Dans les années 1880, le béribéri sévit de façon épidémique chez les troupes de l'armée indienne britannique, et à bord des navires despuissances coloniales enExtrême-Orient. Cette maladie est considérée soit comme une infection, soit comme une intoxication[4].
En 1897,Eijkman démontre qu'il s'agit d'une maladie nutritionnelle en provoquant un beribéri expérimental chez la poule, guérissable en remplaçant le riz décortiqué par du riz complet[4]. Il reçoit pour cela leprix Nobel de médecine en 1929.
En 1911,Umetarō Suzuki découvre une substance guérissant le béribéri, à partir duson de riz, qu’il nommeacide abérique[5]. Cependant, ces travaux n'ont pas été immédiatement remarqués par la communauté scientifique de l'époque, car Eijkman publiait ennéerlandais et Suzuki enjaponais[4].
En 1912,Kazimierz Funk décrit une substance naturelle, hydrosoluble et aminée qu'il appelle « vitamine » (littéralementamine vitale)[6] qu'il croit à tort être le facteur actif contre le béribéri[4].
En 1926,B.C.P Jansen(en) etWillem Frederik Donath(nl) parviennent à isoler la vitamine B1 de la cuticule du riz, mais ils la caractérisent mal en omettant l'atome desoufre, et les autres chercheurs n'ont pu reproduire leurs travaux[4].
En 1933,Robert R. Williams établit la formule chimique définitive de la vitamine B1 en l'appelant thiamine. Il en réalise la synthèse complète en 1936 et en obtient lebrevet. Il s'associe avecMerck & Co pour une production commerciale. Il démontre que la thiamine synthétique est identique, chimiquement et biologiquement, à la thiamine naturelle et que la synthèse industrielle est plus économique que l'extraction à partir de source naturelle[4].
La production mondiale de thiamine passe de 100 kg en 1937 à 200 tonnes en 1967[4].
Les besoins en vitamine B1 sont principalement dépendant des apports en glucides sur le métabolisme desquels elle intervient[7]. Ils sont ainsi fonction du poids corporel, de l’intensité du métabolisme, du niveau d’activité physique et de la composition de la ration alimentaire[8]. Les références nutritionnelles peuvent être exprimées en mg par mégajoule (mg/MJ) d’énergie consommées plutôt qu’en mg/j, avec une valeur de 0,1 mg/MJ pour la référence nutritionnelle pour la population (RNP)[7].
Cette valeur se décline en mg/j selon les types de populations et leur consommation moyenne avec une base d'apport journalier d'environ 1,5 mg/j pour les hommes adultes et 1,2-1,3 mg/j pour les femmes[9],[8] et des recommandations jusqu'à 1,8 mg/j pour la femme enceinte[8].
La thiamine peut être altérée par lessulfites utilisés commeconservateurs notamment dans les fruits et légumes,viande maigre etcharcuterie ; par lechlore résiduel de l'eau de cuisson ; par la présence d'ionscuivre, autant de circonstances qui peuvent entrainer une perte de thiamine[11].
La stabilité de la thiamine est bonne en solution acide (jus de fruits et boissons acides). Elle est dégradée en condition neutre ou alcaline : la pratique d'ajouter dubicarbonate de sodium à la cuisson des légumes pour conserver leur couleur entraine une perte de thiamine (milieu alcalin)[11].
La thiamine est aussi dégradée par des agents oxydants ou réducteurs, et par les rayonnements. Elle est sensible à la chaleur, et du fait de sa solubilité, elle a tendance à s'échapper dans l'eau de cuisson[11].
La thiamine n'est pas répartie également dans les céréales entières. Des processus demeunerie (farine de céréale) peuvent réduire le taux de thiamine de plus de 40 % par rapport à la farine de céréale complète, et ceux de polissage du riz de plus de 75 % par rapport auriz complet[11].
Les autres modes de cuisson (rôtissage,friture…) entrainent aussi une perte de thiamine, notamment pour les viandes. Une viande grasse perd moins de thiamine à la cuisson qu'une viande maigre, et uneviande panée contient 15 à 40 % de thiamine en plus que son équivalente non panée[11].
Lacuisson à la vapeur est le meilleur mode de cuisson pour limiter la perte de thiamine, et leriz étuvé contient plus de thiamine que le riz non étuvé. Cependant, si la transformation des aliments a le plus souvent un effet négatif sur la teneur en thiamine, il faut souligner que cette transformation peut être nécessaire pour minimiser des constituants nocifs[11].
La thiamine est biosynthétisée par les bactéries, certains protozoaires, des plantes, et des champignons[15],[16]. Les groupesthiazole etpyrimidine sont synthétisés séparémentin vivo, puis combinés pour former du monophosphate de thiaminevia l'enzymediphosphorylase de thiamine phosphate(en).
