6.6 : Exercice, nutrition, hormones et tissu osseux
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Objectifs d'apprentissage
- Décrivez l'effet de l'exercice sur le tissu osseux
- Énumérer les nutriments qui affectent la santé des os
- Discutez du rôle de ces nutriments dans la santé des os.
- Décrire les effets des hormones sur le tissu osseux
Tous les systèmes organiques de votre corps sont interdépendants, et le système squelettique ne fait pas exception. Les aliments que vous ingérez par le biais de votre système digestif et les hormones sécrétées par votre système endocrinien affectent vos os. Même l'utilisation de vos muscles pour faire de l'exercice a un impact sur vos os.
Exercice et tissu osseux
Lors de longues missions spatiales, les astronautes peuvent perdre environ 1 à 2 % de leur masse osseuse par mois. On pense que cette perte de masse osseuse est due à l'absence de contraintes mécaniques sur les os des astronautes en raison des faibles forces gravitationnelles dans l'espace. L'absence de stress mécanique fait perdre aux os des sels minéraux et des fibres de collagène, et donc de leur force. De même, les contraintes mécaniques stimulent le dépôt de sels minéraux et de fibres de collagène. La structure interne et externe d'un os change au fur et à mesure que le stress augmente ou diminue, de sorte que l'os a une taille et un poids idéaux pour l'activité qu'il supporte. C'est pourquoi les personnes qui font de l'exercice régulièrement ont des os plus épais que les personnes plus sédentaires. C'est aussi la raison pour laquelle un os cassé chez un plâtre s'atrophie alors que son partenaire contralatéral maintient sa concentration en sels minéraux et en fibres de collagène. Les os subissent un remodelage en raison des forces (ou de l'absence de forces) exercées sur eux.
De nombreuses études contrôlées ont démontré que les personnes qui font de l'exercice régulièrement ont une densité osseuse supérieure à celle des personnes plus sédentaires. Tout type d'exercice stimulera le dépôt d'une plus grande quantité de tissu osseux, mais l'entraînement de résistance a un effet plus important que les activités cardiovasculaires. L'entraînement musculaire est particulièrement important pour ralentir la perte osseuse éventuelle due au vieillissement et pour prévenir l'ostéoporose.
Nutrition et tissu osseux
Les vitamines et les minéraux contenus dans tous les aliments que nous consommons sont importants pour tous nos systèmes organiques. Cependant, certains nutriments influent sur la santé des os.
Calcium et vitamine D
Vous savez déjà que le calcium est un composant essentiel des os, notamment sous forme de phosphate de calcium et de carbonate de calcium. Comme le corps ne peut pas produire de calcium, il doit provenir de l'alimentation. Cependant, le calcium ne peut pas être absorbé par l'intestin grêle sans vitamine D. Par conséquent, l'apport en vitamine D est également essentiel à la santé des os. Outre le rôle de la vitamine D dans l'absorption du calcium, elle joue également un rôle, mais pas aussi clairement compris, dans le remodelage osseux.
Le lait et les autres produits laitiers ne sont pas les seules sources de calcium. Ce nutriment important se trouve également dans les légumes à feuilles vertes, le brocoli, le saumon intact et les sardines en conserve aux arêtes molles. Les noix, les haricots, les graines et les crustacés fournissent du calcium en plus petites quantités.
À l'exception des poissons gras comme le saumon et le thon, du lait ou des céréales enrichis, la vitamine D ne se trouve pas naturellement dans de nombreux aliments. L'action du soleil sur la peau incite l'organisme à produire sa propre vitamine D (Figure\(\PageIndex{1}\)), mais de nombreuses personnes, en particulier celles qui ont le teint plus foncé et celles vivant dans les latitudes nordiques où les rayons du soleil ne sont pas aussi forts, souffrent d'une carence en vitamine D. En cas de carence, un médecin peut prescrire un supplément de vitamine D.
Autres nutriments
La vitamine K favorise également la minéralisation osseuse et peut jouer un rôle synergique avec la vitamine D dans la régulation de la croissance osseuse. Les légumes à feuilles vertes sont une bonne source de vitamine K. Les minéraux que sont le magnésium et le fluor peuvent également jouer un rôle dans le maintien de la santé des os. Alors que le magnésium ne se trouve qu'à l'état de traces dans le corps humain, plus de 60 pour cent se trouvent dans le squelette, ce qui suggère qu'il joue un rôle dans la structure des os. Le fluorure peut déplacer le groupe hydroxyle dans les cristaux d'hydroxyapatite des os et former de la fluorapatite. Tout comme son effet sur l'émail dentaire, la fluorapatite aide à stabiliser et à renforcer les minéraux osseux. Le fluorure peut également pénétrer dans les espaces des cristaux d'hydroxyapatite, augmentant ainsi leur densité.
