Oligo-éléments - Fer, Cuivre, Zinc, Iode et Sélénium - PDF

Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université Batna 2 Faculté de médecine de Batna Département de médecine Module Biochimie: 2ème année médecine Les oligo-élément ‘suite’...

Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université Batna 2 Faculté de médecine de Batna Département de médecine Module Biochimie: 2ème année médecine Les oligo-élément ‘suite’ DR. Selmi dounia LE FER Presentation du fer Bien que le fer soit le métal le plus abondant de la planète, la carence en fer est la plus fréquente des carences nutritionnelles Son incidence est toujours élevée, en particulier chez les femmes et les nourrissons, même dans les pays développés Élément essentiel à la vie cellulaire, cependant il est potentiellement toxique! Le fer (symbole Fe dans le Tableau périodique des éléments) est un oligo- élément qui existe sous deux formes ioniques principales: le fer ferreux (Fe2+) et le fer ferrique (Fe3+). Ces deux formes diffèrent par leur nombre d'électrons et, par conséquent, présentent des propriétés chimiques distinctes. Comprendre cette différence est essentiel pour saisir les rôles biologiques du fer et les mécanismes associés à son absorption et à son métabolisme.  Fer ferreux (Fe2+) Plus réactif Le fer ferreux est plus réactif que le fer ferrique. Cette réactivité est essentielle pour entretenir une relation particulièrement étroite avec l'hème, une molécule organique complexe contenant un atome de fer au centre d'un cycle porphyrine. Cette association est fondamentale pour de nombreuses fonctions biologiques, notamment le transport de l'oxygène.  Le fer ferrique (Fe3+) bien qu'moins réactif que son homologue ferreux, joue également un rôle crucial dans de nombreux processus biologiques. Sa stabilité accrue le rend particulièrement adapté à des fonctions de stockage et de structure. De plus, le fer ferrique est impliqué dans certains systèmes enzymatiques, où sa stabilité contribue à la catalyse de réactions spécifiques. 1 FER DE RÉSERVE Foie Rate Moëlle osseuse Sang circulant (macrophages) - Muscles FER DE TRANSPORT lié à la TRANSFERRINE Sang circulant/plasma Apports nutritionnels et sources alimentaire Selon sa forme, le fer est plus ou moins bien assimilé. Il existe : Le fer héminique (fer lié à un cofacteur nommé hème d'où son nom) est absorbé en moyenne à 25%. Il est présent dans les viandes (surtout rouges) et dans les poissons. Le fer non héminique, assimilé en moyenne à 5%, est principalement retrouvé dans les légumineuses (lentilles, haricots secs, etc.), les céréales complètes, et les épices.  les références nutritionnelles pour la population(RNP) L'organisme humain adulte contient environ 4 g de fer. Le fer est recyclé, l'absorption digestive vise uniquement à compenser les pertes physiologiques. Metabolisme de Fer Le métabolisme du fer est singulier dans la mesure où il se déroule presque totalement en circuit fermé. Une grande proportion du fer utilisé par l'organisme est obtenue par recyclage des cellules en fin de vie. Ainsi, nous n'absorbons et n'éliminons qu'une quantité très modeste de fer, environ 1mg chaque jour. 2  Absorption limentation apporte environ 10 à 20 mg/jour seulement 10 % sont absorbés Absorption par les entérocytes des villosités duodénales et jéjunales proximales L'acide ascorbique (vit C) favorise l'absorption du fer non héminique alors que le thé et le café l'inhibent fortement. la régulation de l'absorption du fer est effectuée par une hormone clé : l'Hepcidine. Cette hormone est produite majoritairement par le foie et c'est un répresseur de l'absorption du fer (activé si trop de fer dans l'organisme, (l'hepcidine freine l'absorption intestinale).  