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II. Aspects nutritionnels / physiologiques des fibres alimentaires

Bases physiologiques de la définition des fibres alimentaires

On a vu que la définition des fibres alimentaires ne s'arrête pas à des considérations structurelles. Elle se base également sur leurs propriétés physiologiques. En effet, si les fibres alimentaires ne présentaient pas des effets physiologiques remarquables, elles n'auraient suscité l'intérêt ni des chercheurs, ni des consommateurs, ni des législateurs, ni des producteurs. L'objectif de la recherche en nutrition éthique est de déterminer ces facteurs nutritionnels qui améliorent et optimisent la qualité de vie en termes d'augmentation de l'espérance de vie et/ou de meilleure santé grâce à l'amélioration du fonctionnement de l'organisme et l'accroissement du bien-être global.

Longtemps avant que les termes de "fibres alimentaires" aient été utilisés pour la première fois, Hippocrate mentionnait déjà l'intérêt qu'il fallait porter à la consistance des aliments et aux traitements qu'ils subissent.

"Pour le corps humain cela fait une grande différence que le pain soit raffiné ou brut ; de blé avec ou sans son enveloppe, qu'il soit mélangé avec beaucoup ou peu d'eau, fortement travaillé ou à peine, cuit ou cru et une multitude de différences du même ordre [...] Celui qui ne prête pas attention à ces choses, ou, y prêtant attention, ne les comprend pas, comment peut-il comprendre les maladies qui affectent un homme ?"



A de nombreuses reprises au cours de l'histoire, des hypothèses ont établi un lien entre une consommation insuffisante de fibres alimentaires et la survenue de constipation, de maladie diverticulaire, de hernie hiatale, d'appendicite, de varices, d'hémorroïdes, de diabète, d'obésité, de maladie cardiovasculaire, de cancer du côlon, de calculs biliaires, d'ulcère duodénal, de cancer du sein et de thrombose. Certaines de ces hypothèses (mais pas toutes) ont été scientifiquement validées. Trois impacts physiologiques caractéristiques d'une consommation insuffisante de fibres alimentaires ont été retrouvés de manière constante dans les résultats de près de 50 ans de recherche. Ces conséquences physiologiques de l'insuffisance d'apport en fibres alimentaires sont la constipation, l'augmentation du risque de maladie cardiovasculaire et l'augmentation des fluctuations de la glycémie et de l'insulinémie. Tandis que de nouvelles preuves s'accumulent relatives aux liens qui sont encore hypothétiques entre fibres alimentaires et santé, le fait d'intégrer les effets physiologiques essentiels des fibres alimentaires dans leur définition est à la fois prudent et nécessaire. Il appartiendra aux scientifiques de mettre à jour cette définition dans le futur, de telle sorte qu'elle reflète l'état d'avancement des connaissances.

Au fur et à mesure qu'augmente notre savoir sur les fibres alimentaires, les possibilités de synthétiser des fibres alimentaires, c'est-à-dire des substances analogues aux glucides, augmentent également. Ces substances analogues aux glucides devront donc démontrer une ou plusieurs des propriétés physiologiques bénéfiques observées au cours des recherches sur les fibres alimentaires.

 

Propriétés des fibres alimentaires :

Solubilité dans l'eau, rétention d'eau, viscosité, fermentescibilité

Les fibres alimentaires peuvent être classifiées en deux groupes majeurs, en fonction de leur solubilité dans l'eau.

- fibres insolubles : cellulose, lignines, une partie des hemicelluloses (= majorité des fibres pariétales)

- fibres solubles : pectines, gommes, mucilages, et le reste des hemicelluloses (ß-glucanes de céréales)

Les fibres insolubles ont un fort pouvoir d'hydratation qui, par l'effet d'encombrement digestif qu'elles produisent, accélèrent le transit intestinal en augmentant le volume fécal.

Les fibres solubles, pour leur part, forment des solutions plus ou moins visqueuses, voire des gels. Elles augmentent le temps nécessaire à la vidange gastrique, favorisent la satiété, séquestrent certains nutriments en les rendant moins disponibles donc moins absorbables, facilitent l'éxonération des matières fécales en améliorant leur hydratation.

La proportion des fibres insolubles est beaucoup plus élevée que celle des fibres solubles.

Les fibres ont donc des propriétés physico-chimiques très variables ; elles sont également plus ou moins fermentescibles.

Qu'elles soient solubles ou insolubles, toutes les fibres ont un pouvoir d'absorption et de rétention d'eau.

