Protéines de lactosérum pour lutter contre la sarcopénie

Avec le vieillissement de la population, il devient de plus en plus important de prévenir l’apparition des troubles liés à l’âge. La sarcopénie compte parmi les troubles les plus fréquents. Cette affection, caractérisée par une perte progressive de la force et de la masse musculaire squelettique, (Burton and Sumukadas) touche 5 à 10 % des plus de 65 ans (Morley et al). Il est donc particulièrement important de définir des apports en protéines adaptés (en qualité et en quantité) pour les personnes âgées.

  • Avec l’âge, la consommation de protéines décline en raison de plusieurs facteurs. Plus d’un tiers des personnes âgées ne respectent pas les apports nutritionnels conseillés (ANC) en protéines.
  • Les protéines de lactosérum sont considérées comme ayant la plus grande valeur nutritionnelle. Comment cela s’explique-t-il ? La caséine a-t-elle un impact comparable sur la synthèse protéique ?
  • L’exercice physique a-t-il une influence sur les effets de la supplémentation en protéines ?
  • La supplémentation de l’alimentation des personnes âgées doit tenir compte de divers facteurs pratiques…

Besoins et apports en protéines : maintenir un bon équilibre

De plus en plus d’éléments prouvent qu’une consommation de protéines supérieure aux ANC permettrait aux personnes âgées de mieux conserver leur masse maigre (Bauer et al).

La quantité de protéines dans un tissu est directement liée à l’équilibre entre la synthèse et la dégradation des protéines. Les effets des apports nutritionnels déclinent avec l’âge et ne permettent plus de compenser la perte de protéines induite par les périodes de jeûne. En outre, à concentration post-prandiale identique, les acides aminés perdent leur effet régulateur sur la synthèse protéique et la protéolyse musculaire.

Un apport nutritionnel inadapté ou une réponse dégradée aux nutriments et aux hormones peuvent entraîner une anomalie de l’anabolisme des protéines musculaires.

Tout comme la pratique d’une activité physique, les acides aminés et les protéines alimentaires jouent un rôle très important dans le maintien de la masse musculaire (Dardevet).

Les apports journaliers recommandés actuels en protéines alimentaires ont été calculés à partir d’études menées sur le bilan azoté et s’élèvent à 0,8 g/kg/jour pour les hommes et les femmes adultes sains. Pourtant, le bilan azoté peut tout de même devenir négatif chez les personnes âgées qui respectent ces ANC. Elles doivent donc consommer davantage de protéines pour conserver leur masse musculaire (Burton and Sumukadas).

En 2007, l’Agence française de sécurité sanitaire des aliments recommandait un apport en protéines de 1,0 à 1,2 g/kg pour les personnes âgées (AFSSA, 2007). Pourtant, en 2012, l’Autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA, 2012) a défini des apports de référence de 0,83 g/kg par jour aussi bien pour les personnes âgées que pour la population adulte générale. Par ailleurs, plus de 40 % des plus de 70 ans ne respectent pas les ANC de 0,8 g/kg (Burton and Sumukadas).

En 2013, J. Bauer et ses collègues ont remarqué que l’utilisation des protéines chez les personnes âgées est influencée par trois facteurs :

  • un apport inadapté en protéines ;
  • la réduction de la capacité à utiliser les protéines disponibles ;
  • un besoin croissant en protéines.

Chez les personnes âgées, une augmentation significative de la quantité d’acides aminés dans le plasma est nécessaire pour stimuler la synthèse des protéines musculaires et inhiber la protéolyse.

Bien qu’aucun lien de cause à effet ne puisse être établi, les données de l’étude « Health, Aging and Body Composition Study » (Health ABC, étude sur la santé, le vieillissement et la composition corporelle) indiquent qu’il existe un lien étroit entre l’augmentation des apports en protéines et le maintien de la masse musculaire chez les personnes âgées (Bauer et al).

