Introduction
Les minéraux font partie intégrante d’un régime alimentaire complet des animaux. Les minéraux sont des éléments inorganiques qui se trouvent dans tous les tissus et fluides corporels. Même s’ils ne donnent pas d’énergie, ils ont des rôles vitaux dans de nombreuses activités dans le corps . Ces composés sont nécessaires au maintien de certains processus physico-chimiques qui sont essentiels à la vie car ils sont des constituants chimiques utilisés par le corps de plusieurs façons., Toute forme de matière vivante nécessite ces éléments inorganiques ou minéraux pour leurs processus de vie normaux .
La valeur des micro-minéraux dans la nutrition humaine, animale et végétale a été bien reconnue . Les carences ou les perturbations dans la nutrition d’un animal provoquent une variété de maladies et peuvent survenir de plusieurs façons. Le fer est l’élément le plus abondant sur terre, mais seuls les oligo-éléments sont présents dans les cellules vivantes. Le fer est essentiel à toutes les cellules du corps humain. Le fer est un micro-minéral qui a un certain nombre de fonctions clés., C’est une partie importante de l’hémoglobine dans les globules rouges; car il transporte l’oxygène des poumons vers toutes les parties du corps et facilite l’utilisation et le stockage de l’oxygène dans les muscles. De plus, chaque cellule du corps a besoin de fer pour produire de l’énergie .
Près d’un quart de la population mondiale est touchée par l’anémie, dont le déficit en fer est la principale cause . Sa déficience est liée à une capacité de travail physique altérée, à une humeur et à une fonction cognitive réduites et à de mauvais résultats liés à la grossesse ., La condition de fer d’un individu tombe sur une gamme (allant des réserves de fer pleines à épuisées), une carence en fer et une anémie ferriprive. Par conséquent, les personnes souffrant d’une carence en fer courent un risque accru de développer une anémie ferriprive . En dépit des progrès dans les soins de santé, la carence en fer reste une crainte majeure pour la santé publique dans les pays développés et en développement, les adolescentes étant principalement sensibles., Dans les pays industrialisés, la carence en fer devrait être facilement identifiée et traitée, et pourtant elle est souvent négligée par les médecins ou non reconnue par les femmes comme une préoccupation . Ainsi, même dans ces pays, la prévention et le traitement de la carence en fer dans des approches innovantes sont nécessaires .
Les apports nutritionnels recommandés d’une personne pour satisfaire à l’exigence définie varient, entre autres facteurs, selon le critère utilisé pour définir la suffisance nutritionnelle ., Pour que de nombreux nutriments soutiennent scientifiquement la définition des besoins nutritionnels à travers les tranches d’âge, le sexe et les états physiologiques, la base d’information est limitée. L’utilisation de l’équilibre nutritif pour définir les besoins a été évitée dans la mesure du possible, car il est maintenant généralement reconnu que l’équilibre peut être atteint sur une large gamme d’apports nutritionnels. Cependant, les niveaux d’exigence définis à l’aide du bilan nutritif ont été utilisés si aucune autre donnée appropriée n’est disponible., L’exigence alimentaire pour un micronutriment est définie comme un niveau d’apport qui répond à des critères spécifiés d’adéquation, minimisant ainsi le risque de déficit ou d’excès de nutriments. Des mesures des réserves d’éléments nutritifs ou des pools de tissus critiques peuvent également être utilisées pour déterminer l’adéquation des éléments nutritifs. Les tests fonctionnels sont actuellement les indices les plus pertinents des conditions subcliniques liées aux apports en vitamines et minéraux. L’anémie, marqueur déterminant de la carence alimentaire en fer, peut également résulter, entre autres, de carences en folate, en vitamine B12 ou en cuivre .,
Les facteurs d’inhibition et d’amélioration alimentaires individuels exercent une influence profonde sur l’absorption du fer . Les composés polyphénols sont largement présents dans l’alimentation humaine en tant que composants des fruits, des légumes, des épices, des légumineuses et des céréales, et ils sont particulièrement riches en thé, café, vin rouge, cacao et les différents tisanes. L’effet inhibiteur puissant de l’acide phytique sur l’absorption du non-thème-fer est bien connu ., Les composés polyphénoliques tels que les acides chlorogéniques, les flavonoïdes monomères et les produits de polymérisation de polyphénols largement présents dans le café et le thé inhibent également fortement l’absorption alimentaire du nonhème-fer . Les effets de l’acide ascorbique (AA) sur l’amélioration spectaculaire de l’absorption du fer ont toujours été observés . Le fer hémique présent dans les aliments pour animaux est également une source importante de fer en raison de sa biodisponibilité élevée. En outre, de nombreuses études ont suggéré que l’effet d’amélioration du tissu musculaire sur l’absorption du fer est dû aux peptides contenant de la cystéine .,
