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Thermorégulation
Plan
1 Définition de la thermorégulation
Thermorégulation (1)Deux classes d’espèces animales
- Poïkilothermes = ectothermes (espèces primitives)� température centrale varie avec conditions extérieures� pas de mécanismes de régulation� métabolisme faible
- Homéothermes (espèces supérieures)- Homéothermes (espèces supérieures)� température interne constante� mécanismes de régulation� métabolisme élevé
Thermorégulation = mécanismes permettant à l’Homme de maintenir une température centrale proche de 37 °C
Thermorégulation (2)Température centrale = température du noyau
Température de l’écorce variable < température centrale
Milieu extérieur
Température rectale
Température buccale < 0,6°C
Température aisselle < 0,7°C
Température oreille interne => cerveau
Chaleur
Homéothermie, avantages et inconvénients
AvantageMétabolisme constant indépendant des conditions de température extérieures
InconvénientsAdaptations � limitesAdaptations imparfaites chez enfantVariations de température centrale mal supportée� hypothermie, décès si < 30°C� hyperthermie, décès si > 43°C
Rythme nycthéméral
Variations physiologiques de la température centrale (1)
minimum maximum
Variations physiologiques de la température centrale (2)
Rythme menstruel chez la femme
Plan
1 Définition de la thermorégulation
2 Mécanismes d’adaptations
Mécanismes d’adaptation (1)
Température constante = 37 °C
Apports de chaleur = thermogénèse
APPORTS
Pertes de chaleur = thermolyse
PERTES
Mécanismes d’adaptation (2)ImmédiatsConduction
Echange thermique entre peau et objet à son contactFonction gradient chaleur Gain ou perte de température
ConvectionEchange thermique entre peau et fluide à son contact
RadiationTout corps chaud� radiations électromagnétiquesGain ou perte de température
Retardé mais rapideEvaporation
Changement d’état d’un corps� absorption ou perte de chaleurSolide � liquide et liquide� gaz = absorption de chaleur
Plan
1 Définition de la thermorégulation2 Mécanismes d’adaptations
3 Apports de chaleur3.2.1 Internes3.2.1 Internes3.2.2 Externes
Apports de chaleur interne (1)
Réactions métaboliques � exothermiquesAu repos = métabolisme de base � cœur, cerveau, foie ++Exercice musculaire � rendement mécanique 20-25 %
Course à pied => 1 heure 10 km/h
Au niveau du noyau
V’O2 = 2,5 L.min-1 => 150 L.h-1
150 x 4,8 = 720 KcalChaleur = 0,8 x 720 = 576 Kcal
Température = 50 °c
Apports de chaleur interne (2)
Différence température ≥ 2°C
Conduction
Noyau ���� écorce
- de proche en proche- lent et négligeable
Convection par le sang- sang = liquide de refroidissement de l’organisme- réchauffement dans les organes- refroidissement au niveau de la peau
Apports de chaleur externe
Environnement ou objets chaud - contact de la peau- rayonnements électromagnétiques
Transfert écorce� noyau
Plan1 Définition de la thermorégulation2 Mécanismes d’adaptation3 Apports de chaleur
4 Pertes de chaleur4.1 Conduction4.1 Conduction4.2 Convection4.3 Radiation4.4 Evaporation
Pertes de chaleur
Muqueuses respiratoires
PEAU
Obligatoiresindépendantes de la thermorégulation
Facultatives et très variablesliées à la thermorégulation
Conduction = K
Air mauvais conducteur
Pertes faibles
Pieds
Allongé sur sol froid � plus important
Convection = C
Peau – air
Rôle du vent ++
Echanges peau – eau >> peau- air