 

Accélération du transit intestinal

L'effet laxatif des fibres alimentaires est l'un des aspects très importants observés lorsque la proportion des fibres alimentaires augmente dans l'alimentation. C'est un effet physiologique qui est presque toujours considéré comme certain et qui est clairement un vecteur de bien-être et de sensations positives pour le consommateur. L'inconfort lié à la constipation et la possibilité d'augmenter les risques d'autres troubles liés à la constipation, comme la diverticulose et les hémorroïdes ne doivent pas être minimisés. Les effets nutritionnels positifs incluent l'amélioration des fonctions de l'organisme et l'augmentation globale du bien-être physique. L'amélioration du transit intestinal appartient à ces deux catégories. L'augmentation des fibres alimentaires dans la ration se traduit par une augmentation du volume fécal, un temps de transit réduit de la matière fécale dans le gros intestin, une augmentation de la fréquence des selles, une amélioration de la régularité de la défécation, et une réduction de la dureté des selles. Ces améliorations s'accompagnent typiquement d'un abaissement du pH colique, d'une augmentation des populations de la microflore intestinale, et d'un changement dans la distribution des espèces de cette microflore, tous ces changements étant considérés comme bénéfiques. L'amollissement des selles provoque une atténuation de l'inconfort éprouvé au niveau du côlon et de l'anus au moment de l'élimination, et une réduction des efforts des muscles qui interviennent dans la défécation.

Les maladies gastrointestinales représentent des dépenses de santé énormes. Une enquête américaine réalisée en 1986 donne les chiffres de 17 billions de dollars par an à ce titre, dont 450 millions de dollars pour les laxatifs. Et ce coût ne cesse d'augmenter. En 1999, les dépenses concernant l'achat de laxatifs atteignaient 870 millions de dollars.

Une étude de Burkitt et al., conduite en 1972, a comparé divers groupes de population et trouvé que les sujets dont le régime alimentaire était riche en fibres produisaient des selles de 150 à 980 grammes par jour, avec des temps de transit de 19 à 68 heures. Ceux dont le régime alimentaire était pauvre en fibres produisaient des selles de 39 à 195 grammes par jour, avec des temps de transit de 28 à 144 heures. Le groupe qui consommait un régime mixte en termes de teneur en fibres alimentaires, produisait des selles de 48 à 488 grammes par jour avec des durées de transit de 18 à 118 heures.

Les études qui témoignent de l'augmentation du poids des selles et de leur fréquence pour un grand nombre de fibres alimentaires sont extrêmement nombreuses et ne permettent aucun doute quant à l'efficacité de l'enrichissement en fibres de la ration pour lutter contre la constipation.

 

Régularisation de la cholestérolémie

La réduction du risque de développer (et par conséquent de mourir d')une maladie cardiovasculaire a fait partie des premières observations des chercheurs qui travaillaient sur les fibres alimentaires. Cet impact physiologique bénéfique avait donc été inclu dans les "hypothèses relatives aux fibres alimentaires" mentionnées plus haut.

La quête d'une plus grande espérance de vie et d'une meilleure qualité de vie a sans aucun doute été un puissant moteur dans la mise en oeuvre des nombreuses études concernant l'effet d'une consommation accrue de fibres alimentaires sur le risque cardiovasculaire depuis lors.

Les maladies cardiovasculaires et leurs risques associés sont des pathologies au long cours, et les corrélations entre l'apport en fibres alimentaires et ces troubles reposent principalement sur des études épidémiologiques. Khaw et al. ont montré en 1987 dans une étude prospective sur 12 ans menée sur un groupe de 859 américains des deux sexes, qu'une augmentation de 6 grammes par jour de l'apport en fibres était associée à une réduction de 25% de la mortalité due à une cardiopathie ischémique.

Il n'y a pas de marqueur à court terme pour les maladies cardiovasculaires per se que l'on pourrait utiliser comme indice pour mesurer effectivement l'impact des changements diététiques expérimentaux. Toutefois, le cholestérol plasmatique total et le cholestérol LDL sont admis comme étant des biomarqueurs reflétant les changements du niveau de risque de cette pathologie. La diminution des taux de cholestérol total et de LDL cholestérol vers les normes souhaitables est considérée comme une mesure acceptable de la réduction du risque de maladie cardiovasculaire. Par conséquent, la recherche sur ce terrain, s'est essentiellement concentrée sur la capacité des fibres alimentaires à réduire le cholestérol. Une méta-analyse de 67 études, réalisée par Brown et al. en 1999, portant sur les fibres alimentaires solubles a montré une réduction significative du cholestérol sérique associée à l'augmentation de l'apport en fibres alimentaires. Là encore, la littérature scientifique documente abondamment l'efficacité des fibres alimentaires pour réduire la cholestérolémie et le ratio LDL/HDL.

