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Le système squelettique humain est un organe complexe en équilibre constant avec le reste du corps. En plus de soutenir et de structurer l’organisme, l’os est le principal réservoir de nombreux minéraux et composés essentiels au maintien d’un sain équilibre du pH. La détérioration du corps avec l’âge rend les personnes âgées particulièrement vulnérables et affectées par une mauvaise santé osseuse. Des maladies comme l’ostéoporose, caractérisée par un affaiblissement de la matrice structurelle de l’os, augmentent le risque de fracture de la hanche et d’autres symptômes secondaires qui changent la vie. En 2010, plus de 258 000 personnes âgées de 65 ans et plus ont été admises à l’hôpital pour une fracture de la hanche. L’incidence des fractures de la hanche devrait augmenter de 12 % en Amérique, avec 289 000 admissions prévues en 2030. D’autres sources estiment que jusqu’à 1,5 million d’Américains subiront chaque année une fracture ostéoporotique. Le coût du traitement de ces personnes est également énorme : en 1991, le régime d’assurance-maladie a dépensé environ 2,9 milliards de dollars pour le traitement et les soins ambulatoires des fractures de la hanche ; on ne peut s’attendre à ce que ce chiffre augmente.
Métabolisme des acides aminés
Quand on consomme plus d’acides aminés contenant du soufre, de méthionine et de cystine que l’organisme ne peut en utiliser pour la croissance et la réparation, ils sont décomposés en sulfate, ou en acide sulfurique, entre autres produits. Les aliments d’origine animale comme la viande, les produits laitiers et les œufs sont riches en protéines et « l’apport alimentaire en protéines animales est fortement corrélé à l’excrétion rénale nette d’acide ». Des recherches remontant au début des années 1900 ont montré des corrélations entre les régimes riches en protéines et l’augmentation de l’excrétion acide. Une mesure des effets acides ou basiques des aliments sur l’organisme est la charge potentielle d’acide rénal (PRAL). Les fromages ayant une teneur en protéines de 15 g de protéines/100 g ou plus ont une valeur PRAL élevée de 23,6 mEq/100 g de portion comestible. Les viandes, les poissons, les autres fromages, la farine ou les nouilles ont tous un PRAL d’environ 8,0 mEq/100 g de portion comestible, alors que les fruits et légumes ont en fait un PRAL négatif.
Chez les adultes en bonne santé, les os subissent une réparation et un renouvellement constants. Le nouvel os est déposé par les cellules ostéoblastes et résorbé ou détruit par les cellules ostéoclastiques. Cette addition et cette soustraction de l’os ne produisent habituellement aucun changement net dans la masse totale du squelette, mais le processus de renouvellement peut être considérablement affecté par le pH.
Densité minérale osseuse
La densité minérale osseuse (DMO) est une mesure couramment utilisée pour quantifier la santé des os. Une DMO plus faible indique un risque accru d’ostéoporose ou de fracture. De nombreux facteurs influencent la DMO. La consommation de protéines s’est avérée bénéfique pour la densité osseuse en fournissant les substrats d’acides aminés nécessaires à la formation de la matrice osseuse. On pense également que la concentration sanguine du stimulant de formation osseuse, le facteur de croissance analogue à l’insuline I (IGF-I), est augmentée en raison d’une consommation élevée de protéines et que l’hormone parathyroïdienne (PTH), un stimulant de résorption osseuse, est réduite. Bien que les protéines se soient révélées bénéfiques pour l’augmentation de la masse osseuse ou de la densité minérale osseuse, il n’y a pas d’association significative entre l’apport en protéines et l’incidence des fractures. En d’autres termes, une DMO faible peut être prédictive de l’ostéoporose et d’un risque accru de fracture, mais une DMO élevée ne signifie pas nécessairement une meilleure santé osseuse. Une DMO élevée est également corrélée à d’autres problèmes de santé. Par exemple, une DMO plus élevée a également été associée à un risque accru de cancer du sein.
Homéostasie acido-basique
La plupart des processus métaboliques ont une plage spécifique et étroite de pH là où le fonctionnement est possible, de multiples systèmes de régulation sont en place pour maintenir l’homéostasie. Les fluctuations du pH de fonctionnement optimal peuvent ralentir ou altérer les réactions et éventuellement endommager les structures cellulaires ou les protéines. Pour maintenir l’homéostasie, l’organisme peut excréter l’excès d’acide ou de base dans l’urine, par échange gazeux dans les poumons, ou l’amortir dans le sang. Le système tampon de bicarbonate du plasma sanguin maintient efficacement un pH stable et aide à maintenir le pH extracellulaire autour de 7,35. Les reins sont responsables de la majorité de la régulation acido-basique, mais peuvent excréter de l’urine à un pH non inférieur à 5. Cela signifie qu’une canette de 330 ml de cola, par exemple, dont le pH se situe habituellement entre 2,8 et 3,2, devrait être diluée 100 fois avant d’être excrétée. Au lieu de produire 33 litres d’urine à partir d’une canette de cola, l’organisme compte sur un tampon pour neutraliser l’acide. L’acidose systémique peut être le résultat de plusieurs facteurs, et pas seulement de l’alimentation. L’exercice anaérobie, le diabète, le sida, le vieillissement, la ménopause, l’inflammation, les infections, les tumeurs et autres blessures et fractures contribuent tous à l’acidose. Le pH moyen du sang est de 7,40, mais le liquide interstitiel peut varier. Le pH interstitiel de la peau, par exemple, est ~7,1. Il n’y a pas de données disponibles pour les os.