Les acides gras oméga-3 sont connus depuis longtemps pour réduire l'inflammation dans diverses parties du corps. L'inflammation peut interférer avec le fonctionnement des ostéoblastes. Par conséquent, la consommation d'acides gras oméga-3, dans l'alimentation ou dans les suppléments, peut également contribuer à améliorer la production de nouveaux tissus osseux. \(\PageIndex{1}\)Le tableau résume le rôle des nutriments dans la santé des os.
| Nutriment | Rôle dans la santé des os |
|---|---|
| Du calcium | Nécessaire pour fabriquer du phosphate de calcium et du carbonate de calcium, qui forment les cristaux d'hydroxyapatite qui confèrent à l'os sa dureté |
| Vitamine D | Nécessaire pour absorber le calcium |
| Vitamine K | Favorise la minéralisation osseuse ; peut avoir un effet synergique avec la vitamine D |
| magnésium | Composant structurel de l'os |
| Fluor | Composant structurel de l'os |
| Acides gras oméga-3 | Réduit l'inflammation susceptible d'interférer avec la fonction des ostéoblastes |
Hormones et tissu osseux
Le système endocrinien produit et sécrète des hormones, dont beaucoup interagissent avec le système squelettique. Ces hormones sont impliquées dans le contrôle de la croissance osseuse, le maintien des os une fois qu'ils sont formés et leur remodelage.
Hormones qui influencent les ostéoblastes et/ou maintiennent la matrice
Plusieurs hormones sont nécessaires pour contrôler la croissance osseuse et maintenir la matrice osseuse. L'hypophyse sécrète l'hormone de croissance (GH) qui, comme son nom l'indique, contrôle la croissance osseuse de plusieurs manières. Il déclenche la prolifération des chondrocytes dans les plaques épiphysaires, ce qui entraîne une augmentation de la longueur des os longs. La GH augmente également la rétention de calcium, ce qui améliore la minéralisation, et stimule l'activité ostéoblastique, ce qui améliore la densité osseuse.
La GH n'est pas la seule à stimuler la croissance osseuse et à maintenir le tissu osseux. La thyroxine, une hormone sécrétée par la glande thyroïde, favorise l'activité ostéoblastique et la synthèse de la matrice osseuse. À la puberté, les hormones sexuelles (œstrogène chez les filles, testostérone chez les garçons) entrent également en jeu. Ils favorisent également l'activité ostéoblastique et la production de matrice osseuse et sont en outre responsables de la poussée de croissance qui survient souvent à l'adolescence. Ils favorisent également la conversion de la plaque épiphysaire en ligne épiphysaire (c'est-à-dire du cartilage en son vestige osseux), mettant ainsi fin à la croissance longitudinale des os. De plus, le calcitriol, la forme active de la vitamine D, est produit par les reins et stimule l'absorption du calcium et du phosphate par le tube digestif.
LE VIEILLISSEMENT ET LE... Système squelettique
L'ostéoporose est une maladie caractérisée par une diminution de la masse osseuse qui survient lorsque le taux de résorption osseuse dépasse le taux de formation osseuse, phénomène fréquent à mesure que le corps vieillit. Remarquez en quoi cela est différent de la maladie de Paget. Dans la maladie de Paget, de nouveaux os se forment pour tenter de suivre la résorption des ostéoclastes hyperactifs, mais ce nouvel os est produit au hasard. En fait, lorsqu'un médecin évalue un patient présentant un amincissement des os, il effectue un test de dépistage de l'ostéoporose et de la maladie de Paget (ainsi que d'autres maladies). L'ostéoporose ne présente pas les taux sanguins élevés de phosphatase alcaline que l'on retrouve dans la maladie de Paget.
Bien que l'ostéoporose puisse toucher n'importe quel os, elle touche le plus souvent les extrémités proximales du fémur, des vertèbres et du poignet. En raison de la perte de densité osseuse, le tissu osseux peut ne pas fournir un soutien adéquat aux fonctions quotidiennes, et un simple éternuement peut provoquer une fracture vertébrale. Lorsqu'une personne âgée tombe et se casse une hanche (en fait, le fémur), c'est très probablement le fémur qui s'est cassé en premier, ce qui a entraîné la chute. Sur le plan histologique, l'ostéoporose se caractérise par une réduction de l'épaisseur de l'os compact ainsi que du nombre et de la taille des trabécules dans l'os spongieux.