Les fibres insolubles ne donnent pas un résultat comparable, à moins qu'elles ne se substituent à des aliments vecteurs d'acides gras saturés et de cholestérol.

 

Régularisation de la glycémie

Le diabète et les pathologies qui y sont liées ont été une préoccupation du genre humain dès l'aube de la recherche médicale. Chaque année il continue de faire payer un lourd tribut, tant en termes financiers qu'en termes de souffrance humaine. Le diabète est une préoccupation majeure et grandissante puisque le nombre de nouveaux cas de diabète, en particulier de diabète de type 2, va augmenter de manière substantielle dans les prochaines décennies. De 30 millions de cas de diabète estimés dans le monde en 1985 à 120 millions de cas en l'an 2000, le nombre de personnes diabétiques atteindra vraisemblablement 220 millions en 2010 et 300 millions en 2025.

Dès 1973, l'association entre l'insuffisance de fibres alimentaires dans la ration et l'augmentation du risque de diabète a été admise. Bien qu'une relation directe et irréfutable entre un apport de fibres alimentaires insuffisant et le diabète n'ait jamais été établie, la recherche a clairement démontré depuis cette époque, que le risque de développer un diabète diminuait lorsque la consommation de fibres alimentaires augmentait. Par la suite, différentes équipes de chercheurs ont rapidement réalisé une série d'études qui prouvaient les effets bénéfiques d'une alimentation riche en fibres chez les personnes diabétiques. Les effets bénéfiques de l'augmentation de la consommation de fibres alimentaires ont été démontrés aussi bien chez les sujets présentant un diabète de type 1 que de type 2 et incluaient une meilleure tolérance au glucose, une diminution des besoins en insuline, une augmentation de la sensibilité à l'insuline des tissus périphériques, une baisse de la cholestérolémie et de la triglycéridémie, un meilleur contrôle du poids, et une diminution de la pression artérielle. Les fibres alimentaires solubles, soit en tant que constituants d'un aliment, soit en tant que supplément mélangé à la nourriture, sont responsables des effets thérapeutiques les plus importants.

Anderson et al., en 1987, ont passé en revue une série d'études montrant que l'augmentation de la consommation de fibres alimentaires se soldait (dans 17 études sur 19) par la baisse de la glycémie à jeun à raison de - 6 à - 39%. L'un des moyens de mesurer directement l'effet physiologique immédiat des fibres alimentaires et des aliments riches en fibres alimentaires est la baisse de la glycémie observée pendant plusieurs heures après ingestion de nourriture. L'ingestion d'une quantité donnée de glucose provoque une élévation rapide de la glycémie, qui atteint un pic 30 à 60 minutes après l'ingestion. Cette phase est suivie par une chute rapide du taux de glucose sanguin durant les 30 à 60 minutes suivantes, tandis que la sécrétion d'insuline de l'organisme augmente en réponse à l'élévation de la glycémie. Après environ deux heures, le taux de glucose sanguin redescend à un taux égal ou inférieur au taux de glucose sanguin précédant l'ingestion de glucose. Pour les aliments qui sont facilement et rapidement digérés, la réponse glycémique suit de près le modèle donné par l'ingestion de glucose. Pour d'autres aliments, comme les aliments riches en fibres alimentaires, l'élévation de la glycémie est beaucoup plus lente et n'atteint pas un niveau maximum aussi élevé. De même, la chute du glucose sanguin après avoir atteint le pic hyperglycémique est beaucoup moins rapide. Cette modification de la réaction glycémique peut être observée de différentes manières. On peut mesurer l'évolution de la glycémie entre le moment de la pré-ingestion et le pic hyperglycémique ou le changement de la pente de l'élévation de la glycémie. L'approche la plus courante consiste à mesurer la surface située sous la courbe de réponse glycémique qui suit l'ingestion d'un aliment, et à la comparer avec la surface située sous la courbe de réponse glycémique qui suit l'ingestion d'une quantité standard de glucose. Ainsi, l'index glycémique indique la réponse glycémique et la réponse insulinique qui suit l'ingestion d'un aliment. Wolever a montré en 1990 que l'index glycémique était en corrélation avec la teneur en fibres alimentaires. Dès 1995, les données issues de près de 600 tests d'index glycémiques ont été réunies pour une grande diversité d'aliments (Tables internationales des index glycémiques de Foster-Powell et Miller). De très nombreuses études ont également témoigné sans équivoque de la forte relation inverse existant entre l'amplitude de la réponse glycémique et la teneur en fibres alimentaires des aliments, aussi bien chez les sujets diabétiques que non diabétiques.