Neutralité thermique air = 25 °C et eau 32 °C
Diminution si vêtements
Au repos conduction + convection = 20% pertes calor iques
Radiation
Organisme = corps chaud
Importance de la température externeImportance de la température externe
Au repos, conditions ambiantes normales, radiations = 60% pertes caloriques
Conduction, convection, radiation
Importance variable selon masse corporelle � enfant > adultesurface échange / volume chaleur stocké � tête ++
Conduction, convection et radiation sont inefficace s si température externe > température corps
� tête ++
Evaporation (1)Eau chauffée, état liquide � gazeux
Pertes obligatoires non réguléesgradient de pression vapeur d’eau entre peau et extérieur++ si air sec
Voies respiratoires air inspiré � humidité 30-85 %air inspiré � humidité 30-85 %air expiré saturé en vapeur d’eaueau mucus et film liquidien alvéolairerepos, faibleeffort, hyperventilation++ si air secPeau perspiration cutanée insensiblemécanisme passif
Evaporation (2)Pertes facultatives régulées
Sudation Evaporation de la sueur � perte chaleur1 L sueur évaporé = - 580 Kal à l’organisme20% pertes caloriques repos � 80% effortRôle de l’humidité atmosphérique +++
débit sudoral indépendant évaporation sueur dépendantévaporation sueur dépendant� sudation augmentée
Glandes sudoripares++ face, paumes mains, plantes piedsSécrétion active de la sueurDébit variable 0 � 2-3 L.h-1
acétylcholine
Ultrafiltration plasmatique
Réabsorption Na+ et Cl-
Composition de la sueur
Na+
(mEq.L -1)Cl-
(mEq.L -1)K+
(mEq.L -1)Mg++
(mEq.L -1)
Osmolarité(mOsm.L -1)
Sueur 40-60 30-60 4-5 1,5-5 80-185
Plasma 140 100 4 1,5 300
Muscle 9 8 162 31 300
Plan1 Définition de la thermorégulation2 Mécanismes d’adaptation3 Apports de chaleur4 Pertes de chaleur
5 Lutte contre la chaleur5.1 Mécanismes
5.1.1 Diminution gains chaleur5.1.2 Augmentation pertes chaleur
5.1.2.1 Vasodilatation cutanée5.1.2.2 Augmentation de la sudation
Bilan thermique de l’organisme
Température externe > 35 °c � > température cutanée � rayonnement et convection réchauffent la peau
Externe
KCRE
MKCR Thermolyse
ThermolyseThermogénèse
Diminuer les gains de chaleur
Limités
Apport interne � repos
Apports externes
Vêtements adaptésDiminution exposition soleil
Plan1 Définition de la thermorégulation2 Mécanismes d’adaptation3 Apports de chaleur4 Pertes de chaleur5 Lutte contre la chaleur
5.1 Mécanismes5.1 Mécanismes5.1.1 Diminution gains chaleur
5.1.2 Augmentation pertes chaleur5.1.2.1 Vasodilatation cutanée5.1.2.2 Augmentation de la sudation
Vasodilatation cutanéeEfficace si température peau > température externe
But � augmentation volume sanguin sous-cutané- gradient températures cutanée/externe augmenté- quantité sang refroidie augmenté- face, mains, pieds ++
Mécanismes nerveux et humorauxMécanismes nerveux et humoraux- système orthosympathique
baisse tonus � vasodilatation passivefibres vasodilatatrices
- bradykinine
Balance circulatoire = redistribution sanguine
Efficacité modeste � 20 Kcal.h-1
Augmentation de la sudation (1)
Avantages - Evaporation de la sueur très efficace- pH acide � effets antibactérien et antifungique
Inconvénients Inconvénients - Risque déshydratation � perte poids
- Diminution capacité travail et performance- Diminution sudation et risque hyperthermie
