Dossier

Calcium, vitamine D et croissance osseuse

Pr. Jean-Philippe Bonjour
Faculté de médecine, Université de Genève, Suisse

Dans la plupart des pays occidentaux les apports en calcium et en vitamine D au cours de l’enfance et de l’adolescence sont suffisants pour éviter l’apparition d’une pathologie osseuse patente pendant l’enfance.
L’intérêt porté aux apports calcique et vitaminique D des enfants et adolescents, depuis une quinzaine d’années, s’explique autrement : en effet, la masse minérale osseuse atteinte en fin de croissance est un déterminant majeur du risque d’ostéoporose, au même titre que la perte de la masse minérale osseuse post-ménopausique et/ou liée à l'âge.

Du plus jeune âge jusqu’à la fin de l’adolescence, le calcium et la vitamine D sont indispensables à la croissance osseuse. La carence calcique ralentit la croissance du squelette, en réduisant la masse de tissus osseux. La microarchitecture osseuse trabéculaire se trouve détériorée, ce qui diminue encore la résistance des os à la contrainte mécanique. La carence en vitamine D ralentit l’absorption intestinale du calcium et celle du phosphate inorganique (Pi), d’où une baisse du produit phosphocalcique dans le milieu extracellulaire et de la déposition minérale sur la matrice organique osseuse. Cette carence sera cause de rachitisme chez l’enfant et d’ostéomalacie chez l’adulte.

Des études épidémiologiques montrent qu’une augmentation de 10 % (soit environ d'un écart-type) du pic de masse minérale osseuse (PMO) (Figure 1) réduirait de 50 % le risque ultérieur de fractures ostéoporotiques. Dans cette optique, les facteurs nutritionnels, au premier rang desquels le calcium, ont été tout particulièrement étudiés chez l’enfant et l’adolescent.

Figure 1

Données épidémiologiques

• Apports calciques
Des résultats récents indiquent que chez les femmes âgées de 20 à 49 ans, (tranche d’âge où le PMO est atteint et la densité minérale osseuse - DMO - quasiment constante), la masse minérale osseuse était d’autant plus élevée que la consommation de lait avait été importante au cours de l’enfance et de l’adolescence. Chez les femmes âgées de plus de 50 ans, une consommation relativement élevée de lait pendant l’enfance était associée non seulement à une DMO augmentée au niveau de l’extrémité supérieure du fémur, mais également à un risque moindre de fractures ostéoporotiques. Ces données concordent avec des études observationnelles de populations d’enfants et d’adolescents en bonne santé, mettant en évidence une association positive entre les apports calciques (dont 65-70 % proviennent des produits laitiers) et le gain de masse minérale osseuse. Cette relation est particulièrement nette avant le début de la maturation pubertaire. Chez des filles prépubères âgées de 7 à 9 ans, nous avons retrouvé une médiane des apports calciques spontanés de source laitière d'environ 850 mg/jour. Les sujets ayant une consommation d’environ 1150 mg de calcium par jour, présentaient une DMO au niveau des vertèbres lombaires, du col du fémur, des diaphyses fémorale et radiale supérieure d'environ 0,1-0,3 écart-type à celle des fillettes ayant une consommation de calcium d’environ 650 mg/jour.

Une étude finlandaise observationelle sur une période de 11 ans, suggère également qu’outre l’activité physique, des apports calciques au-dessus de 800 mg par jour pendant l’enfance et l’adolescence de sujets féminins sont associés à une masse minérale osseuse plus élevée lorsque celleci est mesurée au niveau du col fémoral à l’âge de 27-28 ans, soit après que le PMO ait été atteint.

• Rôle de la vitamine D
Même en l’absence de carence manifeste, il existe une association entre l’apport vitaminique D et le gain de masse minérale osseuse au cours de la croissance. Chez des filles âgées de 8 ans, la DMO mesurée à plusieurs sites squelettiques était plus élevée chez celles qui avaient reçu de la vitamine D à dose physiologique (400 UI/jour) au cours de la première année de vie. Dans une étude prospective finlandaise réalisée chez des jeunes filles âgées à l’inclusion de 9 à 15 ans, le statut en vitamine D était positivement associé à l’accroissement de la DMO au niveau du fémur proximal et de façon encore plus marquée au niveau des vertèbres lombaires.

Études d’intervention

L’effet d’un supplément de calcium au cours de la croissance a été évalué dans plusieurs essais d’intervention randomisés contre placebo. Globalement, ces études ont démontré un gain en DMO plus important chez les enfants ou adolescents ayant reçu pendant 1 à 3 ans un supplément de calcium variant entre 300 et 800 mg par jour, par rapport aux groupes placebo.
"L’effet calcium” est plus marqué aux sites constitués essentiellement d’os cortical comme au niveau de la diaphyse radiale ou fémorale. La réponse à la supplémentation calcique est particulièrement évidente chez les sujets dont la consommation spontanée de calcium est relativement faible.
Les différences observées d’une étude à l’autre dans l’amplitude de la réponse osseuse peuvent s’expliquer par des différences d'âge, de maturation prépubertaire, d'apports en protéines, d'activité physique (Figure 2). La nature du sel de calcium testé pourrait également influencer la réponse osseuse.

Figure 2

Le bénéfice persiste-t-il après arrêt du supplément calcique ?