 De toutes les protéines alimentaires, les protéines de lactosérum sont considérées comme ayant la plus grande valeur nutritionnelle. Elles contiennent tous les acides aminés nécessaires aux humains et sont riches en acides aminés ramifiés, qui fournissent de l’énergie pendant les périodes d’exercice prolongées et participent à la prévention de la fonte musculaire (Gupta et al.).

Comment expliquer les effets des protéines laitières ?

La synthèse post-prandiale des protéines musculaires dépend de la quantité et du type de protéines ingérées.

Comparaison lactosérum/caséine

  • Effets de la digestibilité des protéines

Toutes les protéines alimentaires natives, par exemple les protéines de lactosérum et la caséine, ne sont pas digérées à la même vitesse. Les protéines de lactosérum sont digérées facilement et présentent une biodisponibilité totale (Gupta et al.). Suite à leur ingestion, des acides aminés alimentaires apparaissent rapidement et en concentration élevée dans le plasma, alors que cette concentration reste modérée dans le cas de la caséine (Pennings et al). Des études menées sur des volontaires âgés sains ont permis de montrer que les protéines de lactosérum stimulent la synthèse protéique après les repas, là où la caséine reste quasiment inefficace. Ces différences pourraient donc modifier la réponse du métabolisme protéique, en particulier chez le sujet âgé (Dardevet).

En 2007, Rieu et al. ont démontré que les protéines de lactosérum s’avéraient plus efficaces que la caséine pour restaurer les effets des repas sur la synthèse des protéines musculaires chez des rats vieillissants. Ces résultats ont permis de conclure que les protéines alimentaires à digestion rapide pouvaient servir de base à une stratégie nutritionnelle adaptée aux personnes âgées, visant à réduire ou ralentir le développement de la sarcopénie.

Les protéines à « digestion rapide » ne sont pas toutes efficaces et leurs compositions en acides aminés diffèrent. Il semblerait donc que l’effet stimulant de ce type de protéines sur la synthèse protéique chez les personnes âgées ne soit pas dû à la vitesse de digestion globale, mais plutôt à la cinétique d’apparition des acides aminés (Dardevet).

  • Profil des acides aminés

Il reste à découvrir si les propriétés anaboliques supérieures du lactosérum par rapport à celles de la caséine sont dues à une cinétique d’absorption et de digestion plus rapide ou à leurs différences de composition en acides aminés.

En effet, le profil des acides aminés du lactosérum et de la caséine sont différents. Ils contiennent tous deux les acides aminés nécessaires à la stimulation de la synthèse des protéines musculaires (Volpi et al 2003). Toutefois, le lactosérum possède un taux de leucine plus important.

En 2011, Pennings et al. (2011) ont mené une étude visant à comparer la cinétique d’absorption et de digestion des protéines, ainsi que l’accumulation post-prandiale de protéines musculaires suite à l’ingestion de lactosérum, de caséine et d’hydrolysat de caséine chez des personnes âgées saines (Pennings et al). Cette étude a permis de démontrer que les protéines de lactosérum stimulent plus efficacement l’accumulation post-prandiale de protéines musculaires que la caséine ou l’hydrolysat de caséine chez les hommes âgés. Cette stimulation pourrait s’expliquer par la cinétique d’absorption et de digestion plus rapide et le taux supérieur en leucine du lactosérum.

Afin de découvrir l’origine de la supériorité des propriétés anaboliques du lactosérum par rapport à celles de la caséine, Pennings et ses collègues ont décidé d’hydrolyser une partie de la caséine pour obtenir un hydrolysat de caséine. En effet, l’hydrolysat conserve la composition en acides aminés de la caséine, tout en présentant une cinétique d’absorption et de digestion comparable à celle des protéines de lactosérum. Cette expérience a permis de démontrer que le lactosérum et l’hydrolysat de caséine induisent des taux de phénylalanine dérivée de protéines alimentaires similaires et que ces quantités sont supérieures à celles observées après un apport en caséine.

