Les minéraux sont essentiels à de nombreux processus métaboliques et, comme ils sont nécessaires en quantités relativement faibles, la consommation quotidienne doit se situer dans une fourchette étroite pour éviter les effets négatifs de carence ou de toxicité. Certains minéraux sont nécessaires à des doses relativement importantes, notamment le calcium et le chlorure. Ces minéraux sont considérés comme des macrominéraux, en fonction de la dose, et l'apport doit généralement être de l'ordre du milligramme élevé. Les oligo-éléments sont nécessaires à très petites doses et l'apport doit être compris entre le microgramme et le milligramme inférieur. Alors que cet article mettra principalement en évidence le rôle du cuivre et du manganèse, les oligo-éléments incluent également le fer, l'iode, le zinc et d'autres.

Cuivre

Absorption

Le cuivre (Cu) est un micronutriment essentiel présent dans une variété d'aliments, notamment les huîtres, les grains entiers, les abats, les haricots et les noix. Le cuivre alimentaire est absorbé dans le duodénum et pénètre dans les cellules intestinales via le transporteur de cuivre 1 (CTR1).₁ ,₂ Le CTR1 est essentiel pour coordonner l'absorption, la distribution intracellulaire et la sécrétion du cuivre avec les ATPases transportant le Cu._1,3 Le cuivre se déplace vers le foie via la veine porte liée aux protéines et, après traitement, est transporté dans le sang via les ATPases du cuivre.₂ Le cuivre doit se lier à une protéine chaperonne, telle que la céruloplasmine (CP) ou l'albumine, pour se rendre dans les tissus périphériques.₁

Étant donné que le cuivre est hautement réactif, les concentrations cellulaires doivent être maintenues dans une plage spécifique et la localisation du cuivre est hautement réglementée.₁ Un excès de cuivre intracellulaire peut provoquer un stress oxydatif qui peut nuire à la formation d'agrégats fer-soufre et endommager l'ADN.₁ Dans les cellules, le mouvement du cuivre est étroitement coordonné par des protéines et des composés, et des mutations de ces protéines et d'autres protéines régulatrices du cuivre peuvent entraîner de graves affections dans le corps.₁

La carence en cuivre est rare et principalement liée à des mutations génétiques des enzymes métabolisant le cuivre. L'apport quotidien moyen de cuivre aux États-Unis est d'environ un milligramme, ce qui correspond à la RDA pour les adultes fixée à 900 μg (0,9 mg) par jour. Les humains sont capables de gérer un apport excessif via une diminution de l'absorption et une augmentation de l'excrétion dans la bile.₄

Cuivre pendant la grossesse

Les besoins en cuivre sont augmentés pendant la grossesse car ce micronutriment est très important pour le développement embryonnaire.₅ Bien que les mécanismes ne soient pas connus, la supplémentation en cuivre pendant la grossesse a entraîné une réduction de 75 % des symptômes de dépression et d'anxiété au cours du deuxième trimestre et une réduction de 90 % au cours du troisième trimestre.₅ Les carences chez les bébés sont rares, mais peuvent survenir chez les prématurés, les nourrissons nourris au lait de vache et les nourrissons en convalescence après une malnutrition qui ont souffert de diarrhée.₅

Fonction du cuivre

Les enzymes dépendantes du cuivre ont diverses fonctions dans tout le corps, notamment la respiration aérobie et la phosphorylation oxydative, la formation de collagène et de mélanine, la synthèse des neurotransmetteurs et le maintien de l'homéostasie redox._1,3 Plus précisément, le cuivre joue un rôle dans la défense antioxydante en tant que composant de la superoxyde dismutase cuivre-zinc (CuZn SOD)._4,5 Le cuivre fonctionne également comme un facteur de transcription et un élément d'échafaudage dans le noyau des cellules._1,4