Homocystéine
L’homocystéine, un acide aminé non protéique et analogue à la cystine, un acide aminé protéique, a des effets négatifs sur la santé des os. Des concentrations plus élevées d’homocystéine sont probablement le résultat de carences en folate et en vitamine B12 B6. De plus, on a constaté que la concentration d’homocystéine était significativement affectée par l’activité physique. La stimulation du squelette par l’activité physique favorise un remodelage osseux positif et diminue les niveaux d’homocystéine, indépendamment de l’apport nutritionnel. Quatre méthodes ont été proposées concernant l’interaction de l’homocystéine et de l’os : augmentation de l’activité des ostéoclastes, diminution de l’activité des ostéoblastes, diminution du débit sanguin osseux et action directe de l’homocystéine sur la matrice osseuse. L’homocystéine inhibe la lysyl oxydase, responsable des modifications post-traductionnelles du collagène, un composant clé de la structure osseuse.
Cellules ostéoclastes
Les ostéoclastes sont situés à la surface des os et forment des fosses de résorption en excrétant du H+ à la surface de l’os, éliminant l’hydroxyapatite, de multiples minéraux osseux et des composants organiques : collagène et dentine. Le but de la résorption osseuse est de libérer du calcium dans la circulation sanguine pour divers processus de vie. Ces cavités de résorption sont visibles au microscope électronique et des traînées distinctives sont formées par résorption prolongée. Les ostéoclastes se sont révélés « absolument dépendants de l’acidification extracellulaire ». Une baisse du pH de <0,1 unité peut provoquer une augmentation de 100% de l’activité des cellules ostéoclastiques, cet effet persiste en cas d’acidose prolongée sans désensibilisation, « amplifiant ainsi les effets des différences de pH modestes ». Les cellules ostéoclastiques montrent peu ou pas d’activité à un pH de 7,4 et sont plus actives à un pH de 6,8, mais peuvent être stimulées par d’autres facteurs comme l’hormone parathyroïdienne.
Cellules ostéoblastes
Cellules ostéoblastes
Les ostéoblastes sont responsables de la minéralisation et de la construction de la matrice osseuse. Comme les cellules ostéoclastiques, l’activité des cellules ostéoblastiques est directement liée au pH extracellulaire qui reflète l’activité des ostéoclastes. Au pH 7,4, où les ostéoclastes sont inactifs, les ostéoblastes sont à leur activité maximale. De même, à pH 6,9, l’activité ostéoblastique est inexistante. L’hormone œstrogène est également importante pour la régulation des ostéoblastes. Chez les femmes ménopausées, les taux d’œstrogènes diminuent, ce qui a des effets négatifs sur le remodelage osseux. L’homocystéine aggrave encore ce problème en réduisant la transcription de l’ARNm du récepteur d’œstrogène α Réduisant ainsi tout effet bénéfique que l’œstrogène joue sur le remodelage osseux.
Équilibre osseux
L’acidose inhibe la minéralisation de la matrice ostéoblastique osseuse avec un effet réciproque sur l’activation des ostéoclastes. Les réponses combinées de ces cellules à l’acidose maximisent la disponibilité des ions hydroxyles en solution qui peuvent être utilisés pour tamponner les protons. L’utilisation de l’os pour amortir même un faible pourcentage de la production quotidienne d’acide peut entraîner une perte importante de la masse osseuse au cours d’une décennie. De plus, à mesure que le corps vieillit, la fonction rénale diminue régulièrement. L’acidose métabolique peut s’aggraver à mesure que la fonction rénale s’affaiblit, et l’organisme dépend davantage des os et du sang pour maintenir l’homéostasie acido-basique.
Alimentation
Il n’existe aucun aliment ou nutriment capable à lui seul d’assurer une bonne santé osseuse. Au lieu de cela, une alimentation équilibrée suffisante en fruits et légumes pour leurs vitamines, minéraux et substrats alcalinisants est considérée comme étant la plus bénéfique. Les régimes riches en protéines fournissent de plus grandes quantités d’acides aminés qui pourraient être dégradés en composés acides. Une consommation de protéines supérieure à l’apport nutritionnel recommandé est également reconnue comme étant bénéfique pour l’utilisation du calcium. Dans l’ensemble, il est entendu que les régimes riches en protéines ont un avantage net pour la santé des os, car les changements dans les concentrations d’IGF-I et de PTH l’emportent sur les effets négatifs de la production d’acide métabolique. La source de protéines, végétales ou animales, n’a pas d’importance en termes d’acide produit par le métabolisme des acides aminés. Toute différence dans la teneur en méthionine et en cystéine n’est pas significative pour affecter la charge potentielle globale en acide rénal (PRAL) de l’aliment. En plus de leur teneur en protéines précurseurs acides, les plantes contiennent également des quantités importantes de précurseurs basiques. Le bicarbonate de potassium, un sel basique, est produit par le métabolisme d’autres sels organiques de potassium : citrate, malate et gluconate, qui sont importants dans les plantes. L’écart observé dans le PRAL s’explique par des différences dans la teneur en précurseurs de base.
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