Néanmoins, le lactosérum induit une disponibilité plasmatique en phénylalanine alimentaire plus élevée que l’hydrolysat de caséine au cours de la période post-prandiale de 6 h.

Cette observation suggère que la disponibilité des acides aminés alimentaires est plus importante après l’ingestion de lactosérum qu’après l’ingestion de caséine ou d’hydrolysat de caséine.

Informations sur les protéines de lactosérum

  • Les effets des protéines de lactosérum sont-ils dus uniquement à leur composition en acides aminés ?

En 2006, une étude a été menée afin de déterminer les effets de deux mélanges d’acides aminés essentiels sur le métabolisme protéique des muscles squelettiques chez des sujets jeunes et âgés. Pour cela, deux mélanges différents ont été utilisés, basés sur la distribution des acides aminés essentiels dans les protéines de lactosérum (le premier comportant environ 26 % de leucine et le deuxième environ 41 %).

Chez les personnes âgées, le mélange enrichi en leucine a amélioré la synthèse post-prandiale des protéines musculaires et a entraîné une accumulation post-prandiale de protéines musculaires permettant de compenser la faible réponse induite par le mélange de protéines de lactosérum. En revanche, chez les sujets jeunes, les deux mélanges ont stimulé les protéines musculaires. Chez ces sujets, une dose supplémentaire de leucine n’a entraîné aucun avantage particulier (Katsanos et al 2006). Cette étude confirme que la stimulation de la synthèse des protéines musculaires est identique chez les sujets jeunes et âgés lorsqu’ils ingèrent une quantité importante d’acides aminés essentiels, mais que la synthèse des protéines musculaires est réduite chez les personnes âgées lorsque la quantité ingérée est faible.

En 2006, Paddon-Jones et ses collègues ont démontré que chez les sujets âgés, le bilan en protéines musculaires suite à l’ingestion de 15 g d’acides aminés essentiels est plus de deux fois supérieur à celui observé après l’ingestion de 15 g de protéines de lactosérum (Paddon-Jones et al 2006). Forts de ce constat, en 2008, Katsanos et ses collègues ont souhaité vérifier si l’ingestion des acides aminés essentiels contenus dans les protéines de lactosérum (environ 7 g pour 15 g de protéines de lactosérum) seuls avait un impact positif similaire à celui de l’ingestion des 15 g de protéines de lactosérum sur l’accumulation de protéines dans les muscles des personnes âgées. Ils ont décidé de quantifier cette accumulation après l’ingestion de 15 g de protéines de lactosérum, puis de la comparer à celle induite par l’ingestion d’un mélange des acides aminés essentiels et des acides aminés non essentiels contenus dans 15 g de protéines de lactosérum. Ils partaient de l’hypothèse que l’ingestion de protéines de lactosérum améliorerait l’accumulation de protéines musculaires et que cette amélioration serait similaire à celle observée après l’ingestion du mélange d’acides aminés essentiels, sans impact des acides aminés non essentiels.

Les résultats de l’expérience ont démontré que les protéines de lactosérum ont un effet anabolique plus important chez les personnes âgées que leurs acides aminés essentiels seuls. L’amélioration de l’accumulation de protéines musculaires est donc due à des mécanismes autres que ceux liés à la composition en acides aminés essentiels des protéines de lactosérum.

De plus, les auteurs de cette étude ont remarqué que les personnes âgées ingérant 15 g d’acides aminés essentiels présentaient une accumulation de protéines musculaires identique à celle observée chez les jeunes individus. Ce dosage permettrait donc de remédier à la baisse d’efficacité observée chez les personnes âgées, potentiellement liée à la disponibilité de la leucine dans le plasma.

