Système Atwater - Atwater system

Le système Atwater , du nom de Wilbur Olin Atwater , ou des dérivés de ce système sont utilisés pour le calcul de l' énergie disponible des aliments . Le système a été développé en grande partie à partir des études expérimentales d'Atwater et de ses collègues dans la dernière partie du 19ème siècle et les premières années du 20ème à l'Université Wesleyan à Middletown, Connecticut . Son utilisation a souvent fait l'objet de controverses, mais peu d'alternatives ont été proposées. Comme pour le calcul des protéines à partir de l'azote total, le système Atwater est une convention et ses limites peuvent être vues dans sa dérivation.

Dérivation

L'énergie disponible (telle qu'utilisée par Atwater) équivaut à l'usage moderne du terme énergie métabolisable (EM).

Dans la plupart des études sur l'homme, les pertes de sécrétions et de gaz sont ignorées. L'énergie brute (GE) d'un aliment, mesurée par calorimétrie à la bombe, est égale à la somme des chaleurs de combustion des composants - protéines (GE _p ), lipides (GE _f ) et glucides (GE _cho ) (par différence) dans le système proche.

Atwater a considéré la valeur énergétique des matières fécales de la même manière.

En mesurant des coefficients de disponibilité ou dans la terminologie moderne de digestibilité apparente , Atwater a élaboré un système de calcul des pertes d'énergie fécale.

où D _p , D _f et D _cho sont respectivement les coefficients de digestibilité des protéines, des lipides et des glucides calculés comme

pour le constituant en question.

Les pertes urinaires ont été calculées à partir du rapport énergie/azote dans l'urine. Expérimentalement, c'était 7,9 kcal/g (33 kJ/g) d'azote urinaire et donc son équation pour l'énergie métabolisable est devenue

Valeurs énergétiques brutes

Atwater a collecté des valeurs de la littérature et a également mesuré la chaleur de combustion des protéines, des graisses et des glucides. Celles-ci varient légèrement selon les sources et les valeurs pondérées dérivées d'Atwater pour la chaleur brute de combustion des protéines, des graisses et des glucides dans le régime mixte typique de son époque. Il a été avancé que ces valeurs pondérées sont invalides pour les aliments individuels et pour les régimes dont la composition en termes de denrées alimentaires est différente de celles consommées aux États-Unis au début du 20e siècle.

Coefficients de digestibilité apparente

Atwater a mesuré un grand nombre de coefficients de digestibilité pour des mélanges simples et, dans des expériences de substitution, a dérivé des valeurs pour des aliments individuels. Il les a combinés de manière pondérée pour dériver des valeurs pour les régimes mixtes. Lorsque ceux-ci ont été testés expérimentalement avec des régimes mixtes, ils n'ont pas donné une bonne prédiction, et Atwater a ajusté les coefficients pour les régimes mixtes.

Correction urinaire

Le rapport énergie/azote dans l'urine montre une variation considérable et le rapport énergie/matière organique est moins variable, mais la valeur énergie/azote a fourni à Atwater une approche réalisable bien que cela ait causé une certaine confusion et ne s'applique qu'aux sujets en bilan azoté.

Système modifié

Sur la base des travaux d'Atwater, il est devenu courant de calculer la teneur énergétique des aliments en utilisant 4 kcal/g pour les glucides et les protéines et 9 kcal/g pour les lipides . Le système a ensuite été amélioré par Annabel Merrill et Bernice Watt de l' USDA , qui ont élaboré un système dans lequel des facteurs de conversion calorique spécifiques pour différents aliments ont été proposés. Cela tient compte du fait que premièrement, les valeurs énergétiques brutes des protéines, des graisses et des glucides provenant de différentes sources alimentaires sont différentes, et deuxièmement, que la digestibilité apparente des composants des différents aliments est différente.