La persistance ou la disparition du bénéfice après la fin de l’intervention pourrait également dépendre du sel calcique consommé ainsi que de l’âge d’inclusion par rapport au début de la maturation pubertaire.
Dans un essai d’intervention randomisé contre placebo, en double insu, réalisé dans un groupe homogène de 144 fillettes prépubères âgées en moyenne de 7,9 ans, le supplément a été fourni pendant douze mois par des aliments enrichis en un sel calcique provenant d'extraits de lait, donc sous forme de sel de phosphate. Les sujets du groupe placebo recevaient les mêmes aliments non enrichis en calcium. Les apports calciques moyens qui s’élevaient à environ 900 mg/jour sont passés à 1700 mg dans le groupe supplémenté.
L’augmentation des apports calciques s’est traduite par un gain annuel de masse minérale osseuse plus élevé, particulièrement au niveau du radius et du fémur. Le gain obtenu à la fin de l’intervention n’avait pas disparu 1,0 et 3,5 ans après l’interruption du supplément calcique. À l’âge moyen de 16,4 ans, soit 7,5 ans après la fin de l’intervention, la persistance du gain en DMO au niveau du radius et du fémur était très significative, mais seulement chez les jeunes filles qui avaient eu une ménarche relativement précoce. Cette étude avec suivi à long terme suggère qu’une intervention utilisant un sel calcique extrait du lait chez des fillettes prépubères peut influencer positivement la trajectoire de la DMO et probablement augmenter le PMO.
La persistance de l’effet semble dépendre de facteurs qui déterminent la maturation pubertaire.

À quel âge augmenter les apports calciques ?

La réponse du squelette à une augmentation des apports calciques semble être particulièrement favorable avant le début la maturation pubertaire, ce qui ne signifie pas que la période péripubertaire (pendant laquelle la croissance osseuse est 2 à 4 fois plus élevée) doive être négligée. Cette période dure en moyenne 36 mois, de 11 à 14 ans, chez les filles et 48 mois, de 13 à 17 ans, chez les garçons. Pour répondre à cette accélération de la croissance osseuse, on estime que les besoins nets quotidiens en calcium passent de 70-150mg avant la puberté à 250 mg chez les filles et 300 mg chez les garçons. D'où la recommandation d'augmenter dès 10 ans les apports calciques de 900 à 1200 mg par jour (Tableau 1).

Tableau 1 Adapté de AFFSA-CNERNA-CNAS. Apports nutritionnels conseillés pour la population française – 3e édition – Édition TEC et DOC 2001. *1µg = 40 UI. ** Un apport de 5 µg par jour compense la carence alimentaire en vitamine D chez les sujets s’exposant normalement au soleil. Certains adolescents ne bénéficiant pas d’un ensoleillement suffisant doivent recevoir une complémentation hivernale. Un apport de 10 mg par jour couvre les besoins des sujets ne s’exposant pas au soleil.

Influence des autres nutriments

Deux études interventionnelles démontrent que la consommation d'un supplément de lait ou de produits laitiers augmente significativement le gain de masse osseuse pendant la période péripubertaire.
Ces données suggèrent que le lait et ses produits dérivés renferment une combinaison de nutriments (en particulier protéines et sel calcique sous forme de phosphate) qui favorise la croissance osseuse, même pendant une période où les facteurs endocriniens jouent un rôle prédominant.

Tableau 2

Le phosphate inorganique (Pi) est un élément essentiel du cristal osseux. Son transport par les cellules ostéoformatrices est activé par certains facteurs de croissance, tels que l'insulin-like growth factor 1 (IGF-1), qui exerce également un effet positif sur la formation osseuse. Une élévation du taux plasmatique du Pi survient pendant les phases d'accélération de la croissance. Les états d'hypophosphatémie sont associés à un ralentissement de la croissance et de la minéralisation osseuses. Le Pi est ainsi indispensable au développement physiologique du squelette. Il favorise la rétention de calcium, et non pas le contraire comme on peut parfois le lire. Les protéines, dont la caséine, stimulent par l'intermédiaire de certains acides aminés essentiels la production hépatique d'IGF-1. On a ainsi constaté une augmentation du taux plasmatique d’IGF-1 après la supplémentation sous forme de lait chez des adolescentes. L’IGF-1 agit aussi au niveau rénal en stimulant la production du métabolite actif de la vitamine D, la 1,25 dihydroxyvitamine D qui, à son tour, augmente la capacité de l'épithélium intestinal à absorber le calcium et le Pi. L'IGF-1 stimule également la réabsorption tubulaire du Pi, et par conséquent tend à augmenter la phosphatémie.

Conclusion

Le capital osseux acquis en fin de croissance est un déterminant important du risque ultérieur d’ostéoporose. Optimiser l’acquisition de la masse osseuse pendant la croissance est une mesure de prévention primaire de l’ostéoporose et de ses complications fracturaires.
Le calcium et la vitamine D influencent positivement la trajectoire d’acquisition et permettent d’augmenter le capital osseux atteint en fin de croissance. Les protéines et le Pi exercent un impact positif sur la croissance osseuse.
Les produits laitiers grâce à leur contenu abondant en calcium, Pi et protéines représentent une classe d’aliments particulièrement bien adaptée à soutenir une croissance osseuse optimale, dans la mesure où la somme des apports cutanés et nutritionnels en vitamine D est suffisante.

Pr. Jean-Philippe Bonjour
Faculté de médecine,
Université de Genève, Suisse

Bibliographie

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