Ces résultats complètent des découvertes précédentes concernant les personnes âgées (Katsanos et al 2006) et montrent une fois de plus que l’accumulation de protéines musculaires est plus importante après l’ingestion de 15 g de protéines de lactosérum qu’après l’ingestion de la quantité correspondante de leurs acides aminés essentiels seuls (environ 7 g). Ils montrent également que ces acides aminés essentiels ne suffisent pas à expliquer les propriétés anaboliques du lactosérum.

Informations sur la leucine

Les effets des protéines de lactosérum sont souvent attribués à la leucine qu’elles contiennent.

La perte des effets anaboliques post-prandiaux observée chez les personnes âgées peut s’expliquer en partie par une perte de sensibilité à la leucine du métabolisme protéique. Selon une hypothèse, une augmentation importante de la leucinémie au moment du repas chez les personnes âgées pourrait neutraliser cette diminution de sensibilité du muscle squelettique et améliorer la régulation du métabolisme protéique post-prandial (Dardevet, 2013). En 2006, plusieurs études ont démontré qu’une hausse spécifique de la leucinémie, sans augmentation des autres acides aminés au cours de la phase post-prandiale, pouvait entraîner une augmentation de près de 60 % de la stimulation de la synthèse des protéines musculaires.

Toutefois, même si la leucine améliore la récupération musculaire après le retrait d’un plâtre, par exemple, elle ne permet pas au muscle de retrouver son état initial. La masse musculaire perdue n’est pas retrouvée, aggravant ainsi le syndrome de sarcopénie. Il est cependant possible d’observer une récupération partielle en apportant des protéines laitières solubles riches en leucine ou en adoptant un régime riche en protéines au cours de la période de récupération (Dardevet 2013, (Magne et al)).

  •  Effet dose-dépendant des protéines de lactosérum

Pennings et al. (2012) ont démontré que l’ingestion de protéines de lactosérum chez les hommes âgés sains augmentait l’absorption et la digestion des protéines alimentaires, avec une valeur pic enregistrée suite à l’ingestion de la plus forte dose de protéines de lactosérum (35 g). Chez ces mêmes sujets, l’ingestion de 35 g de protéines de lactosérum a entraîné une plus grande absorption des acides aminés, ainsi qu’une meilleure stimulation de novo de la synthèse des protéines musculaires que l’ingestion de 10 ou 20 g de protéines de lactosérum.

Informations sur les effets de la supplémentation en protéines après l’exercice physique

La sarcopénie est associée à une dégradation des capacités fonctionnelles. Les exercices contre résistance représentent une stratégie efficace pour augmenter la masse musculaire squelettique et améliorer les performances fonctionnelles chez les personnes âgées (Verdijk et al 2009).

La résistance de la synthèse des protéines musculaires aux apports en protéines alimentaires est considérée comme l’un des principaux facteurs de la perte de masse musculaire liée à l’âge. Cette perte peut également s’expliquer par l’atténuation de la synthèse des protéines myofibrillaires après les exercices contre résistance chez les personnes âgées. Elle peut toutefois être compensée grâce à un apport en acides aminés alimentaires (Burd et al).

L’exercice physique stimule la synthèse des protéines musculaires, mais elle accélère également leur dégradation. Même s’il est possible d’atténuer cette dégradation en ingérant des glucides (Miller et al 2003), l’apport de protéines alimentaires est primordial pour maintenir un bilan protéique musculaire positif.

Des études confirment déjà la supériorité des protéines de lactosérum sur le soja et la caséine au repos chez les sujets jeunes et âgés. Mais les protéines de lactosérum sont-elles toujours aussi efficaces après les exercices contre résistance chez les personnes âgées ?

C’est la question à laquelle Burd et ses collègues ont tenté de répondre. Leur objectif était d’évaluer l’impact de la consommation de caséine micellaire isolée pure ou d’isolat de protéines de lactosérum pur sur les taux de synthèse des protéines myofibrillaires, aussi bien au repos qu’après des exercices contre résistance chez les hommes âgés.