La thiamine est absorbée au niveau de l'intestin grêle proximal (jéjunum). L'absorption dépend de la dose, elle est d'abord active à dose alimentaire jusqu'à 5 mg, et au delà (dose pharmacologique) elle se fait par diffusion passive[11],[14].
Lesphosphatases intestinaleshydrolysent la thiamine en une forme libre qui est alors absorbée. La thiamine absorbée est rapidement phosphorylée en pyrophosphate de thiamine (TPP) aussi appelé diphosphate de thiamine (TDP) ou cocarboxylase[11],[14].
L'absorption digestive de la thiamine peut être diminuée chez le sujet âgé, chez le sujet atteint demalabsorption, chez la personnealcoolique. En dépit d'un apport alimentaire suffisant, un déficit en thiamine peut être provoqué par un régime trop riche englucides, enthiaminases ou autresantagonistes de la thiamine[11].
Dans le corps humain, cette forme phosphorylée est stockée principalement dans le cœur, le cerveau, le foie et les reins (organes à besoins énergétiques élevés)[11]. Dans le cerveau, le TPP est en partie à nouveau phosphorylé en triphosphate de thiamine (TTP)[14].
Cette forme stockée a unedemi-vie courte de 14 à 18 jours, cette faible réserve explique la nécessité d'un apport permanent et régulier de thiamine alimentaire[10]. Un adulte moyen dispose d'une réserve corporelle d'environ 25-30 mg[11].
Dans le sang total la concentration en thiamine totale est de l'ordre de 75 à 200nanomoles/L, près de 80 % de cette thiamine totale se trouve dans lesérythrocytes sous forme de TPP[11].
L'excrétion de la thiamine est principalement urinaire. Au niveau du rein elle dépend à la fois de lafiltration glomérulaire et de laréabsorption-excrétion tubulaire. Cette excrétion s'effectue de façon active via destransporteurs des cellules rénales tubulaires. En excès de thiamine dans l'organisme, la réabsorption se change en excrétion, les taux plasmatiques élevés de thiamine sont ainsi régulés de façon efficace[11].
Une utilisation prolongée dediurétiques peut induire un déficit en thiamine[11].
La thiamine est aussi excrétée par lesfeces (thiamine provenant de bactéries intestinales), la sueur et le lait. Dans le lait maternel, le taux de thiamine est de l'ordre de 0,14 à 0,21 mg/L selon le régime alimentaire[11].
La thiamine pyrophosphate, comme coenzyme[19], est partie intégrante du site actif de l'enzyme qui l'utilise. La réaction globale peut s'écrire de la façon suivante :
réaction globale des enzymes utilisant la thiamine
Comment agit la thiamine ? La liaison carbonyle (oxo) est électriquement déséquilibrée, l'oxygène attirant les électrons. Ces carbones ont donc tendance à être positifs.
La thiamine va stabiliser une forme où le carbone qui va perdre le groupe R2 devient négatif (carbanion voirthiamine paragraphe Chimie) : il pourra y avoir alors une réaction entre le carbone + du carbonyle et le carbone - stabilisé par la thiamine. Le schéma réactionnel peut être le suivant :
réaction globale mettant en évidence le rôle intermédiaire de la thiamine pyrophosphate nommée TPPYlide forme du TPP
Le mécanisme précis est bien décrit de la façon suivante :
Dans plusieurs réactions, y compris celle de la pyruvate déshydrogénase, de l'alpha-cétoglutarate déshydrogénase et de la transcétolase, le TPP catalyse la réaction de décarboxylation réversible (alias clivage d'un composé substrat au niveau d'une liaison carbone-carbone reliant un groupe carbonyle à un groupe réactif adjacent - généralement un groupe carboxylique acide ou un alcool). Il y parvient en quatre étapes de base :
Le carbanion de l'ylure de TPP attaque de manière nucléophile le groupe carbonyle sur le substrat. (Cela forme une liaison simple entre le TPP et le substrat.)
La liaison cible sur le substrat est rompue et ses électrons sont poussés vers le TPP. Cela crée une double liaison entre le carbone du substrat et le carbone TPP et pousse les électrons de la double liaison N-C dans le TPP entièrement sur l'atome d'azote, le réduisant d'une forme positive à une forme neutre.
Dans ce qui est essentiellement l'inverse de la deuxième étape, les électrons repoussent dans la direction opposée formant une nouvelle liaison entre le carbone du substrat et un autre atome. (Dans le cas des décarboxylases, cela crée une nouvelle liaison carbone-hydrogène. Dans le cas de la transcétolase, cela attaque une nouvelle molécule de substrat pour former une nouvelle liaison carbone-carbone.)