Transport ; transferrine ( sidérophiline) Bêta Globuline Synthétisée par le foie Deux sites de fixation pour Fe3+ Conditions N: Saturation 30% Capacité de fixation saturée conduit a l'apparition de fer libre  Macrophages 3  STOCKAGE: la Ferritine ferritine tissulaire réserves très rapidement mobilisable Glycoprotéine complexe hautement spécialisée (PM=45Kda) Délimitant une cavité centrale ou le fer est stocké sous forme de micelles d'oxyde de fer hydraté et phosphaté (4500 atomes Fe3+/molécule). La ferritine tissulaire est présente: Foie (1/3), Rate MO (macrophages) (1/3),muscle (1/3), autres (minime) Hémosidérine Réserve difficilement mobilisable Forme dénaturée de Ferritine Digestion lysosomiale d'agrégats de ferritine) Insoluble Visible en microscopie par la coloration de Perls au bleu de Prusse sur ce frottis de moelle : mise en évidence de grains verts qui entourent plus ou moins les érythroblastes = sidéroblastes  élimination Notre organisme ne dispose pas de mécanisme spécifique pour gérer un surplus de cet oligo- élément. Les pertes de fer se produisent principalement par : desquamation de l'épithélium intestinal ou lors des menstruations chez les femmes. Une perte de sang exceptionnelle, à l'occasion d'une blessure par exemple, engendre aussi une perte de fer. Les principales fonctions Le fer est un oligo-élément essentiel pour notre organisme. Il joue un rôle crucial dans de nombreuses fonctions biologiques, notamment : Transport de l'oxygène: Le fer est un composant essentiel de l'hémoglobine Production d'énergie: Le fer est nécessaire à la production d'énergie au niveau cellulaire. Il entre dans la composition de nombreuses enzymes impliquées dans la respiration cellulaire. Synthèse de l'ADN: Le fer est indispensable à la synthèse de l'ADN, Fonctionnement du système immunitaire: Le fer joue un rôle important dans la fonction immunitaire en Pathologies de fer  1/ Carences en fer: La carence en fer est une des plus présentes dans le monde, plus de 1,5 milliard de personnes seraient concernées par cette carence! Causes de la carence martiale : 1. Apport insuffisant: Régime alimentaire pauvre en fer (viande, légumineuses, légumes verts). 4 2. Pertes sanguines: Menstruations abondantes, saignements gastro-intestinaux (ulcères, hémorroïdes, cancers). 3. Malabsorption : Maladies comme la maladie cœliaque ou la chirurgie gastrique. 4. Besoins accrus: Grossesse, allaitement, croissance chez les enfants. La pathologie liée à une carence martiale (en fer) est principalement l'*anémie ferriprive*.. Lorsque les réserves en fer sont épuisées, l'hémoglobine ne peut plus être synthétisée et les érythrocytes sont hypochromes (contenant peu d'hémoglobine).  2/ Hémochromatose : la conséquence d'une surcharge de l'organisme en fer. Le fer se dépose dans différents organes Sous forme d'hémosidérine. Les organes touchés sont essentiellement le foie, le pancréas et le cœur. Ceci peut conduire à une cirrhose hépatique, à un diabète sucré et à une insuffisance cardiaque. Le cuivre Presentation du cuivre Le cuivre est l'élément chimique de numéro atomique 29, de symbole Cu Le cuivre est un oligo-élément indispensable à la vie Le corps humain en contient environ 1,4 à 2,1 mg/kg Apports nutritionnels et sources alimentaire  Sources: On retrouve du du cuivre dans la majeure partie des aliments notament: abats, les fruits de mer, les fruits à coque et le cacao. Viennent ensuite les volailles, les légumes secs et les aliments céréaliers complets. La levure de bière peut compléter les apports. Les eaux minérales peuvent également être une bonne source de cuivre.  Besoins en cuivre: L'apport quotidien recommandé de cuivre est de 1 à 3 mg/jour. Jeunes: 4 à 7 mg par jour Le corps humain normal contient 75 à 150 mg de cuivre. L'alimentation apporte 2 à 5 mg de cuivre par jour, dont 40 à 60 % sont absorbés. Metabolisme de cuivre Le cuivre alimentaire est initialement lié à des protéines ou se trouve sous forme complexée avec des acides aminés soufrés, principalement l'histidine Une fois absorbé par les entérocytes via un transporteur spécifique, le cuivre se couple à une une protéine ATP7A qui assure son 5 transport jusqu'à la veine porte, veine conduisant le sang du tube digestif vers le foie. L'absorption