Ce système repose sur la mesure des chaleurs de combustion d'une large gamme de protéines, de graisses et de glucides isolés. Cela dépend également des données des études de digestibilité, où des aliments individuels ont été substitués aux régimes de base afin de mesurer les coefficients de digestibilité apparents pour ces aliments. Cette approche est basée sur l'hypothèse qu'il n'y a pas d'interactions entre les aliments dans un mélange dans l'intestin, et d'un point de vue pratique, de telles études avec des humains sont difficiles à contrôler avec la précision requise.

Hypothèses basées sur l'utilisation des glucides par différence et les effets des fibres alimentaires

L'approche des glucides par différence présente plusieurs problèmes. Premièrement, il ne fait pas de distinction entre les sucres, l'amidon et les glucides indisponibles (les fourrages, ou « fibres alimentaires »).

Cela affecte d'abord l'énergie brute attribuée aux glucides : le saccharose a une chaleur de combustion de 3,95 kcal/g (16,53 kJ/g) et l'amidon de 4,15 kcal/g (17,36 kJ/g).

Deuxièmement, il ne prévoit pas que les sucres et l'amidon sont pratiquement complètement digérés et absorbés, et fournissent ainsi une énergie métabolisable équivalente à leur chaleur de combustion.

Les glucides non disponibles (fibres alimentaires) sont dégradés de manière variable dans le gros intestin. Les produits de cette digestion microbienne sont des acides gras, du CO ₂ (dioxyde de carbone), du méthane et de l'hydrogène. Les acides gras (acétate, butyrate et propionate) sont absorbés dans le gros intestin et fournissent une certaine énergie métabolisable. L'étendue de la dégradation dépend de la source de la fibre alimentaire (sa composition et son état de division) et de l'individu qui consomme la fibre alimentaire. Les données sont insuffisantes pour donner des indications précises sur l'énergie disponible à partir de cette source.

Enfin, les fibres alimentaires affectent les pertes fécales d'azote et de graisse. Il n'est pas clair si l'augmentation de la perte de graisse est due à un effet sur l'absorption intestinale. L'augmentation des pertes d'azote fécal dans les régimes riches en fibres est probablement due à une teneur accrue en azote bactérien des matières fécales. Ces deux effets conduisent cependant à des réductions de la digestibilité apparente, et donc le système Atwater justifie de petits changements dans les facteurs de conversion d'énergie appropriés pour ces régimes.

Considérations théoriques et pratiques relatives au calcul des valeurs énergétiques

Variations des chaleurs de combustion des constituants alimentaires

Protéines

Les preuves expérimentales de l'ampleur de cette variation sont très limitées, mais comme les chaleurs de combustion des acides aminés individuels sont différentes, il est raisonnable de s'attendre à des variations entre différentes protéines. Une fourchette observée allant de 5,48 pour la conglutine (du lupin bleu) à 5,92 pour l'hordéine (orge) a été rapportée, ce qui se compare à la fourchette d'Atwaters de 5,27 pour la gélatine à 5,95 pour le gluten de blé. Il est difficile de calculer les valeurs attendues pour une protéine à partir des données sur les acides aminés, car certaines des chaleurs de combustion ne sont pas connues avec précision. Des calculs préliminaires sur le lait de vache suggèrent une valeur d'environ 5,5 kcal/g (23,0 kJ/g).

Graisses

De manière analogue, les preuves expérimentales sont limitées, mais puisque les acides gras diffèrent par leurs chaleurs de combustion, il faut s'attendre à ce que les graisses varient en chaleurs de combustion. Ces différences sont cependant relativement faibles – par exemple, la matière grasse du lait maternel a une chaleur de combustion calculée de 9,37 kcal/g (39,2 kJ/g) par rapport à celle de la matière grasse du lait de vache de 9,19 kcal/g (38,5 kJ/g) .