La figure\(\PageIndex{2}\) montre que les femmes perdent de la masse osseuse plus rapidement que les hommes à partir de 50 ans environ. Cela se produit parce que 50 ans est l'âge approximatif auquel les femmes passent la ménopause. Non seulement leurs règles diminuent et finissent par cesser, mais leurs ovaires diminuent en taille et cessent ensuite la production d'œstrogènes, une hormone qui favorise l'activité ostéoblastique et la production de matrice osseuse. Ainsi, l'ostéoporose est plus fréquente chez les femmes que chez les hommes, mais les hommes peuvent également la développer. Toute personne ayant des antécédents familiaux d'ostéoporose court un plus grand risque de développer la maladie. Le meilleur traitement est donc la prévention, qui devrait commencer par un régime alimentaire pour enfants comprenant un apport adéquat en calcium et en vitamine D et un mode de vie comprenant des exercices de mise en charge. Ces actions, comme indiqué ci-dessus, sont importantes pour la construction de la masse osseuse. La promotion d'une alimentation adéquate et d'exercices de mise en charge dès le plus jeune âge peut maximiser la masse osseuse avant l'âge de 30 ans, réduisant ainsi le risque d'ostéoporose.
Pour de nombreuses personnes âgées, une fracture de la hanche peut mettre la vie en danger. La fracture elle-même n'est peut-être pas grave, mais l'immobilité qui survient pendant le processus de guérison peut entraîner la formation de caillots sanguins qui peuvent se loger dans les capillaires des poumons, entraînant une insuffisance respiratoire ; une pneumonie due à l'absence d'un mauvais échange d'air qui accompagne l'immobilité ; des escarres ( escarres) qui permettent à des agents pathogènes de pénétrer dans l'organisme et de provoquer des infections ; et infections des voies urinaires dues au cathétérisme.
Les traitements actuels de prise en charge de l'ostéoporose comprennent les bisphosphonates (les mêmes médicaments souvent utilisés pour traiter la maladie de Paget), la calcitonine et les œstrogènes (pour les femmes uniquement). Minimiser le risque de chutes, par exemple en éliminant les risques de trébuchement, est également une étape importante dans la gestion des conséquences potentielles de la maladie.
Hormones qui influencent les ostéoclastes
Le modelage et le remodelage osseux nécessitent des ostéoclastes pour résorber les os inutiles, endommagés ou vieux, et des ostéoblastes pour former de nouveaux os. Deux hormones qui agissent sur les ostéoclastes sont l'hormone parathyroïdienne (PTH) et la calcitonine.
La PTH stimule la prolifération et l'activité des ostéoclastes. En conséquence, le calcium est libéré des os dans la circulation, augmentant ainsi la concentration en ions calcium dans le sang. La PTH favorise également la réabsorption du calcium par les tubules rénaux, ce qui peut affecter l'homéostasie du calcium (voir ci-dessous).
L'intestin grêle est également affecté par la PTH, bien qu'indirectement. Parce qu'une autre fonction de la PTH est de stimuler la synthèse de la vitamine D et parce que la vitamine D favorise l'absorption intestinale du calcium, la PTH augmente indirectement l'absorption du calcium par l'intestin grêle. La calcitonine, une hormone sécrétée par la glande thyroïde, a certains effets qui neutralisent ceux de la PTH. La calcitonine inhibe l'activité des ostéoclastes et stimule l'absorption du calcium par les os, réduisant ainsi la concentration d'ions calcium dans le sang. Comme en témoignent leurs fonctions opposées dans le maintien de l'homéostasie calcique, la PTH et la calcitonine ne sont généralement pas sécrétées en même temps. \(\PageIndex{2}\)Le tableau résume les hormones qui influencent le système squelettique.
