1:43-6. Bellisle F, Louis-Sylvestre J, Demozay F, Blazy D, Le Magnen J. Reflex insulin response associated to food intake in human subjects. Physiol Louis-Sylvestre J, Le Magnen J. Fall in blood glucose level precedes Behav. 1983 Oct;31(4):515-21. meal onset in free-feeding rats. Neurosci Biobehav Rev. 1980;4 Suppl 1:13-5. Bellisle F, Louis-Sylvestre J, Demozay F, Blazy D, Le Magnen J. Cephalic phase of insulin secretion and food stimulation in humans: a Louis-Sylvestre J, Le Magnen J. A fall in blood glucose level new perspective. Am J Physiol. 1985 Dec;249(6 Pt 1):E639-45. precedes meal onset in free-feeding rats. 1980. Obes Res. 1996 Sep;4(5):497-500. Louis-Sylvestre J. Feeding and metabolic patterns in rats with truncular vagotomy or with transplanted beta-cells. Am J Physiol. 1978a Larue-Achagiotis C, Le Magnen J. Effects of short-term nocturnal and Aug;235(2):E119-25. diurnal food deprivation on subsequent feeding in intact and VMH lesioned rats: relation to blood glucose level. Physiol Behav. 1982 Louis-Sylvestre J. Relationship between two stages of prandial insulin Feb;28(2):245-8. release in rats. Am J Physiol. 1978b Aug;235(2):E103-111. Larue-Achagiotis C, Le Magnen J. Feeding rate and responses to Benthem L, Mundinger TO, Taborsky GJ Jr. Meal-induced food deprivation as a function of fasting-induced hypoglycemia. insulin secretion in dogs is mediated by both branches of the Behav Neurosci. 1985 Dec;99(6):1176-80. autonomic nervous system. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2000 Apr;278(4):E603-10. Louis-Sylvestre J, Giachetti I, Le Magnen J. Vagotomy abolishes the differential palatability of food. Appetite. 1983 Dec;4(4):295-9. Louis-Sylvestre J. Validation of tests of completeness of vagotomy in rats. J Auton Nerv Syst. 1983a Oct;9(1):301-14. Wiepkema PR, de Ruiter L, Reddingius J. Circadian rhythms in the feeding behaviour of CBA mice. Nature. 1966 Feb Louis-Sylvestre J. Meal size: role of reflexly induced insulin release. J 26;209(5026):935-6. Auton Nerv Syst. 1984 May-Jun;10(3-4):317-24. Lasschuijt MP, Mars M, de Graaf C, Smeets PAM. Endocrine Abdallah L, Chabert M, Louis-Sylvestre J. Cephalic phase responses Cephalic Phase Responses to Food Cues: A Systematic Review. Adv to sweet taste. Am J Clin Nutr. 1997 Mar;65(3):737-43. Nutr. 2020 Sep 1;11(5):1364-1383. Just T, Pau HW, Engel U, Hummel T. Cephalic phase insulin Mayer J. Glucostatic mechanism of regulation of food intake. 1953. release in healthy humans after taste stimulation? Appetite. 2008 Obes Res. 1996 Sep;4(5):493-6. Nov;51(3):622-7. Chapelot D, Marmonier C, Aubert R, Gausseres N, Louis-Sylvestre Tonosaki K, Hori Y, Shimizu Y, Tonosaki K. Relationships between J. A role for glucose and insulin preprandial profiles to differentiate insulin release and taste. Biomed Res. 2007 Apr;28(2):79-83. doi: meals and snacks. Physiol Behav. 2004 Feb;80(5):721-31. 10.2220/biomedres.28.79. PMID: 17510492. Begg DP, Woods SC. Interactions between the central nervous Glendinning JI, Stano S, Holter M, Azenkot T, Goldman O, system and pancreatic islet secretions: a historical perspective. Adv Margolskee RF, Vasselli JR, Sclafani A. Sugar-induced cephalic- Physiol Educ. 2013 Mar;37(1):53-60. phase insulin release is mediated by a T1r2+T1r3-independent taste transduction pathway in mice. Am J Physiol Regul Integr Comp Cornil Y, Chandon P. Pleasure as a Substitute for Size: How Physiol. 2015 Sep;309(5):R552-60. Multisensory Imagery Can Make People Happier with Smaller Food Portions. Journal of Marketing Research. 2016;53, 847-864. 7 www.nutri-culture.com Nutri-Culture©2020 contact@nutri-culture.com - 05 55 42 64 13 Organisation de l’Economie Sociale & Solidaire
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