Les glucides

Les monosaccharides ont des chaleurs de combustion d'environ 3,75 kcal/g (15,7 kJ/g), les disaccharides 3,95 kcal/g (16,5 kJ/g) et les polysaccharides 4,15 à 4,20 kcal/g (17,4 à 17,6 kJ/g). La chaleur d'hydrolyse est très faible et ces valeurs sont essentiellement équivalentes lorsqu'elles sont calculées sur une base de monosaccharide. Ainsi, 100 g de saccharose donnent par hydrolyse 105,6 g de monosaccharide et 100 g d'amidon donnent par hydrolyse 110 g de glucose.

Coefficients de digestibilité apparente

Le tube digestif humain est un organe très efficace, et l'excrétion fécale de matières azotées et de graisses représente une faible proportion (généralement moins de 10 %) de l'apport. Atwater a reconnu que l'excrétion fécale était un mélange complexe de sécrétions intestinales non absorbées, de matériel bactérien et de métabolites, de mucus, de mucus et seulement dans une faible mesure de composants alimentaires non absorbés. C'est peut-être l'une des raisons pour lesquelles il a choisi d'utiliser la disponibilité plutôt que la digestibilité . Son point de vue était que ces constituants fécaux étaient vraiment indisponibles et que son mépris apparent de la nature de l'excrétion fécale était justifiable dans un contexte pratique.

Le rapport là où l'excrétion fécale est faible, s'approchera de l'unité et donc ces coefficients ont une faible variance et ont l'apparence de constantes. Ceci est faux car l'excrétion fécale est variable même avec un régime constant, et il n'y a aucune preuve suggérant que l'excrétion fécale soit en fait liée à l'apport de la manière impliquée par ces coefficients. ${\displaystyle {\frac {{\text{apport}}-{\text{excrétion fécale}}}{\text{apport}}},}$

Considérations pratiques dans les calculs de la valeur énergétique des aliments et des régimes alimentaires

Le calcul des valeurs énergétiques doit être considéré comme une alternative à la mesure directe et est donc susceptible d'être associé à une certaine imprécision par rapport à l'évaluation directe. Ces inexactitudes sont dues à plusieurs raisons

• Variations de la composition des aliments : Les aliments sont des mélanges biologiques et, à ce titre, présentent des variations considérables de composition, notamment en ce qui concerne la teneur en eau et en matières grasses. Cela signifie que les valeurs de composition citées pour des échantillons représentatifs d'aliments dans les tableaux de composition des aliments ne s'appliquent pas nécessairement à des échantillons individuels d'aliments. Dans les études où une grande précision est requise, des échantillons des aliments consommés doivent être analysés.
• Mesures de l'apport alimentaire : Lors de l'estimation des apports énergétiques, des mesures de l'apport alimentaire sont effectuées, et celles-ci sont connues pour être sujettes à une incertitude considérable. Même dans les études sous surveillance très étroite, les erreurs de pesée des aliments individuels sont rarement inférieures à ±5%. Un certain degré de pragmatisme doit donc être utilisé lors de l'évaluation des procédures de calcul des apports énergétiques, et de nombreux auteurs attribuent une plus grande précision aux apports énergétiques calculés cités que ce qui est justifiable.
• Variation individuelle : des variations chez les individus sont observées dans toutes les études sur l'homme, et ces variations ne sont pas prises en compte dans la plupart des calculs.

Les objections théoriques et physiologiques aux hypothèses inhérentes au système Atwater sont susceptibles d'entraîner des erreurs beaucoup plus petites que ces questions pratiques. Les facteurs de conversion ont été dérivés d'études expérimentales avec de jeunes nourrissons, mais ceux-ci ont produit des valeurs d'apport énergétique métabolisable qui n'étaient pas significativement différentes de celles obtenues par application directe des facteurs d'Atwater modifiés.

Voir également

• Énergie alimentaire
• Calorimètre

Les références

Lectures complémentaires

• US Department of Agriculture – Agricultural Research Service : Fondateur de American Nutrition Science – Wilbur Olin Atwater