Masticateur artificiel (AM2)

Les premières étapes de la transformation d’un aliment en vue de son assimilation par l’organisme ont lieu pendant la mastication. Cette étape initiale de la digestion conditionne les possibilités de consommation de cet aliment pour un individu donné. Cependant, l’accès à l’intérieur de la bouche n’est pas possible dans des conditions normales pendant la mastication. La plateforme AM2 permet une approche expérimentale in vitro de la mastication.

Le rôle majeur de la mastication est de transformer l’aliment en un bol alimentaire destiné à être dégluti. Cette étape est accomplie par la réduction mécanique de l’aliment en particules de petite taille. Cette réduction est associée à une lubrification du bol par la salive et par les fluides libérés par l’aliment au cours de sa dégradation. Le bol alimentaire ainsi constitué est un mélange à la fois cohésif et visqueux, dont les éléments adhèrent entre eux mais pas sur les muqueuses buccales. Le bol peut ainsi glisser doucement contre les parois du pharynx au cours de la déglutition tout en évitant l’échappement de particules dans la trachée. La constitution du bol alimentaire au cours de la mastication implique l’intervention d’activités de natures diverses non seulement mécaniques mais aussi chimiques et enzymatiques.

Les inventeurs de AM2 sont : Pr Alain Woda (PHD), Marie Agnès Peyron (PHD), Anne Mishellany (PHD), Olivier François (Eng.), Monique Alric (PHD) & Lionel Batier (PHD).

L’AM2 a été élaboré pour répondre à des demandes variées issues des domaines de la Recherche Fondamentale, de la Pharmacie, de l’Alimentation Animale, des secteurs Médical ou Dentaire, en permettant de s’affranchir des contraintes inhérentes aux études réalisées in vivo.

1. La recherche fondamentale est un domaine où l’utilisation de l’AM2 est très appropriée et peut apporter de nombreuses informations tant sur le plan de l’étude de la physiologie de la mastication d’une population ciblée que dans le domaine de recherches d’intérêt nutritionnel par exemple. En effet, le contrôle des différents paramètres de mastication permet d’évaluer les conséquences de différents facteurs sur la formation du bol alimentaire (présence ou non de dents, salive, forces musculaires simulant différentes populations … etc). La collecte de la totalité du bol après mastication par AM2, associée à l’ajout de salive artificielle, présente des atouts majeurs en termes d’analyse des caractéristiques physico-chimiques du bol alimentaire, à tout moment. Enfin, des études nutritionnelles peuvent être envisagées puisque la collecte du bol et des liquides libérés permet une analyse chimique des composés présentant un intérêt sur le plan nutritionnel.
2. Les entreprises agro-alimentaires doivent répondre aux exigences des consommateurs à savoir garantir à la fois les qualités sanitaires, sensorielles et diététiques des produits. Le développement de nouveaux produits nécessite l’optimisation conjointe des qualités organoleptiques (texture, couleur, flaveur…) et des qualités nutritionnelles. L’utilisation de l’AM2 peut fournir à l’industrie agro-alimentaire, par exemple, des solutions pour enrichir sa stratégie actuelle de développement de nouveaux produits. Il peut en effet apporter une meilleure connaissance de la dégradation mécanique, des modifications de la structure de l’aliment en bouche. Ces informations peuvent permettre d’adapter la texture et l’aliment aux besoins nutritionnels et aux aptitudes physiologiques de la population ciblée, tout en conservant l’aspect hédonique du produit alimentaire.
3. L’industrie pharmaceutique peut être intéressée par l’utilisation de l’AM2 qui permet d’évaluer le comportement en bouche de formulations galéniques diverses.
4. L’alimentation animale pourrait bénéficier de l’AM2 puisque la réalisation de mâchoires adaptées à l’espèce concernée peut permettre de tester la « masticabilité » et l’évolution des aliments in vitro.
5. Dans le domaine médical, une meilleure appréhension de la physio-pathologie de la mastication chez des personnes présentant des facteurs de risques peut être attendue (édentement, suites de traumatismes, pathologies buccales associées au vieillissement ou à un trouble neuro-moteur, et a fortiori au cumul d’un ou de plusieurs de ces facteurs). L’AM2 peut également fournir les informations dans les domaines qui sont inaccessibles au cours d’expérimentations humaines (sujets non coopérants, textures de bols pouvant compromettre la déglutition). Les populations concernées sont nombreuses et les répercussions d’une mauvaise mastication sur l’état de santé général sont importantes et sont sous-estimées. En France, par exemple, on évalue à 2 millions le nombre d’édentés totaux à beaucoup plus le nombre de personnes dépendantes, et à encore beaucoup plus le nombre de personnes cumulant ces deux facteurs de risques.
6. Dans le domaine dentaire, tester les matériaux utilisés (céramiques, résines, métaux…) dans des conditions de mastication est une nécessité. Les arcades dentaires peuvent être équipées de moignons de dents sur lesquels des reconstitutions de couronnes peuvent être installées pour des tests de résistance à l’usure, par exemple.