Leurs tests ont démontré que le taux de synthèse des protéines myofibrillaires après l’exercice chez les volontaires qui avaient ingéré des protéines de lactosérum était environ 60 % supérieur à celui des sujets qui avaient ingéré de la caséine micellaire.

Burd et al. (2011) ont également démontré que l’ingestion de protéines de lactosérum stimulait davantage le taux de synthèse des protéines myofibrillaires que l’ingestion de caséine micellaire en quantité similaire chez les hommes âgés sains, et ce aussi bien au repos qu’après des exercices contre résistance.

Toutefois, leurs résultats contredisent ceux de Dideriksen et al. (2011) obtenus auprès d’hommes et de femmes âgés, qui indiquent que l’ingestion de protéines de lactosérum donne les mêmes résultats que l’ingestion de caséinate de calcium laitier sur la synthèse des protéines myofibrillaires. Cette contradiction peut s’expliquer par des différences de méthodologie, mais dépend aussi probablement des différences entre la cinétique d’absorption de la caséine micellaire et celle du caséinate de calcium ((Burd et al), (Dideriksen et al)).

Plus récemment, en 2012, Yang et ses collègues ont mis en évidence que contrairement à ceux des jeunes adultes, les muscles des personnes âgées soumis à des exercices répondaient à des doses supérieures à 20 g de protéines de lactosérum (Yang et al., 2012).

En 2009, une étude de Verdijk et ses collègues a avancé que chez les hommes âgés en bonne santé et consommant régulièrement des quantités appropriées de protéines alimentaires (selon les évaluations des apports nutritionnels), une supplémentation programmée en protéines à base d’hydrolysat de caséine immédiatement avant et après des exercices contre résistance ne favorisait pas l’augmentation de la force et de la masse musculaires.

Les protéines laitières dans l’alimentation des personnes âgées

Il ne faut pas perdre de vue que les aliments consommés par les personnes âgées doivent avant tout être bons !

De nombreuses personnes perdent l’appétit en vieillissant. Des suppléments en pilules ou en comprimés pour respecter les apports journaliers recommandés d’un nutriment peuvent ainsi s’avérer rebutants pour les personnes âgées.

L’une des meilleures solutions pour inciter ces individus à respecter les apports en protéines adéquats consiste à incorporer des concentrés de protéines laitières (MPC) et des isolats de protéines laitières (MPI) dans leur régime alimentaire. En effet, les MPC tels que ceux présents dans le lait écrémé associent des protéines à action lente, telles que la caséine, et des protéines à action rapide, comme le lactosérum. Ils conviennent donc parfaitement à une large gamme de produits nutritionnels (Agarwal et al).

Les MPC contiennent autant de caséine et de protéines de lactosérum que le lait. Ils contiennent également davantage de protéines, mais moins de lactose que le lait écrémé ou le lait entier en poudre (Agarwal et al).

Les MPC sont considérés comme des ingrédients idéaux pour différentes raisons. Tout d’abord, ils peuvent être utilisés dans une grande variété de produits en raison de leur concentration en protéines, mais aussi de leur fonctionnalité et de leur goût (Agarwal et al).

Sur le plan nutritionnel, les MPC riches en protéines peuvent permettre d’améliorer la teneur en protéines des aliments et boissons, tout en leur donnant un bon goût de lait, sans ajout important de lactose.

Il est également important de tenir compte du fait que les personnes âgées peuvent souffrir de problèmes masticatoires. Dans ce cas, la supplémentation en protéines sous la forme d’une matrice liquide plutôt que sous la forme de viande ou de poisson (nourriture solide riche en protéines) peut constituer une solution. Les protéines laitières représentent donc une option intéressante. Toutefois, les traitements appliqués à ces protéines peuvent altérer leur digestibilité et, par conséquent, atténuer leurs avantages potentiels. Il est donc difficile pour les producteurs de créer des protéines laitières à la fois bonnes sur le plan gustatif et de qualité.