Prévention déshydratation- Hydratation régulière avant la soif- Apports petites quantités- Boissons peu concentrées, fraîches non glacées
0+5
+10
+15
%DC (L.min-1)VES (ml)FC (bpm)
Pendant effort
Augmentation de la sudation (2)
1 3 5 1 3 5 1 3 5Perte de poids
%
-10
0-5
-15
D’après Rowell 1977FC = fréquence cardiaqueVES = volume d’éjection systoliqueDC= débit cardiaque
Plan1 Définition de la thermorégulation2 Mécanismes d’adaptation3 Apports de chaleur4 Pertes de chaleur5 Mécanismes de la thermorégulation
5.1 Réactions thermorégulatrices5.1.1 But5.1.1 But5.1.2 Zone confort thermique5.1.3 Zone de régulation au froid5.1.4 Zone de régulation au chaud
M’ ± R’ ± K’ ± C’ – E’ =0
But des réactions thermorégulatrices
Thermogénèse = thermolyse
M’C’
E’
E’
M’ = thermogénèse ou métabolismeC’ = convection K’ = conductionR’= radiationE’= évaporation
C’ R’+K’
Dépense énergétique
Kcal.min -1
D’après Giaja25°C
Neutralité thermique
Zone de confort thermique
T ambiante °C
Régulation au froid
Régulation au chaudConfort thermique = 20-32° C
M’= R’+ C’+ E’20 32
VasodilatationVasoconstriction
Plan1 Définition de la thermorégulation2 Mécanismes d’adaptation3 Apports de chaleur4 Pertes de chaleur5 Mécanismes de la thermorégulation
5.1 Réactions thermorégulatrices5.1.1 But5.1.2 Zone confort thermique5.1.3 Zone de régulation au froid
5.1.1.1 Augmentation de la thermogénèse5.1.1.2 Limitation pertes de chaleur
5.1.4 Zone de régulation au chaud
Zone de régulation au froid
Augmentation de la thermogénèse et/ou de l’apport de chaleur
� Température extérieure limite 15°C � Température extérieure limite 15°C
Limitation de la déperdition de chaleur
Augmentation de la thermogénèsele frisson musculaire
Contractions involontaires des muscles agonistes et antagonistes sans mouvement Energie � chaleur ++Méatbolisme basal x 3-5
Contractions brèves 10-12 par seconde Motoneurones α médullairesGénéralisation progressive
Maximal 34 °C de température centraleDisparition 30 °C de température centraleLimitation 3-5 heures
Augmentation de lathermogénèse chimique
Augmentation du métabolisme cellulaire
Mise en jeu rapideMise en jeu rapide
Noradrénaline puis adrénaline
Lipolyse de la graisse bruneNouveau-né ++, adulte ?
Glycogénolyse hépatique et musculaire
Augmentation de la thermogénèse, adaptations comportementales
Récupération d’énergie
Augmentation de l’ADS des aliments (protides++) Période post-prandiale
Exercice musculaire volontaire
Production de chaleurEfficacité ++Exposition courteApports énergétiques adaptés SI < 20°C coordination altérée
Diminution des pertes de chaleurvasoconstriction cutanée
Diminution température cutanéeLimiter échanges entre écorce et noyau
NoradrénalineDiminution masse sanguine sous-cutanéeDiminution masse sanguine sous-cutanéeVasoconstriction et circulation sanguine à contre courant Dimnution pertes par R’,C’ et K’Mains et pieds ++++ si température ambiante > 22 °CRisques engelures
Diminution des pertes de chaleur,horripilation cutanée et arrêt sudation
HorripilationErection des poils Création d’une couche d’air isolanteMécanisme adrénergiqueMécanisme adrénergiquePeu efficace chez Homme
Diminution ou arrêt sudation
Adaptations comportementales
Diminution de la surface d’échange peau/extérieur Prosition recroquevillée
HabitatVêtements
Rôle indispensable +++
Plan1 Définition de la thermorégulation2 Mécanismes d’adaptation3 Apports de chaleur4 Pertes de chaleur5 Mécanismes de la thermorégulation