La biochimie du métabolisme du fer dans le système digestif humain
Chimie et physiologie du fer
Le fer se trouve sur le 26ème élément du tableau périodique et a un poids moléculaire de 55,85. Il a deux états aqueux ordinaires d’oxydation à savoir ferreux (Fe2+) et ferrique (Fe3+). Ces états permettent au fer de participer à des réactions d’oxydation/réduction qui sont cruciales pour le métabolisme énergétique en acceptant ou en donnant des électrons. D’autre part, cette propriété permet également au fer libre de catalyser des réactions oxydatives, entraînant des radicaux libres réactifs et dommageables., Par conséquent, le fer corporel devait être lié chimiquement pour aider le rôle physiologique approprié, le transport et le stockage, avec une possibilité minimale pour le fer ionique libre de catalyser des réactions oxydatives nocives .
La majorité du fer du corps fonctionne dans les complexes de protéines héminiques qui transportent l’oxygène sous forme d’hémoglobine et de myoglobine. Environ les deux tiers du fer du corps sont dans l’hémoglobine, une structure de 68 000 MW contenant quatre sous – unités d’hème, un anneau de protoporphyrine avec du fer au centre et quatre chaînes polypeptidiques (deux chaînes chacune de α-et β-globine)., Pour le transport par l’hémoglobine, l’oxygène se lie directement à l’atome de fer, stabilisé dans un état d’oxydation Fe2+ entouré par le cycle de protoporphyrine et les résidus d’histidine. Le fer de l’hémoglobine se lie facilement et libère de l’oxygène, circulant dans les érythrocytes sanguins. La myoglobine, constituée d’une seule molécule d’hème et de globine, permet le transfert d’oxygène des érythrocytes vers les mitochondries cellulaires dans le cytoplasme musculaire . Des quantités moindres de fer dans la forme hémique fonctionnent dans les cytochromes mitrochondriaux impliqués dans le transfert d’électrons, l’utilisation de l’oxygène et la production d’ATP., Une petite fraction du fer corporel fonctionne dans des peroxydases d’hydrogène contenant de l’hème telles que la catalase qui protègent contre l’accumulation excessive de peroxyde d’hydrogène en catalysant sa conversion en hydrogène et en oxygène .
En outre, le fer a également des fonctions dans les protéines non héminiques qui contiennent un complexe fer-soufre (une structure cubique de quatre atomes de fer et quatre atomes de soufre). C’est la principale forme de fer dans les mitochondries qui fonctionne dans les enzymes du métabolisme énergétique telles que l’aconitase, la NADH déshydrogénase et la succinate déshydrogénase., L’aconitase est sensible aux concentrations de fer dans les mitochondries et le cytosol. Lorsque le fer est abondant, l’enzyme aconitase assume la structure cubique fer–soufre complète associée au métabolisme des glucides. Cependant, lorsque les concentrations de fer sont réduites, la protéine perd l’activité de l’aconitase et fonctionne comme une protéine de liaison au fer (IRP). Les IRP interagissent avec les éléments de réponse du fer (IRE) de l’ARNm pour réguler la synthèse des protéines impliquées dans le transport, le stockage et l’utilisation du fer, en réponse aux changements dans les concentrations cellulaires de fer (Figure 1).,
Figure 1: Structure de l’hème montrant les quatre coordonner les liens entre les ions et les quatre bases azotées.
Absorption et métabolisme du fer
Le nouveau-né a un total d’environ 250 mg dans le corps. Le fer corporel total chez un homme adulte est de 3000 à 4000 mg. En revanche, la femme adulte moyenne n’a que 2000-3000 mg de fer dans son corps. Cette différence peut être attribuée à des réserves de fer moindres chez les femmes, à une concentration plus faible d’hémoglobine et à un volume vasculaire plus petit que chez les hommes., Environ les deux tiers sont utilisés comme fer fonctionnel tel que celui de l’hémoglobine (60%), de la myoglobine (5%) et de diverses enzymes hème et non hème (5%). Le reste se trouve en stockage sous forme de ferritine (20%) et d’hémisodérine (10%) .