La technologie utilisée assure simplicité et robustesse à l’AM2 tout en permettant la simulation et le réglage des principaux paramètres de la mastication qui permettent l’adaptation à la texture de l’aliment sont la force générée par les muscles masticateurs, le nombre de cycles (nombre de coup de dents), la durée de la séquence de mastication (de la mise en bouche de l’aliment jusqu’à sa déglutition), ou encore la fréquence de mastication (rythme). Le fonctionnement de l’AM2 est fondé sur l’affrontement de deux mâchoires, l’une fixe, l’autre mobile, chacune porteuse d’une « arcade dentaire ». Ces « arcades dentaires » présentent une surface masticatoire comparable aux surfaces dentaires utilisées lors de la mastication humaine. Elles ne reproduisent pas l’anatomie humaine mais ont été conçues pour imposer à l’aliment les mêmes types de contraintes de cisaillement et de compression que celles développées in vivo. Ces mâchoires sont actionnées par des moteurs eux-mêmes asservis par automate (voir l'animation).

2. Paramètres contrôlés :
Les paramètres sont contrôlés à partir de l’interface informatique, ce qui autorise leur maîtrise par l’expérimentateur. Les principaux paramètres dont le choix dépend de l’expérimentateur sont :

• le type de contraintes appliquées à l’aliment : cisaillement/compression associés au type de mouvements qui reproduisent la circumduction, c’est à dire les mouvements verticaux et latéraux de la mâchoire inférieure.
• Le nombre de cycles masticatoires, la durée de ces cycles et la durée de la séquence de mastication.
• La gamme de forces à appliquer en fonction de l’aliment mastiqué.
• Une salive artificielle, de composition ajustable, est proposée. Son injection dans la chambre de mastication est réalisée par une pompe mécanisée contrôlant le rythme et le débit.
• La température de la chambre de mastication est également contrôlée.

3. Acquisition des données :
Les décours temporels des forces appliquées à l’aliment au cours de la mastication et de la température de la chambre de mastication sont enregistrés en continu.
Les différentes stratégies de réglage des paramètres de mastication peuvent être conservées et réutilisées.

4. Analyse du bol alimentaire :
Diverses analyses peuvent être réalisées sur la plateforme de mastication pour caractériser le bol alimentaire formé par l’AM2 :

• granulométrie du bol alimentaire par analyse de la distribution de la taille ou de la forme des particules.
• comportement rhéologique du bol alimentaire (plasticité, cohésion…etc).
• Autres analyses variées.

• Peyron MA, Santé-Lhoutellier V, François O, Hennequin M. Oral declines and mastication deficiencies cause alteration of food bolus properties. Food Funct. 21;9: 1112-1122, 2018.
• Roger-Leroi V, Mishellany-Dutour A, Woda A, Marchand M, Peyron MA. Substantiation of an artificial saliva formulated for use in a masticatory apparatus. Odontostomatol Trop. 35: 5-14, 2012.
• Mishellany-Dutour A, Peyron MA, Croze J, François O, Hartmann C, Alric M, Woda A. Comparison of food boluses prepared in vivo and by the mastication simulator : AM2. Food Quality and Preference, 22: 326-336, 2011.
• Woda A, Mishellany-Dutour A, Batier L, François O, Meunier JP, Reynaud B, Alric M, Peyron MA. Developpment and validation of a mastication simulator. Journal of Biomechanics, 43:1667-73, 2010.

<sub>Dr Véronique SANTELHOUTELLIER
Directrice de l’Unité QuaPA à INRAE

L’unité QuaPA, Qualité des Produits Animaux à INRAE, a bénéficié de l’expertise du plateau masticateur pour mener à bien ses recherches sur la conception d’aliments spécifiques pour la population âgée.</sub>