5.1 Réactions thermorégulatrices5.1.1 But5.1.1 But5.1.2 Zone confort thermique5.1.3 Zone de régulation au froid5.1.4 Zone de régulation au chaud
5.1.1 Diminution des gains de chaleur5.1.2 Augmentation élimination de chaleur
Zone de régulation au chaud
Diminution des gains de chaleur
Chaleur de la thermogénèseTempérature extérieure
Augmentation de l’élimination de chaleur
Risques hyperthermie et déshydratation
Diminution des gains de chaleur
Augmentation échanges par R’, C’ et K’
Métabolisme basal minimalLutte contre chaleur l’augmente peu
Augmentation échanges par R’, C’ et K’Gradient température extérieure / température cutanéeTempérature extérieure > 35 °C � gain de chaleur
Augmentation élimination de chaleur(1)
Vasodilatation par diminution tonus orthosympatique et stimulation fibres cholinergiques
Anastomoses vasculaires
Température cutanée ≤ 35 °CTempérature cutanée ≤ 35 °C
Gradient entre noyau / écorce
Augmentation élimination de chaleur (2)
Evaporation de la sueur
Seul mécanisme efficace si > 35°C
Chaleur métabolique et produite par K’ et R’ �E’=M’+C’+K’+R’
Efficace ++ si ambiance séche
Déshydratation
Augmentation élimination de chaleur (3)
Adaptations comportementales
Vêtements clairs, amples, chapeau
Protection contre exposition
Habitats
Hydratation
Plan1 Définition de la thermorégulation2 Mécanismes d’adaptation3 Apports de chaleur4 Pertes de chaleur5 Mécanismes de la thermorégulation
5.1 Réactions thermorégulatrices5.1 Réactions thermorégulatrices5.2 Centres et voies de la thermorégulation
5.2.1 Boucles de rétrocontrôles5.2.2 Thermorécepteurs
5.2.2.1 Centraux5.2.2.2 Périphériques
5.2.3 Thermorégulation au froid5.2.4 Thermorégulation au chaud
Boucles de rétrocontrôles
Variable = témpérature centrale
Thermorécepteurs � variation température centralepar rapport à température de consigneconsigne
CentresHypothalamus antérieur et postérieurComparaison à valeur cible
Thermorégulation adaptée
Plan1 Définition de la thermorégulation2 Mécanismes d’adaptation3 Apports de chaleur4 Pertes de chaleur5 Mécanismes de la thermorégulation
5.1 Réactions thermorégulatrices5.1 Réactions thermorégulatrices5.2 Centres et voies de la thermorégulation
5.2.1 Boucles de rétrocontrôles5.2.2 Thermorécepteurs
5.2.2.1 Centraux5.2.2.2 Périphériques
5.2.3 Thermorégulation au froid5.2.4 Thermorégulation au chaud
Thermorécepteurs (1)
Température optimale de réponseDétection variation températureAu chaud ou au froid
Localisation anatomique� centraux ou périphériques
Thermorécepteurs (2)Centraux Dans le noyauHypothalamus antérieur� température centrale � sensibles ++ au chaud� si température augmente fréquence décharge augmente
PériphériquesPériphériquesChaud et froidRécepteurs froid >> chaudRéponses statique et dynamiqueEfficaces si - variation rapide température cutanée- variation débit chaleur traversant la peauInertie thermique � délai d’adaptation température centrale
Plan1 Définition de la thermorégulation2 Mécanismes d’adaptation3 Apports de chaleur4 Pertes de chaleur5 Mécanismes de la thermorégulation
5.1 Réactions thermorégulatrices5.1 Réactions thermorégulatrices5.2 Centres et voies de la thermorégulation
5.2.1 Boucles de rétrocontrôles5.2.2 Thermorécepteurs
5.2.2.1 Centraux5.2.2.2 Périphériques
5.2.3 Thermorégulation au froid5.2.4 Thermorégulation au chaud