du cuivre se déroule au niveau du pôle apical des cellules épithéliales Le mécanisme de l'absorption digestive du cuivre est mal connu, Plusieurs mécanismes ont été proposés. Mais la voie majoritaire la plus probable est certainement le transporteur CTRI ATPase Menkès. présent dans la membrane de toutes les cellules de l'organisme Une fois dans la circulation portale, le cuivre est principalement lié à l'albumine et à l'histidine. Sous cette forme, il est capté par les cellules hépatiques Au niveau du foie, le cuivre traverse la membrane des hépatocytes via transporteur. Il se lie ensuite à une protéine ATP7B (également appelée protéine de Wilson) qui facilite son incorporation dans la céruloplasmine et L'excés de cuivre est stocké sous une forme atoxique, la Métallothionéine.  La céruléoplasmine = céruloplasmine Encore appelée Ferroxydase ou fer(II) oxygène oxydoréductase Synthétisée par le foie. PM=135kda Protéine de la phase aigue de l'inflammation C'est une alpha-2-glycoprotéine de la classe des oxydoréductases, enzyme et protéine de transport. Elle permet (par oxydation) la fixation du fer à la transferrine Doit être liée au cuivre pour avoir son activité ferroxidasique  Excrétion La principale voie d'élimination du cuivre est la bile, mais son mécanisme est mal élucidé. Le cuivre est éliminé par la bile sous une forme non réabsorbable. L'élimination urinaire est faible de l'ordre de 10 microgrammes par jour. Une élimination dépassant 50 ou 100 microgrammes par jour évoque une maladie de Wilson. Les pricipales fonctions Le Civre (Cu) est un oligo-élément essentiel à tous les organismes vivants. Dans de nombreuses réactions enzymatiques, il est courant d'observer les constants allers-retours de cet ion métallique de l'état oxydé (Cu2+) à l'état réduit (Cu1+). Cette propriété du cuivre en fait un excellent cofacteur. La cytochrome c oxydase: élément essentiel de la chaîne respiratoire mitochondriale. Elle permet le transfert d'électrons et la production d'ATP. La céruloplasmine: l'oxydation du fer ferreux en fer ferrique, ce qui est nécessaire pour l'incorporation du fer dans la transferrine. La superoxyde dismutase (SOD): Cette enzyme, qui contient du cuivre et du zinc, joue un rôle crucial dans la défense antioxydante. Le Cuivre est également impliqué dans les défenses immunitaires et la production d'anticorps. Indispensable à la formation du sang, à la pigmentation, Indispensable au développement normal du fœtus. Très important à la formation de la masse osseuse (réduit les risques d'ostéochondrose). Contribue à la synthèse des fibres d'élastine dont dépendent les vaisseaux et les tendons. 6 Variations pathologiques  Carence en cuivre Les causes d'une multiples carence en cuivre peuvent être Alimentation déséquilibrée: Une alimentation pauvre en aliments riches en cuivre (foie, fruits de mer, noix, graines) peut entraîner une carence. Maladies intestinales: Les maladies inflammatoires de l'intestin ou la maladie de Crohn peuvent altérer l'absorption du cuivre. Mutations génétiques: Certaines mutations génétiques peuvent affecter le transport ou le métabolisme du cuivre. Interactions médicamenteuses: Certains médicaments, comme les antiacides, peuvent réduire l'absorption du Les symptômes d'une carence en cuivre peuvent être variés et non spécifiques, ce qui rend le diagnostic difficile. Ils peuvent inclure: Anémie: En raison de l'importance du cuivre dans la formation de l'hémoglobine, une carence en cuivre peut entraîner une anémie. Fatigue: La diminution de la production d'énergie peut provoquer une fatigue chronique. Troubles neurologiques, Anomalies osseuses Anomalies cutanées: La peau peut devenir pâle, sèche et squameuse. Troubles immunitaires: Une carence en cuivre peut affaiblir le système immunitaire, augmentant ainsi le risque d'infections.  