Dans ce qui est essentiellement l'inverse de la première étape, la liaison TPP-substrat est rompue, reformant l'ylure TPP et le substratcarbonyle.
Mécanisme électronique d'action de thiamine pyrophosphate
Ces enzymes appartiennent notamment à la voie despentoses-phosphate et au cycle deCalvin. Il ne s'agit en aucun cas de cétolases malgré le nom consacré car, dans une cétolisation, c'est le carbone en alpha de la fonction oxo qui agit sur une autre fonction oxo.
Ce complexe enzymatique est composé de plusieurs enzymes. La première, enzyme à thiamine pyrophosphate, réalise la décarboxylation du pyruvate en éthanal (acétaldéhyde) qui est ensuite oxydé. Cette même réaction est réalisée dans la fermentation éthanolique, l'éthanal étant alors réduit enéthanol.Le schéma général présenté ci-dessus n'est pas facile à appliquer. En voici une présentation qui le reprend en inversant le sens :
Décarboxylation du pyruvate
Note : Les fonctions oxo sont développées par deux OH portés par le même carbone pour pouvoir expliquer la réaction.
Dans lafermentation butanediolique, une grande partie de l'acide pyruvique est transformé en 2,3-butanediol par l'intermédiaire de la 3-hydroxybutanone. La condensation de deux acides pyruvique (pyruvate) est nécessaire, le composé obtenu étant décarboxylé deux fois. La première étape met en jeu une enzyme à TPP donnant l'α-acétolactate (2-hydroxy-2-méthyl-3-céto-butanoïque) dont la décarboxylation simple, en raison de la déstabilisation de la fonction carboxylique en β d'une fonction cétone, donne la 3-hydroxybutanone.
La réaction, toujours selon le même schéma, est la suivante.
Cette forme de thiamine joue un rôle biologique non enzymatique, mais important et mal connu, dans le tissu nerveux (conduction de l'influx nerveux etneurotransmission)[14],[20].
La carence en thiamine (avitaminose) est très rare dans les pays industrialisés où elle est surtout liée à l'alcoolisme chronique et des états de dénutrition[14]. Dans le monde, cette carence sévit dans des régions dénutries où le régime alimentaire est à base deriz blanc non enrichi (extrême orient,Inde), elle est moins fréquente en Amérique et Afrique tropicales. Dans le Pacifique, le béribéri s'observait encore à la fin duXXe siècle dans l'île de Nauru[21].
Les simples déficits (insuffisance par rapport aux recommandations) sont plus fréquents mais plus difficiles à évaluer en ce qui concerne leur importance et leurs conséquences[14],[22]. En France, selon une étude réalisée dans le Val-de-Marne en 1994, près de 8 % des enfants et adolescents, et 16 % des adultes seraient concernés[14],[23].
d'un défaut d'apport :anorexie, alcoolisme chronique, consommation exclusive de riz poli et d'aliments riches en thiaminases (poissons crus).
d'une malabsorption intestinale : alcoolisme chronique, résection de l'intestin grêle,chirurgie bariatrique, carence enfolates.
d'une augmentation des besoins : par augmentation de l'anabolisme (grossesse, allaitement, enfance, adolescence) ou ducatabolisme (activité physique intense,hyperthermie,hyperthyroïdie, états infectieux, traumatismes et interventions chirurgicales).
Les premières manifestations sont peu spécifiques (amaigrissement, anorexie, dépression, fatigue, insomnie, irritabilité) après un déficit d'environ trois semaines. Ces troubles sont précédés par des signes biologiques détectables vers le dixième jour[14].
Les signes cliniques caractéristiques surviennent au bout d'un mois, ils sont neurologiques ou cardiaques et s'aggravent progressivement[14].
L'évaluation biologique se fait en principe par deux tests biologiques[14], mais d'intérêt limité en pratique car reflétant mal le statut réel en thiamine[10].
le dosage du TPP (pyrophosphate de thiamine) dans le sang total ou les érythrocytes : un taux de 60-80 ng/mL suggère un déficit, et inférieur à 60 un état de carence.
le dosage de l'activité d'une enzyme érythrocytaire vitamine B1- dépendante, latranscétolase. Cette activité se mesure par un coefficient dit α-ETK .
Le dosage urinaire de la thiamine évalue l'apport alimentaire en thiamine. Chez l'adulte une excrétion urinaire de moins de 100 microgrammes/jour suggère un apport inadéquat, et de moins de 40 une situation de déficit[10].
Molécule de chlorydrate de thiamine en 3D : noir (carbone), blanc (hydrogène), rouge (oxygène), bleu (azote), jaune (soufre), vert (chlore).