Interactions cuivre et fer

Les métabolismes du cuivre et du fer sont interconnectés de plusieurs manières bien que la relation exacte ne soit pas claire. La première description détaillée d'une interaction entre le fer et le cuivre a eu lieu au milieu des années 1800, indiquant un rôle du cuivre dans l'influence positive du métabolisme du fer. ₂ Si le fer est déficient, le cuivre s'accumule dans le foie et si le cuivre devient déficient, le fer s'accumulera. ₂ Il est probable que le cuivre et le fer s'influencent mutuellement via l'absorption dans les intestins et le métabolisme dans le foie. ₂

Le cuivre dans les états pathologiques

Bien que la carence en cuivre reste rare, plusieurs conditions pathologiques surviennent à la suite d'une carence fonctionnelle en cuivre due à des mutations génétiques dans les enzymes métabolisant le cuivre. La maladie de Menkes (MD), une maladie récessive liée au chromosome X, peut être mortelle.₁ Les symptômes comprennent un retard de développement, une dégénérescence cérébrale, des cheveux exceptionnellement clairsemés ou crépus, un faible tonus musculaire et des convulsions₁. La gravité de la DM dépend de la mutation d'APT7A, une protéine de transport du cuivre, et il existe actuellement plus de 400 mutations connues dans ce gène.₁ Pour les cas bénins, la supplémentation en cuivre peut être utile mais n'aide pas dans les cas graves, et il n'existe aucun traitement pour inverser les dommages neurologiques causés par la DM.₁

Le syndrome de la corne occipitale (SHO) est également un trouble récessif lié à l'X, affectant principalement les hommes.₁ La principale caractéristique de l'OHS est une saillie calcifiée en forme de coin au niveau de l'os occipital en raison d'un dysfonctionnement du tissu conjonctif.₁ L'OHS ne s'accompagne pas de la dégénérescence cérébrale observée dans la DM, car le cuivre est toujours capable de traverser la barrière hémato-encéphalique.

La maladie de Wilson, un autre trouble lié aux enzymes du cuivre, est causée par des mutations dans un gène de transport du cuivre, ATP7B . Plus de 700 mutations de ces gènes ont été associées à la maladie de Wilson, qui se manifeste par une cirrhose du foie et des déficiences neurologiques.₁ Cependant, dans la maladie de Wilson, le cuivre s'accumule dans plusieurs tissus et des dépôts peuvent être observés dans les cornées, appelés anneaux de Kayser-Fleischer.₁

Le cuivre joue également un rôle dans d'autres maladies neurodégénératives, notamment :

1. Maladie d'Alzheimer :la formation de plaques amyloïdes est coordonnée par le zinc et le cuivre et l'accumulation de cuivre altère la fonction cellulaire₁
2. Maladie de Parkinson :la formation d'agrégats est stabilisée par le cuivre et la diminution de la céruloplasmine altère la mobilisation du cuivre, entraînant une accumulation de fer₁
3. Sclérose latérale amyotrophique :plusieurs enzymes métabolisant le cuivre sont altérées, ce qui entraîne des niveaux élevés de cuivre dans le liquide céphalo-rachidien et une diminution des niveaux dans la moelle épinière₁
4. Maladie de Huntington :le cuivre favorise la formation d'agrégats de protéine huntingtine mutante et le dysfonctionnement métabolique résulte d'enzymes inhibant le cuivre impliquées dans le métabolisme₁

Cuivre et Cancer

Fait intéressant, le cuivre s'est avéré être à la fois un promoteur et un inhibiteur du cancer. Le cuivre est impliqué dans la régulation des protéines associées à l'évasion du système immunitaire et peut activer les voies impliquées dans le cancer via la prolifération, la différenciation, l'angiogenèse et la progression du cancer.₁ Les cellules cancéreuses en prolifération ont également une plus grande demande de cuivre, ce qui offre une voie possible pour ralentir la croissance du cancer en limitant le cuivre.₁ D'autre part, des niveaux élevés de cuivre peuvent inhiber la prolifération cellulaire et la croissance tumorale et les transporteurs de cuivre peuvent modifier la sensibilité des cellules cancéreuses aux médicaments à base de métaux utilisés pour traiter le cancer, améliorant ainsi la réponse.₁ Cela peut également aider à atténuer les effets toxiques associés à ce type de traitement et peut augmenter la survie.₁

