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