 

Fermentation colique des fibres alimentaires

Non seulement les fibres alimentaires régulent la motricité gastro-intestinale, modèrent l'absorption du glucose et des lipides, favorisent la laxation, mais elles participent de plus au maintien de l'équilibre de la flore intestinale et aident à détoxiquer le contenu du gros intestin. La fermentation bactérienne qu'elles subissent dans le côlon donne naissance à des acides gras à chaîne courte, sources essentielles d'énergie pour les cellules de la muqueuse intestinale, contribuant ainsi à l'intégrité de la barrière intestinale.
Leurs mécanismes d'action sont en grande partie liés à leur devenir digestif (fermentation colique) et à leurs propriétés physico-chimiques. La protection apportée par les fibres alimentaires contre le cancer et d'autres pathologies coliques est actuellement l'objet de nombreuses études scientifiques car les résultats obtenus jusqu'à ce jour n'ont pas débouché sur un consensus.

Dans le "quotidien du médecin" du 28 février 2002, le Dr Nelly Danan évoque les effets des fibres sur la cancérogenèse colique en ces termes :

"L'effet antagoniste des fibres sur la cancérogenèse colique pourrait être indirect (pauvreté en graisses animales). Il pourrait également être lié à d'autres constituants des fruits et des légumes tels que l'acide phytique, certaines vitamines ou minéraux, car l'effet protecteur des fruits et des légumes est l'un des résultats le plus constants de toutes les études portant sur les facteurs associés à une diminution du risque de tumeur colo-rectale.

Les fibres pourraient enfin agir directement, soit en absorbant les carcinogènes, soit en les diluant, limitant ainsi leur contact avec les muqueuses. Enfin, certaines fibres pourraient, en modifiant l'écosystème colique, inhiber la production de carcinogènes ou encore augmenter celle de l'acide butyrique qui a un rôle trophique sur l'épithélium intestinal. Il favorise la différenciation cellulaire et a des activités antiprolifératives dans le côlon distal."

Les glucides qui parviennent au gros intestin sont fermentés par les bactéries coliques. Cette fermentation donne naissance à des gaz (gaz carbonique, hydrogène et méthane principalement) et à des acides organiques, essentiellement des acides gras à chaîne courte dont les principaux sont l'acétate, le propionate et le butyrate. Une production de gaz intra-colique importante tend à accélerer le transit digestif des aliments. Mais une production excessive de gaz est génératrice de flatulences, d'inconfort digestif ou même de douleurs abdominales, c'est pourquoi d'une part la quantité de fibres doit être suffisante, mais non excessive et, d'autre part, l'augmentation des fibres dans la ration alimentaire doit être progressive, permettant à l'organisme de s'adapter à ce changement.

Les acides gras à chaîne courte sont utilisés par différents organes (intestin, foie ou organes périphériques), notamment comme substrat énergétique. A ce titre, le butyrate est le nutriment essentiel du côlonocyte ; il contribue de ce fait à la santé du côlon et participe notamment à la prévention et/ou au traitement de plusieurs maladies atteignant cet organe. Outre la nature même des acides gras à chaîne courte formés, le site et la vitesse de fermentation des fibres présentent aussi une grande importance. En effet, la localisation des fermentations varie selon le type de fibres, un apport alimentaire en fibres variées permettra donc de protéger la totalité du côlon et d'exercer un effet préventif ou curatif sur les sites coliques où cette intervention est nécessaire.

 

Consommation et recommandations pour les fibres alimentaires

Dans les pays occidentaux, les recommandations nutritionnelles préconisent une augmentation de la consommation de glucides complexes, et en particulier de fibres alimentaires. Actuellement, la consommation moyenne de fibres alimentaires en France est de l'ordre de 17,6 g/j dans la population adulte, (50% proviennent des aliments céréaliers, 32% des légumes, 16% des fruits et 3% des légumes secs). Basés sur les résultats des études épidémiologiques montrant un abaissement des risques relatifs de plusieurs pathologies au-dessus de 25 g de fibres par jour, les apports conseillés sont de 30 g/j. Les fibres présentent des caractéristiques physico-chimiques spécifiques, différentes et complémentaires, selon leur origine végétale, la taille des particules, les transformations technologiques subies par les aliments qui les contiennent, ainsi que leur mode de cuisson ou de préparation.