Thermorégulation au froid(1)
Centre � hypothalamus postérieur
Récepteurs hypothalamiques moins sensibles que ceux au chaud
Récepteurs cutanés au froidFréquence décharge
La boucle de rétrocontrôle
froidFréquence déchargemaximale 20-30 °C
EffecteursOrthosympathique + médulllosurrénale
�vasoconstriction�horripilation�thermogénèse
Voies extrapyramidales (motoneurones α)�frisson
froid
Thermorégulation au froid
Récepteurs au froid
HypothalamuspostérieurTempérature
sangmotoneurones
α médullaires
Orthosympathique
médullosurrénale
Peau
frisson
Horripilation
Adipocytesvasoconstriction
Adrénaline
Thermorégulation au froid (2)
Homme nu au repos 15°C
Hypothermie
Si eau, pertes par convection ++
Les limites de la thermorégulation au froid
Si eau, pertes par convection ++
Température centrale < 33 °C perte connaissance< 30 °C perte thermorégulation< 28 °C arythmie cardiaque
< 25°C chirurgie en hypothermie contrôlée
Plan1 Définition de la thermorégulation2 Mécanismes d’adaptation3 Apports de chaleur4 Pertes de chaleur5 Mécanismes de la thermorégulation
5.1 Réactions thermorégulatrices5.1 Réactions thermorégulatrices5.2 Centres et voies de la thermorégulation
5.2.1 Boucles de rétrocontrôles5.2.2 Thermorécepteurs
5.2.2.1 Centraux5.2.2.2 Périphériques
5.2.3 Thermorégulation au froid5.2.4 Thermorégulation au chaud
Thermorégulation au chaud (1)
Centre � hypothalamus antérieur
Récepteurs cutanés au chaudPlage d’activité largeFréquence décharge
La boucle de rétrocontrôle
Fréquence déchargemaximale 38-42 °C
EffecteursStimulation cholinergique� sudation
Inhibition orthosympathique� vasodilatation
chaud
Thermorégulation au chaud
Récepteurs au chaud
HypothalamusantérieurTempérature
sang
Orthosympathique
Hypothalamus postérieur-
Peau
Peau
Glandes sudoripares
Acétylcholine
vasodilatation
Noradrénaline
Acétylcholine
Thermorégulation au chaud (2)Les limites de la thermorégulation au chaud
Hyperthermie � thermogénèse > thermolysePhysiologique exercice musculaire
durée et intensité> 20-30 minutes� 38-40°Cdéshydratationentraînement
Pathologique> 40 °C => coup de chaleur++ nourrisson, personne âgée, exerciceambiance humide ++déshydratation� thermolyse limitée> 42°C troubles neurologiques, chute tension, sudation impossible> 44-45°Crefroidir, réhydrater, hospitaliser
Thermorégulation au chaud (3)Les limites de la thermorégulation au chaud
La fièvre Mécanismes de régulation défaillantsTempérature de consigne augmentéeInfection et cellules immunitaires � cytokines Trois phasesTrois phasesMontée thermique
� température centrale < consigne� froid, frissons, pâleurPlateau thermique
� «bien-être» si pas > 41°CDéfervescence thermique
température centrale > consigne� thermolyse avec sudation et vasodilatation
Plan1 Définition de la thermorégulation2 Mécanismes d’adaptation3 Apports de chaleur4 Pertes de chaleur5 Lutte contre la chaleur6 Centres et voies de la thermorégulation7 Acclimatation
Acclimatation Adaptations à long terme en dehors des modifications comportementales
Mal connues
Acclimatation au froidInitiale � hormones thyroïdiennes et cortico-surrénales Métabolisme de base augmentéMétabolisme de base augmentéAugmentation couche graisseuse sous-cutanéeVasoconstriction « tournante »
Acclimatation au chaudSudation plus efficace
Glandes hypertrophiéesSueur + hypotonique (réabsorption sel ++)Meilleure répartition