Le contrôle de l’absorption du fer est sans aucun doute d’une importance capitale en raison de l’absence d’un moyen réglementé d’excrétion du fer. Une fois la nourriture consommée et digérée, le fer alimentaire est principalement absorbé dans le duodénum et le jéjunum proximal., Raisonnablement, le fer hémique est absorbé plus efficacement que le fer non hémique, apparemment par endocytose du complexe fer-protoporphyrine intact au bord de la brosse entérocytaire. Après la digestion, le fer de toutes les sources alimentaires pénètre dans un pool intracellulaire commun à partir duquel, en fonction du statut du fer des individus, il est stocké sous forme de ferritine dans l’entérocyte ou exporté de l’entérocyte via le transporteur de ferroportine du côté basal de la cellule., La ferroportine transporte le fer ferreux qui est immédiatement oxydé en Fe3 + et capté par la transferrine pour être transporté vers les cellules exprimant les récepteurs de la transferrine (Figure 2).
Figure 1: l’absorption du Fer et du métabolisme dans le corps.
État du fer, carence en fer et surcharge en fer
Les nourrissons, les enfants, les adolescents et les femmes en âge de procréer sont souvent affectés par une carence en fer; alors que les hommes adultes en bonne santé sont rarement déficients., La carence est causée par plusieurs facteurs, généralement par une combinaison de besoins accrus (croissance rapide de la population jeune, menstruations et grossesse chez les femmes fertiles) et une absorption insuffisante, qui à son tour peut dépendre d’autres facteurs tels qu’une diminution de l’apport calorique et/ou une plus grande fraction de calories dérivées d’ingrédients alimentaires contenant moins de
Le stade le plus précoce de la carence en fer est caractérisé par une perte de fer de stockage (indiquée par la ferritine) et est appelé épuisement du fer ou carence en fer prélatent., Les concentrations de fer sérique et de transferrine, protéine sérique porteuse de fer, sont normales à ce stade. Lorsque les réserves de fer sont épuisées (ferritine sérique
Les symptômes fréquemment associés à l’anémie ferriprive comprennent palor, faiblesse, fatigue, dyspnée, palpitations, sensibilité au froid, anomalies de la cavité buccale et du tractus gastro-intestinal et capacité de travail réduite . Il semble en outre que même une carence en fer intermédiaire/prélatent peut avoir des conséquences importantes sur la santé qui peuvent être attribuées à des diminutions du fer essentiel du corps et à des limitations de la capacité oxydative des tissus .,
La surcharge en fer est associée à une augmentation du fer non lié aux protéines résultant du dépassement de la capacité physiologique de liaison au fer . Les inconvénients de la surcharge sont par exemple un risque accru d’infection bactérienne et de cardiomyopathie. La surcharge peut résulter d’erreurs innées dans le métabolisme conduisant à une hyper-absorption du fer ou à une synthèse inadéquate des protéines de liaison au fer. La surcharge peut également résulter d’une absorption excessive de fer alimentaire due à diverses causes, y compris l’ingestion chronique de quantités supérieures à suffisantes de fer alimentaire, en particulier de fer hémique., Ces observations concernant la surcharge en fer ont soulevé la question de savoir si la fortification générale des aliments avec du fer inorganique est bénéfique ou non .
Facteurs alimentaires et non alimentaires affectant l’absorption du fer
Les facteurs alimentaires jouent un rôle important dans le développement de la carence en fer, puis de l’anémie ferriprive. L’absorption du fer par les entérocytes intestinaux contrôle l’équilibre du fer, mais il n’existe aucune voie d’excrétion contrôlée du fer. Cela signifie que l’absorption du fer est régulée par des facteurs diététiques et systémiques., Le fer alimentaire est en grande partie du fer non hémique avec environ 5% à 10% sous forme de fer hémique dans les régimes contenant de la viande. Même si le fer hémique constitue une plus petite partie du fer alimentaire, il est hautement biodisponible et 20% à 30% du fer hémique est absorbé. Au contraire, l’absorption du fer non hémique est beaucoup plus variable et significativement affectée par d’autres composants de l’alimentation; avec 1% à 10% de fer non hémique absorbé .