Manganèse

Absorption

Le manganèse est principalement acquis à partir de sources alimentaires, environ un à cinq pour cent étant absorbé et disponible pour le corps._6,7 Les sources de manganèse comprennent le riz, les noix, les grains entiers, les légumes verts feuillus et le thé₆. Fait intéressant, les femelles ont tendance à absorber plus de manganèse de leur alimentation, probablement en raison de leur statut en fer, car ces deux minéraux affectent l'absorption l'un de l'autre._5-7 L'absorption par l'alimentation est affectée par la présence d'autres oligo-éléments, notamment le fer, les phytates de graines ou de noix et la vitamine C.₇ La carence en manganèse est rare, mais les symptômes comprennent des troubles de la croissance, des anomalies squelettiques, des problèmes de reproduction et une altération du métabolisme des lipides et des glucides._5,7

Un excès de manganèse dans le corps peut entraîner une toxicité, qui est souvent due à une exposition professionnelle où le manganèse est inhalé, comme chez les mineurs et les soudeurs._6,8 L'eau potable peut également contenir des niveaux dangereusement élevés de manganèse, affectant les enfants et les bébés en développement.₅ Si l'apport ou l'exposition est excessif, le manganèse s'accumulera avec des effets néfastes dans le cerveau.₆ Une consommation excessive chronique de manganèse peut entraîner le manganisme, un trouble caractérisé par plusieurs troubles psychiatriques et moteurs, notamment des changements d'humeur et des tremblements, évoluant éventuellement vers des symptômes ressemblant à ceux de la maladie de Parkinson.₆

Étant donné que les concentrations de manganèse doivent rester dans une plage relativement étroite, l'absorption est fortement régulée. Lorsque le manganèse alimentaire est élevé, le tractus gastro-intestinal en absorbera moins et le foie augmentera le métabolisme du manganèse et en enverra plus à excréter via l'excrétion biliaire et pancréatique.₇ En raison de preuves insuffisantes, il n'existe actuellement aucun apport nutritionnel recommandé établi pour le manganèse. Cependant, le niveau d'apport adéquat est de 2,3 mg/jour pour les hommes et de 1,8 mg/jour pour les femmes₇

Fonction

Le manganèse est nécessaire à l'activité intracellulaire en raison de son rôle d'activateur enzymatique pour plusieurs enzymes, y compris celles impliquées dans le métabolisme des lipides, des acides aminés et du glucose._5,8 Il est notamment nécessaire à la manganèse superoxyde dismutase (MnSOD), une enzyme essentielle à la gestion de l'équilibre redox et du stress oxydatif._7,8 Le manganèse est également nécessaire au développement, à la digestion, à la reproduction, à la production d'énergie, à la réponse immunitaire et à l'activité neuronale, et soutient la vitamine K dans l'activité de coagulation du sang._5,7,8 Le manganèse est important pour la reproduction féminine et le développement fœtal, et une carence et un apport excessif en manganèse sont associés à l'infertilité féminine.₅

Le manganèse dans le métabolisme altéré

Le manganèse est essentiel à la santé des mitochondries et à la réduction du stress oxydatif mitochondrial, car le MnSOD est le principal piégeur de superoxyde dans les mitochondries.₈ La littérature actuelle soutient une relation en forme de U entre le manganèse et le stress oxydatif où la carence et la toxicité entraînent une production excessive d'espèces réactives de l'oxygène qui peuvent perturber le métabolisme sain.₈ Une carence en manganèse peut entraîner un dysfonctionnement mitochondrial, qui peut perturber la tolérance au glucose et altérer le métabolisme des lipides et des glucides. Une surcharge en manganèse peut également altérer la fonction mitochondriale normale en augmentant le stress oxydatif mitochondrial, en inhibant la production d'ATP et en modifiant la perméabilité membranaire. Le stress oxydatif peut altérer la fonction des cellules bêta des îlots pancréatiques, contribuant à la résistance à l'insuline et, finalement, au diabète de type 2 et à l'obésité, ainsi qu'au développement de l'athérosclérose et de la stéatose hépatique non alcoolique.₈