La vitamine B1 par voie orale (chlorhydrate de thiamine, mononitrate de thiamine) fait partie de la liste des médicaments essentiels de l'Organisation mondiale de la santé (liste mise à jour en juillet 2023)[25].
En traitement curatif, la thiamine s'administre sous la forme de chlorhydrate de thiamine parvoie parentérale pour traiter la polynévrite carentielle et l'encéphalopathie de Gayet-Wernicke. Dans l'alcoolisme chronique, les carences vitaminiques sont multiples, et il faut associer les vitaminesPP,B6,B9 etB12. La thiamine injectable est aussi utilisée aprèschirurgie bariatrique, et en cas devomissements gravidiques[11],[14].
La toxicité de la thiamine est nulle ou très faible parvoie orale, car si les reins fonctionnent bien, l'excès de thiamine est immédiatement excrété par les urines. Chez les humains, la thiamine peut être administrée par voie orale de façon prolongée, sans effets secondaires, à des doses quotidiennes de plusieurs centaines de milligrammes[11].
En revanche, son administration parvoie parentérale peut causer des accidents allergiques (sensation de chaleur, urticaire…), voire unchoc anaphylactique dit choc thiaminique. Ce dernier accident, très rare mais très grave, peut survenir à des doses supérieures à 100-300 mg par jour et plus souvent au delà de 500 mg par jour, lors d'injection intraveineuse[11].
L'administration de thiamine doit être prudente en cas d'insuffisance rénale ou d'antécédents allergiques[11].
La thiamine est largement répandue dans les produits naturels, mais en trop faible quantité pour rentabiliser une extraction à partir de sources naturelles. Dès lors la thiamine est produite parchimie de synthèse[11].
Il existe plusieurs voies de synthèse pour la vitamine B1. La premièresynthèse totale date de 1936.
Diamine de Grewe, utilisée dans la synthèse industrielle de la thiamine
Merck & Co. adapte en 1936 à l'échelle industrielle la synthèse en laboratoire. Ils peuvent ainsi synthétiser la thiamine àRahway an 1937[29]. Une voie de synthèse alternative est cependant découverte[30] dès 1937, utilisant de ladiamine de Grewe (c'est-à-dire de la4-amino-2-méthyl-5-pyrimidineméthanamine).Hoffman-La Roche étudie cette synthèse et des procédés de fabrication compétitifs voient le jour. L'optimisation de cette synthèse par divers procédés reste d'intérêt[29],[31].
Dans l'espace économique européen, la thiamine est enregistrée selon le règlementREACH et entre 100 et 1000 tonnes en sont produites ou importées annuellement[32].
La vitamine B1 est nécessaire à la plupart des êtres vivants, et un déficit en thiamine a été signalé dans de nombreuses espèces animales domestiques, mais aussi sauvages : chez les mammifères (renard argenté) , les oiseaux (mouette,eider), reptiles (alligator), poissons (saumon,truite,anguilles), et même lamoule commune[33],[34].
Un gaspareau (Alosa pseudoharengus) dulac Michigan.
Ce déficit en thiamine est en augmentation dans le monde animal, y compris lavie sauvage, mais cela ne se traduit pas par une augmentation chez les humains. Chez l'animal, les principales causes seraient les modifications environnementales et lechangement climatique qui rend la thiamine moins disponible, ainsi qu'une alimentation inadéquate : par exemple dans la région desGrands lacs, les truites et saumons qui ont pour proie desgaspareaux, uneespèce envahissante de petits poissons dont la chair est riche enthiaminases[33],[34].
Chez lesruminants, toutes lesvitamines B sont synthétisées par lemicrobiote durumen[35]: pour la thiamine 90 % est synthétisée par ces microbiotes, 10 % provient des aliments[36]. En principe, les ruminants n'ont pas besoin que les vitamines B soient apportées par l'alimentation[35]. Cependant ces microbiotes peuvent être perturbés par un déséquilibre tel que l'acidose ruminale[37], avec un risque de déficit en thiamine[36].
Chez lavache laitière, cette acidose ruminale peut être provoquée par des aliments hautement concentrés pour une plus grande production de lait (qui ne peut pas être obtenue par lefourrage habituel)[37]. Ces animaux peuvent souffrir de divers troubles métaboliques et lésions inflammatoires, susceptibles d'être prévenus par une supplémentation en thiamine ou vitamine B1[36],[37].
↑S.Hercberg, P.Preziosi, P.Galan et M.Devanlay, « Vitamin status of a healthy French population: dietary intakes and biochemical markers »,International Journal for Vitamin and Nutrition Research. Internationale Zeitschrift Fur Vitamin- Und Ernahrungsforschung. Journal International De Vitaminologie Et De Nutrition,vol. 64,no 3,,p. 220–232(ISSN0300-9831,PMID7814238,lire en ligne, consulté le)
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