 

Références

Agence Française de Sécurité Sanitaire des Aliments (AFSSA, 2007), Apports en protéines : consommation, qualité, besoins et recommandations

Agarwal S, Beausire RL, Patel S, Patel H Innovative uses of milk protein concentrates in product development. J Food Sci 80 Suppl 1: A23-29.

Bauer J, Biolo G, Cederholm T, Cesari M, Cruz-Jentoft AJ, Morley JE et al Evidence-based recommendations for optimal dietary protein intake in older people: a position paper from the PROT-AGE Study Group. J Am Med Dir Assoc 14: 542-559.

Burd NA, Yang Y, Moore DR, Tang JE, Tarnopolsky MA, Phillips SM Greater stimulation of myofibrillar protein synthesis with ingestion of whey protein isolate v. micellar casein at rest and after resistance exercise in elderly men. Br J Nutr 108: 958-962.

Burton LA, Sumukadas D Optimal management of sarcopenia. Clin Interv Aging 5: 217-228.

Dideriksen KJ, Reitelseder S, Petersen SG, Hjort M, Helmark IC, Kjaer M et al Stimulation of muscle protein synthesis by whey and caseinate ingestion after resistance exercise in elderly individuals. Scand J Med Sci Sports 21: e372-383.

EFSA – Scientific Opinion on Dietary Reference Values for protein, EFSA NDA Panel on Dietetic Products, Nutrition and Allergies (NDA) – EFSA Journal 2012;10(2):2557[66 pp.]. doi:10.2903/j.efsa.2012.2557.

Gupta C, Prakash D, Nutraceuticals for geriatrics. Journal of Traditional and Complementary Medicine 5 (2015) 5-14.

Katsanos CS, Kobayashi H, Sheffield-Moore M, Aarsland A, Wolfe RR (2006). A high proportion of leucine is required for optimal stimulation of the rate of muscle protein synthesis by essential amino acids in the elderly. Am J Physiol Endocrinol Metab 291: E381-387.

Magne H, Savary-Auzeloux I, Migne C, Peyron MA, Combaret L, Remond D et al Contrarily to whey and high protein diets, dietary free leucine supplementation cannot reverse the lack of recovery of muscle mass after prolonged immobilization during ageing. J Physiol 590: 2035-2049.

Miller SL, Tipton KD, Chinkes DL, Wolf SE, Wolfe RR (2003). Independent and combined effects of amino acids and glucose after resistance exercise. Med Sci Sports Exerc 35: 449-455.

Morley JE, Anker SD, von Haehling S Prevalence, incidence, and clinical impact of sarcopenia: facts, numbers, and epidemiology-update 2014. J Cachexia Sarcopenia Muscle 5: 253-259.

Paddon-Jones D, Sheffield-Moore M, Katsanos CS, Zhang XJ, Wolfe RR (2006). Differential stimulation of muscle protein synthesis in elderly humans following isocaloric ingestion of amino acids or whey protein. Exp Gerontol 41: 215-219.

Pennings B, Boirie Y, Senden JM, Gijsen AP, Kuipers H, van Loon LJ Whey protein stimulates postprandial muscle protein accretion more effectively than do casein and casein hydrolysate in older men. Am J Clin Nutr 93: 997-1005.

Verdijk LB, Jonkers RA, Gleeson BG, Beelen M, Meijer K, Savelberg HH et al (2009). Protein supplementation before and after exercise does not further augment skeletal muscle hypertrophy after resistance training in elderly men. Am J Clin Nutr 89: 608-616.

Volpi E, Kobayashi H, Sheffield-Moore M, Mittendorfer B, Wolfe RR (2003). Essential amino acids are primarily responsible for the amino acid stimulation of muscle protein anabolism in healthy elderly adults. Am J Clin Nutr 78: 250-258.