Fer

Le fer possède des caractéristiques redox importantes comme le cuivre et est également impliqué dans les réactions redox. Le fer est nécessaire à la synthèse des protéines de transport de l'oxygène, l'hémoglobine et la myoglobine. Il existe deux formes de fer dans l'alimentation :le fer héminique et le fer non héminique. Le fer hémique provient de sources animales et est hautement biodisponible, tandis que le fer non hémique se trouve dans des sources végétales et a une très faible biodisponibilité. Étant donné que la majeure partie du fer présent dans l'organisme se trouve dans les globules rouges, les femmes ont besoin de plus de fer que les hommes en raison de la perte régulière de sang pendant le cycle menstruel.₅ Un apport chronique insuffisant en fer peut entraîner une anémie ferriprive et la toxicité ferreuse résulte généralement d'une maladie héréditaire, l'hémochromatose, qui entraîne une surcharge en fer.

Iode

L'iode est nécessaire au bon fonctionnement de la glande thyroïde et régule le taux métabolique de base.₅ Il est rapidement absorbé dans le duodénum et circule vers la glande thyroïde. Lorsque l'apport en iode est chroniquement faible, la voie hypothalamo-hypophyso-thyroïdienne est activée et produit une hormone stimulant la thyroïde, entraînant une hypertrophie de la glande thyroïde, conduisant éventuellement au développement d'un goitre.₅ La carence en iode est un problème rare dans les populations industrialisées où l'iode est ajouté au sel et présent dans le lait.

Zinc

Le zinc est l'un des oligo-éléments les plus abondants dans le corps. On le trouve dans tous les tissus de l'organisme et il est particulièrement concentré dans les muscles et les os.₅ Le zinc est un composant structurel des protéines à doigts de zinc et catalyse l'activité de plusieurs enzymes impliquées dans le repliement de la structure des protéines et l'expression des gènes.₅ Le zinc est également nécessaire à la croissance et à la différenciation cellulaire, au fonctionnement du système immunitaire et à l'entretien du tissu conjonctif.₅ Le zinc est un minéral important pour le système reproducteur, jouant un rôle dans la spermatogenèse et le maintien de la muqueuse des organes reproducteurs.₅

Autres oligo-éléments

On en sait moins sur les oligo-éléments restants, notamment le sélénium, le chrome, le cobalt et le molybdène. Le sélénium est incorporé dans les sélénoprotéines qui ont diverses fonctions, notamment dans les réactions d'oxydoréduction, la production d'immunoglobulines, la santé de la thyroïde et comme élément anticancéreux dans le corps.₅ Le chrome peut jouer un rôle dans l'amélioration de la tolérance au glucose en réduisant la résistance à l'insuline chez les personnes qui ont démontré une altération du métabolisme du glucose et des lipides, bien que des études aient produit des résultats contradictoires.₉

Le cobalt se trouve principalement dans la vitamine B₁₂ (cobalamine) et est important pour les processus biochimiques, y compris la synthèse des acides nucléiques et des acides aminés et la production d'érythrocytes.₅ Le cobalt peut pénétrer dans l'organisme par l'alimentation, la peau et même le système respiratoire.₅ Enfin, le molybdène, un oligo-élément présent dans les sources alimentaires végétales, y compris les légumineuses, est impliqué dans les réactions en tant que cofacteur des enzymes qui métabolisent les produits chimiques.₅ La carence est rare, tout comme la toxicité, car le système urinaire excrète un excès de molybdène si les niveaux sont élevés.₅ Le molybdène peut également jouer un rôle dans le diabète en endommageant les cellules bêta pancréatiques et éventuellement en dysfonctionnement sexuel, mais les études chez l'homme sont contradictoires.₅

Les oligo-éléments sont nécessaires en si petites quantités qu'il peut être facile de les négliger. Cependant, ils sont essentiels à la santé du corps et aident à maintenir les processus enzymatiques et métaboliques. Une alimentation équilibrée à base de plantes peut aider à assurer un apport adéquat de plusieurs oligo-éléments.