| Hormone | Rôle |
|---|---|
| Hormone de croissance | Augmente la longueur des os longs, améliore la minéralisation et améliore la densité osseuse |
| Thyroxine | Stimule la croissance osseuse et favorise la synthèse de la matrice osseuse |
| Hormones sexuelles | Favorise l'activité ostéoblastique et la production de matrice osseuse ; responsable de la poussée de croissance chez les adolescents ; favorise la conversion de la plaque épiphysaire en lignée épiphysaire |
| Calcitriol | Stimule l'absorption du calcium et du phosphate par le tube digestif |
| Hormone parathyroïdienne | Stimule la prolifération des ostéoclastes et la résorption osseuse par les ostéoclastes ; favorise la réabsorption du calcium par les tubules rénaux ; augmente indirectement l'absorption du calcium par l'intestin grêle |
| Calcitonine | Inhibe l'activité des ostéoclastes et stimule l'absorption du calcium par les os |
Révision du chapitre
Le stress mécanique stimule le dépôt de sels minéraux et de fibres de collagène dans les os. Le calcium, le minéral prédominant dans les os, ne peut pas être absorbé par l'intestin grêle en cas de carence en vitamine D. La vitamine K favorise la minéralisation osseuse et peut jouer un rôle synergique avec la vitamine D. Le magnésium et le fluorure, en tant qu'éléments structuraux, jouent un rôle de soutien dans la santé des os. Les acides gras oméga-3 réduisent l'inflammation et peuvent favoriser la production de nouveaux tissus osseux. L'hormone de croissance augmente la longueur des os longs, améliore la minéralisation et améliore la densité osseuse. La thyroxine stimule la croissance osseuse et favorise la synthèse de la matrice osseuse. Les hormones sexuelles (œstrogène chez la femme ; testostérone chez l'homme) favorisent l'activité ostéoblastique et la production de matrice osseuse, sont responsables de la poussée de croissance des adolescents et favorisent la fermeture des plaques épiphysaires. L'ostéoporose est une maladie caractérisée par une diminution de la masse osseuse qui est fréquente chez les adultes âgés. Le calcitriol stimule l'absorption du calcium et du phosphate par le tube digestif. L'hormone parathyroïdienne (PTH) stimule la prolifération des ostéoclastes et la résorption osseuse par les ostéoclastes. La vitamine D joue un rôle synergique avec la PTH dans la stimulation des ostéoclastes. Les fonctions supplémentaires de la PTH incluent la promotion de la réabsorption du calcium par les tubules rénaux et l'augmentation indirecte de l'absorption du calcium par l'intestin grêle. La calcitonine inhibe l'activité des ostéoclastes et stimule l'absorption du calcium par les os.
Questions de révision
Q. La loi de Wolff, qui décrit l'effet des forces mécaniques sur le modelage/remodelage osseux, prédirait que ________
R. Un lanceur droitier aura des os plus épais au bras droit qu'au bras gauche.
B. une cycliste droitière aura des os plus épais de la jambe droite que de la jambe gauche.
C. un os cassé guérira plus épais qu'il ne l'était avant la fracture.
D. Un patient alité aura des os plus épais qu'un athlète.
Réponse : A
Q. Le calcium ne peut pas être absorbé par l'intestin grêle si ________ fait défaut.
A. vitamine D
B. vitamine K
C. calcitonine
D. fluorure
Réponse : A
Q. Lequel des aliments suivants est le meilleur pour la santé des os ?
A. carottes
B. foie
C. légumes verts à feuilles
D. oranges
Réponse : C
Q. Laquelle des hormones suivantes est responsable de la poussée de croissance chez les adolescents ?
A. œstrogène et testostérone
B. calcitonine et calcitriol
C. hormone de croissance et hormone parathyroïdienne
D. thyroxine et progestérone
Réponse : A
Q. En ce qui concerne leurs effets directs sur le tissu osseux, quelle paire d'hormones a des actions opposées ?
A. œstrogène et testostérone
B. calcitonine et calcitriol
C. œstrogène et progestérone
D. calcitonine et hormone parathyroïdienne
Réponse : D
Questions sur la pensée critique
Q. Si vous étiez diététicienne et que vous aviez une jeune patiente ayant des antécédents familiaux d'ostéoporose, quels aliments lui suggéreriez-vous d'inclure dans son alimentation ? Pourquoi ?
R. Comme la masse osseuse maximale est atteinte à l'âge de 30 ans, je voudrais que cette patiente ait suffisamment de calcium et de vitamine D dans son alimentation. Pour ce faire, je recommande d'ingérer du lait et d'autres produits laitiers, des légumes à feuilles vertes et des sardines en conserve intactes afin qu'elle reçoive suffisamment de calcium. Le saumon intact serait une bonne source de calcium et de vitamine D. D'autres poissons gras seraient également une bonne source de vitamine D.
Q. Au cours des premières années de l'exploration spatiale, nos astronautes, qui flottaient dans l'espace, revenaient sur Terre avec une perte osseuse importante qui dépendait de la durée de leur séjour dans l'espace. Discutez de la façon dont cela pourrait se produire et de ce qui pourrait être fait pour atténuer cette maladie.
R. Les astronautes qui flottaient dans l'espace n'exerçaient pas de pression importante sur leurs os ; ils étaient « en apesanteur ». Sans que la force de gravité n'exerce de pression sur les os, la masse osseuse a été perdue. Pour remédier à cette situation, les astronautes font désormais des exercices de résistance conçus pour appliquer des forces sur les os et ainsi les aider à rester en bonne santé.
Lexique
- l'ostéoporose
- maladie caractérisée par une diminution de la masse osseuse ; survient lorsque le taux de résorption osseuse dépasse le taux de formation osseuse, phénomène fréquent à mesure que le corps vieillit