De plus, le fer dans l’environnement et l’alimentation est principalement du fer ferrique (Fe3+) qui est insoluble et donc non biodisponible., Ainsi, avant de pouvoir être absorbé, le fer non hémique doit être réduit du fer ferrique (Fe3+) au fer ferreux (Fe2+) par des agents réducteurs alimentaires, tels que l’acide ascorbique ou par des ferri-réductases endogènes, telles que le cytochrome B duodénal (dcytB) . Le fer ferreux est transporté à travers la membrane apicale du duodénum par le transporteur de métal divalent 1 (DMT1), qui est localisé sur la membrane de bordure de brosse près de dcytB., Comme Wang & Pantopoulos, 2011, l’absorption des ions ferreux par dcytB est entraînée par le co-transport des protons, de sorte qu’un pH acide duodénal facilite l’absorption du fer et est inhibé de manière compétitive par d’autres cations divalents.
l’acide Ascorbique est l’un des plus efficaces activateur d’absorption du fer non hémique. D’autres facteurs alimentaires tels que l’acide citrique et d’autres acides organiques, l’alcool et les carotènes améliorent de même l’absorption du fer non hémique ., De plus, les protéines animales telles que la viande, le poisson et la volaille améliorent l’absorption du fer, mais le composant bioactif du « facteur viande” n’a pas encore été identifié. La viande favorise également l’absorption du fer non hémique en activant la production d’acide gastrique. Inversement, l’absorption du fer non hémique est inhibée par l’acide phytique (hexaphosphate d’inositol et pentaphosphate d’inositol) dans les céréales et les céréales et par les polyphénols dans certains légumes, café, thé et vin. Ces inhibiteurs se sont liés au fer non hémique, de sorte qu’il n’est pas disponible pour l’absorption. Les facteurs alimentaires influençant l’absorption du fer sont décrits dans le tableau 1.,
Facteurs inhibant l’absorption du fer
Source: Hallberg &Hulthen, 2000.,
Facteurs alimentaires inhibant l’absorption du fer
Calcium: Le calcium inhibe à la fois l’absorption du fer non hémique et du fer hémique. Le calcium inhibe l’absorption du fer hémique et du fer non hémique de manière comparable et, par conséquent, il est probable que cette inhibition par le calcium se produise après que le fer hémique soit libéré du cycle porphyrine ., Il a été démontré que le calcium inhibait l’absorption du fer chez le rat et l’homme , et que l’administration de 165 mg de Ca sous forme de lait, de fromage ou de chlorure de calcium réduisait l’absorption du fer de 50 à 60% dans les mesures en un seul repas avec une inhibition maximale d’environ 300 mg de calcium dans le repas. Augmenter encore la quantité de produits laitiers au-dessus d’un taux basal de 300 mg ne semble pas avoir d’autre effet inhibiteur sur l’absorption du fer (Galan et al. 1991). Cependant, il a été démontré que la durée de l’effet inhibiteur du calcium sur l’absorption du fer était inférieure à deux heures ., D’autre part, l’ingestion de 1000 mg de Ca sous forme de carbonate par jour pendant les repas sur une période de douze semaines ne semble pas nuire à leur statut en fer .
Phytate: Pendant la digestion, la molécule de phytate peut être chargée négativement, indiquant un potentiel de liaison d’ions métalliques chargés positivement comme le fer . La conséquence négative du phytate dans le son sur l’absorption du fer a été démontrée pour la première fois par Sharpe et al. (1950), utilisant du pain blanc et du pain au son brun., Cet effet était auparavant supposé être dû à sa teneur élevée en phytate, ce qui a été démontré dans un certain nombre d’études plus récentes . Brune et coll. (1989) ont étudié la probabilité que la consommation à long terme d’un régime riche en phytates contenant du son puisse induire des changements dans l’intestin qui entraîneraient une adaptation aux effets inhibiteurs du phytate sur l’absorption intestinale du fer., Ils ont examiné les végétariens et les non-végétariens et ont constaté qu’aucune adaptation de la bordure de la brosse intestinale à un apport élevé en phytates et ont conclu que les réserves satisfaisantes de fer dans le groupe végétarien étaient dues à une consommation élevée d’acides organiques comme l’acide ascorbique.