Maladie de MENKÈS Due à une mutation du gène codant l'ATP7A une baisse de la cuprémie, et un effondrement du taux plasmatique de céruloplasmine, avec augmentation de l'élimination fécale du cuivre, avec déficit dans certaines enzyme à cuivre (cytochrome C oxydase....). Mortelle avant l'âge de 5ans, elle se caractérise par: un retard des troubles du tonus, psychomoteur, hypothermie, Une dysmorphie cranio-faciale, Une chevelure dépigmentée, Symptômes neurologiques associent crises d'épilepsie, hypotonie et retard mental.  Maladie de Wilson Également nommée dégénérescence hépato lenticulaire est une anomalie héréditaire rare du métabolisme du cuivre, transmise sur le mode autosomique récessif. Mutation du gène ATP7B : Entrainant une diminution /absence du transport et élimination du Cuivre dans la bile et son accumulation dans les organes essentiellement dans le foie. Puis extra-hépatique : Cornée (anneau de Kayser-Fleischer) Cerveau (dégénérescence lenticulaire) ➤ Rein (tubulopathie) Globule rouge (hémolyse par libération brutale de Cu) 7  ZINC Presentation du Zinc  Qu'est-ce que le zine? Le zinc est un métal de numéro atomique 30 et de symbole Zn. Il compte parmi les oligo-éléments antioxydants. C'est un oligoélément essentiel intervenant dans de nombreuses fonctions physiologiques.  Quel effet dur le corps Système immunitaire: Le zinc est indispensable à la prolifération et à la différenciation des lymphocytes T. Il stabilise également la structure des molécules d'immunoglobulines. Cicatrisation: Le zinc stimule la synthèse de collagène, une protéine fibreuse essentielle à la réparation des tissus. Il intervient également dans la la prolifération des fibroblastes, cellules impliquées dans la cicatrisation. Croissance et développement: Le zinc est nécessaire à la synthèse de l'ADN et de l'ARN, ainsi qu'à la division cellulaire. Il joue également un rôle dans la synthèse des protéines. Fonctionnement cérébral: Le zinc est présent dans de nombreuses régions du cerveau où il module la neurotransmission et la plasticité synaptique. Fertilité: Le zinc est essentiel à la spermatogenèse et à la fonction reproductive masculine. Chez la femme, il est impliqué dans la synthèse des hormones sexuelles. 8  carences en zinc Les causes des carences en zinc sont multiples et peuvent être liées à : Un apport alimentaire insuffisant Des troubles de l'absorption digestive L'alcoolisme chronique Certaines maladies chroniques: Des maladies comme le diabète, le cancer ou les brûlures peuvent augmenter les besoins en zinc et favoriser les carences. Conséquences des carences en zinc : Une carence en zine peut entraîner de nombreux symptômes, notamment : Retard de croissance: chez les enfants, Troubles de la cicatrisation, Perte d'appétit, Troubles de la peau, Perte de cheveux, Affaiblissement du système immunitaire, Troubles de l'apprentissage et de la mémoire  Toxicité du zinc Elle peut s'observer sous traitement supplétif Elle s'observe dans la cirrhose, l'insuffisance rénale, le diabète, ou lors de traitement médicamenteux ayant des propriétés chélatrices ou hormonales Cliniquement: des difficultés à marcher, des troubles de l'élocution, des tremblements Iode L'atome d'iode fait partie de la famille des halogènes Il porte le symbole chimique « I», son poids atomique est de 127 g/mol Il s'agit d'un élément relativement rare dans le milieu naturel de l'écorce terrestre. Retrouvé plus dans le milieu marin. Les poissons et fruits de mer d'eau salée sont la meilleure source naturelle d'iode. le sel de table :une cuillerée à thé de sel de table contient 380 mg d'iode. les cornichons, les marinades et le sel de mer sont des sources naturelles d'iode mais n'en contiennent pas autant que le sel de table iodé. Les poissons et fruits de mer d'eau salée sont la meilleure source naturelle d'iode. le sel de table :une cuillerée à thé de sel de table contient 380 mg d'iode. les cornichons, les marinades et le sel de mer sont des sources naturelles d'iode mais n'en contiennent pas autant que le sel de table iodé. Dose quotidienne recommandée d'iode La quantité d'iode dont vous avez besoin chaque jour dépend de votre