De plus, les fibres sont souvent intimement associées dans la paroi végétale à d'autres composés, tels que des vitamines, des phyto-oestrogènes, des flavonoïdes, etc., qui possèdent leur propre activité biologique favorable à la santé et peuvent avoir une action complémentaire à celle des fibres : une même fibre n'a pas la même activité selon qu'elle provient de sa source naturelle, c'est-à-dire l'aliment qui la contient naturellement, ou selon qu'elle a été ajoutée dans un autre produit après avoir été isolées.

C'est pourquoi il est recommandé de varier les sources de fibres en privilégiant des aliments naturellement riches en fibres, tels que les fruits, légumes, légumineuses et produits céréaliers, qui apportent aussi les micronutriments associés aux fibres. L'existence de produits alimentaires industriels enrichis en fibres peut également aider le consommateur à augmenter la quantité de fibres dans sa ration habituelle. Comme on l'a vu plus haut, cette augmentation devra s'effectuer de manière progressive, afin d'éviter la survenue d'effets secondaires indésirables, tels que diarrhée, ballonnements et flatulences, liés à l'augmentation soudaine de la consommation de fibres. De plus, compte tenu du pouvoir de rétention d'eau des fibres, on ne doit pas négliger de boire une quantité suffisante d'eau, fractionnée tout au long de la journée.

 

Les sources de fibres dans l'alimentation

Tous les produits végétaux contiennent des fibres alimentaires, puisqu'elles constituent le squelette de la cellule végétale. Cependant, les quantités peuvent varier en fonction de la teneur en eau ou en amidon du produit. Si l'on exprime les résultats par rapport à la matière sèche, on trouve des valeurs moyennes de 8 à 10% de fibres dans les fruits, de 10 à 12% dans les graines de céréales, de plus de 20% dans les légumes secs ; quant aux légumes, leur teneur en fibres alimentaires varie généralement de 15 à 30%.
Chez l'homme, la tolérance digestive vis-à-vis des fibres est variable : tolérance très faible pour des fibres longues et rigides comme la lignine, moyenne pour des fibres de téguments externes de graines (type son de blé), excellente pour des fibres internes de graines ou pour celles de la majorité des fruits et légumes.
Les habitudes alimentaires actuelles mettent beaucoup trop l'accent sur les produits pauvres en fibres (voire ne contenant pas de fibres du tout). Le pain et les produits céréaliers sont trop raffinés (par exemple, le pain blanc est 2 à 3 fois moins riches en fibres et en minéraux que le pain complet...) et sa consommation ainsi que celle des légumes secs a beaucoup diminué par rapport au début du 20ème siècle. On estime que la quantité de fibres ingérées quotidiennement à diminué de 30 à 50%, conduisant aujourd'hui à une quantité insuffisante pour bénéficier de l'effet protecteur des fibres. Rappelons que les végétaux ne sont pas seulement riches en fibres ; celles-ci s'accompagnent également de micronutriments variés très favorables à la santé. Pour bénéficier de cette densité nutritionnelle, il importe donc de consommer en quantité suffisante et régulièrement des produits végétaux non transformés.

 

Fibres alimentaires et valeur énergétique

On a longtemps considéré que les fibres alimentaires n'avaient aucune valeur énergétique. Toutefois, bien que n'étant pas digérées dans l'intestin grêle, de nombreux glucides indigestibles sont fermentés à des degrés variables par les bactéries coliques. Cette fermentation produit des acides gras à chaîne courte qui ont plusieurs utilisations :

- ils fournissent l'énergie et le carbone nécessaires pour l'entretien et la croissance de la microflore ;

- une partie de ces acides gras à chaîne courte est absorbée par les côlonocytes, leur fournissant ainsi de l'énergie, ou après transfert dans la circulation, aux autres tissus de l'organisme.

Comme la fermentation colique est moins efficace que l'absorption qui a lieu dans l'intestin grêle, les glucides qui atteignent le gros intestin fournissent environ entre 0 et 2,4Kcal/g (0-10KJ/g) en fonction de leur fermentescibilité et du mode de calcul utilisé.

En dehors de cette valeur énergétique propre, certaines fibres alimentaires diminuent la biodisponibilité des autres nutriments et par conséquent la valeur énergétique de l'aliment qui les contient.

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