Il a été démontré que plusieurs méthodes de préparations de grains de céréales, notamment le trempage, la germination et la fermentation, réduisent complètement la teneur en phytates des céréales et des légumes dans des conditions optimales et pourraient ainsi éliminer leurs effets sur l’absorption du fer., En outre, des effets négatifs du phytate et des fibres sur l’absorption du fer ont été démontrés chez le rat , a constaté une réduction de l’absorption du fer lorsque des pains riches en fibres ont été nourris aux rats. Cependant, l’ampleur de cette inhibition n’était pas liée à la quantité de phosphore phytate ou de fibres alimentaires présentes dans l’alimentation.
Au contraire, les résultats des expériences menées par , ont indiqué une absorption plus élevée de FeSO4 que de la Fe endogène présente dans le pain, à la fois exprimée en mg Fe absorbé et en absorption fractionnée de Fe., En utilisant des mesures de l’équilibre et des radioisotopes à repas unique, elle n’a trouvé aucune différence dans l’absorption de Fe entre trois pains différents avec des teneurs en fibres de 16,1, 38,1 et 72,4 g/kg , mais avec la même concentration de phytate (6,3-6,4 g/kg), a utilisé exactement le même pain dans les mesures de l’équilibre chez l’homme pendant 3 x 24 jours chez 6 sujets et n’a trouvé aucune influence de la concentration en fibres sur les équilibres en fer., Cela indique indirectement que l’effet inhibiteur des fibres sur l’absorption du fer est probablement dû au phytate dans la fraction des fibres et soutient davantage l’étude de Morris et Ellis (1980), qui ont constaté que l’absorption du fer chez les rats était plus élevée à partir du son déphytinisé.
Composés phénoliques: Pendant la digestion, les composés phénoliques de la nourriture ou de la boisson libérés et peuvent former un complexe avec Fe dans la lumière intestinale, ce qui le rend indisponible pour absorption., Presque toutes les boissons ont réduit l’absorption du fer en fonction de la quantité de polyphénols totaux, l’inhibition du thé noir étant la plus élevée à 79-94%. Peu d’études ont révélé qu’une quantité de seulement 20 mg de polyphénols du thé noir par repas réduisait l’absorption du fer jusqu’à 66%, peut-être en raison de la teneur plus élevée en esters galloyl dans le thé noir et probablement parce que le repas de pain simple était dépourvu de tout amplificateur d’absorption du fer pour contrer les polyphénols (Prashanth et al., 2008)., De même , il a été démontré que la consommation de thé noir et de café inhibe fortement l’absorption du fer par les repas composites, le café ayant environ la moitié de l’effet inhibiteur du thé.
De plus, Prashanth et al. (2008) ont rapporté que l’ajout d’une boisson de thé au repas de référence entraînait une réduction spectaculaire de l’absorption du fer dans l’anémie ferriprive (IDA) et les troubles de contrôle., Selon cette étude, l’absorption de fer du repas de référence consommé avec 1 tasse de thé a été diminuée de 59% (P
D’autre part, l’ajout de lait au thé ou au café a eu peu ou pas d’effet sur leur capacité inhibitrice. Gaur et Miller (2015), ont rapporté que les valeurs en pourcentage pour le fer dialysable total, le fer soluble total et le fer soluble., Les résultats ont montré que l’ajout de lait au thé réduisait significativement la concentration de fer dialysable (α
Facteurs alimentaires améliorant l’absorption du fer
Acide ascorbique: L’acide ascorbique semble être le facteur le plus puissant pour améliorer l’absorption du fer, en particulier le fer non hémique dans les études sur un seul repas. Cela a été rapporté par plusieurs auteurs. Il existe deux mécanismes pour cet effet du fer non hème sur l’absorption. Premièrement, il empêche la formation de composés de fer insolubles et liés et deuxièmement réduit le fer ferrique (Fe 3+) en fer ferreux (Fe2+).,
Dans une étude menée par Prashanth et al. (2008), on a montré que lorsque l’acide ascorbique ajouté au repas à un rapport molaire au fer de 2:1, l’acide ascorbique augmentait l’absorption du fer de 291% dans le groupe IDA et de 270% dans le groupe témoin (P