âge. L'apport adéquat en iode se situe entre 150 et 300 mcg/jour (microgrammes/jour). Dans certaines conditions physiologiques considérées comme des périodes critiques - âge 0-3 ans, puberté, grossesse, allaitement - les besoins en iode de l'organisme augmentent. Ainsi, la dose quotidienne recommandée en microgrammes (mcg) d'iode est de : 0-6 mois : 110 mcg 7-12 mois : 130 mcg 1 à 8 ans : 90 mcg 9-13 ans : 120 μg > 14 ans : 150 μg Charge: 220 mcg Allaitement: 290 mcg 9 Le rôle de l'iode dans l'organisme L'iode est un oligo-élément présent en petites quantités dans le corps humain - 15 à 20 milligrammes, dont 70 à 80% se trouvent dans la glande thyroïde. L'iode participe à la synthèse des hormones thyroïdiennes, étant indispensable au fonctionnement normal de la glande thyroïde. Hormones thyroïdiennes - thyroxine (T4) et triiodothyronine (T3) Symptômes d'une carence en iode Prise de poids inexpliquée Le sentiment de faiblesse Chute de cheveux Sécheresse cutanée La sensation de froid Troubles de la mémoire Cycle menstruel irrégulier Causes de la carence en iode Une carence en iode peut survenir lorsqu'une personne ne consomme pas sufisamment d'iode dans les aliments. En général, cela se produit chez les femmesenceintes. Cependant, il existe également des zones endémiques où l'eau et le sol sont pauvres en iode. La carence en iode entraîne plusieurs troubles: Le goitre, très fréquent dans de nombreux pays. Bien qu'un goitre puisse avoir plusieurs causes, le déficit en iode est de loin la plus courante. Une carence pendant la grossesse peut provoquer un crétinisme, c'est-à-dire un ensemble d'anomalies, notamment un retard mental chez l'enfant. Toxicité par excès en Iode Si la carence en iode entraîne de nombreuses complications, le surdosage est également très dangereux pour la santé. Une consommation journalière de 2000 μg d'iode entraine un dysfonctionnement thyroïdien, ceci est rencontré chez les sujets présentant une carence en Iode et sous supplémentations; Une alimentation très riche en algues est susceptible d'entraîner des risques de surdosage en iode. un surdosage entraine un effet antithyroïdien qui peut évoluer Prezi rs une thyrotoxicose. Selenium Le sélénium est un non métal (symbole Se dans le tableau périodique des éléments) compte parmi les oligo- éléments antioxydants. Dans l'organisme, il est lié à différentes protéines et principalement stocké dans les muscles. Le sélénium intervient dans le métabolisme des hormones thyroïdiennes par l'intermédiaire d'une désiodinase qui est une sélénoprotéine. Protection cardio-vasculaire Stimule le système immunitaire. la lutte contre le vieillissement cellulaire. 10 L'administration de sélénium pourrait de plus diminuer la toxicité de certains autres Prezi éléments comme l'arsenic, le cadmium, le mercure, le plomb et le platine. Sources La teneur en sélénium d'un aliment dépend de la nature du terrain où il est produit et de sa concentration en protéines. C'est ainsi que les poissons, les fruits de mer, les œufs, les céréales, l'ail et les champignons contiennent d'avantage de Se que les fruits, les légumes secs et les produits laitiers. La viande,les abats, les germes de blé, la levure de bière, les noix et certains légumes sont également des sources de selenium. Variations pathologiques  1-Diminution du sélénium Une diminution de la sélénémie s'observe dans de nombreuses pathologies (en particulier dénutrition, nutrition parentérale, malabsorption, cirrhose, insuffisance rénale chronique, insuffisance immunitaire, infections virales).  2-Augmentation du sélénium Toxique au delà de 500 μg par jour. Chez l'homme, les intoxications au sélénium sont rares ;s'observe Lors d'intoxication chez les ouvriers exposés à des fumées riches en sélénium ou de traitement supplétif. Les principaux signes cliniques observés lors d'intoxication sont des irritations bronchiques et dermiques, des troubles gastro-intestinaux et une odeur spécifique de la peau et de l'haleine (odeur d'ail). 11