D’autre part, l’effet à long terme de, L’ajout de grandes quantités d’acide ascorbique à l’alimentation quotidienne pendant une période plus longue n’a pas permis dans plusieurs études d’augmenter les taux de ferritine, bien que les mesures d’absorption d’un seul repas utilisant le radio-fer aient indiqué chez les mêmes sujets que l’acide ascorbique améliore l’absorption du fer. Lorsqu’un verre de jus d’orange est inclus dans une viande de petit-déjeuner, l’absorption du fer peut être augmentée 2,5 fois .,
Viande: L’absorption du fer, en particulier du fer hémique, est très peu influencée par les autres composants alimentaires de l’alimentation, à l’exception de la viande qui améliore l’absorption et du calcium qui inhibe l’absorption du fer . La viande augmente également l’absorption du fer non hème . Le mécanisme derrière cet effet d’amélioration de la viande sur l’absorption du fer hémique et non hémique est encore inconnu. Il a cependant été rapporté par Hurrell et coll. (2006) que l’amélioration de l’absorption du fer par la viande est due à de multiples mécanismes impliquant à la fois des effets d’acidité gastrique et une chélation., Dans un premier temps, la viande peut améliorer l’absorption du fer non hème en stimulant la production d’acide gastrique, et favorisant ainsi la solubilisation du fer dans l’estomac. Par la suite, un ou des facteurs de viande peuvent chélater le fer solubilisé dans l’environnement acide(pH inférieur) de l’estomac et ainsi maintenir la solubilité du fer pendant la digestion et l’absorption intestinales. Le poisson et la volaille ont également un effet de renforcement sur l’absorption du fer non heme .
Alcool: L’alcool augmente légèrement l’absorption du fer non hème chez l’homme ., Il a été démontré que les toxicomanes chroniques ont augmenté les concentrations sériques de ferritine et calculé le fer total du corps par rapport aux non-buveurs, bien qu’il soit controversé de savoir si l’alcool affecte le processus d’absorption réel du fer.
Forme du fer provenant de diverses sources alimentaires
La source et la forme chimique du fer alimentaire peuvent affecter de façon marquée sa disponibilité pour l’absorption. Pour la plupart de la population mondiale, les aliments d’origine animale ne sont pas disponibles et le fer de fortification n’est pas encore largement distribué., Dans la catégorie des légumes, le riz, le maïs, le blé et les haricots ont une disponibilité en fer modérée ou médiocre . Il existe deux formes chimiques majeures (Fe2+ Fe3+) de fer dans un régime alimentaire, et chacune est absorbée par un mécanisme différent. L’hème, contenant du fer dans une structure en anneau de porphyrine, se trouve dans l’hémoglobine et la myoglobine et représente près de 40% du fer présent dans les tissus animaux, y compris les poissons et les volailles . Le fer non hème est présent dans les aliments d’origine végétale et représente également les 60% de fer restants dans les tissus animaux., D’autres sources de fer non hème sont des composés ajoutés pour fortifier le régime avec du fer supplémentaire au-dessus de son niveau endogène. Les sources les plus courantes sont les sels de fer solubles ou le fer élémentaire à petites particules. Lorsqu’ils sont pris sans nourriture, les sels ferreux sont mieux absorbés que les formes ferriques . Ceci est probablement lié au fait que le fer ferrique est insoluble en solution aqueuse au-dessus de pH 3, alors que la majorité du fer ferreux reste soluble à pH 8.
Conclusion
le Fer est un élément vital dans le corps. Il est également toxique lorsqu’il est consommé en excès., Par conséquent, son effet dans le corps est comme une épée à deux tranchants. La carence en fer n’entraîne pas toujours une anémie, mais elle peut causer d’autres problèmes de santé tels que la léthargie ou un système immunitaire affaibli. La carence en fer se produit lorsque le régime alimentaire ne comprend pas suffisamment d’aliments riches en fer, s’il y a une perte de sang ou s’il y a un besoin accru de fer pendant l’adolescence et la grossesse. Lorsque le corps ne reçoit pas assez de fer, il ne peut pas produire suffisamment de globules rouges pour transporter suffisamment d’oxygène dans tout le corps. Cette condition d’avoir trop peu de globules rouges est appelée anémie., Pour prévenir ces maladies, un apport adéquat en fer devrait être encouragé.