Thermorégulation. Pr Bruno CHENUEL UE3 PACES
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- Hervé Bossé
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1 Thermorégulation Pr Bruno CHENUEL UE3 PACES
2 Plan Introduction Généralités Relation Température -Métabolisme Classification des animaux Bases de l Homéothermie A) La température corporelle : B) Les échanges thermiques : C) Réactions physiologiques au froid : D) Réactions physiologiques à la chaleur : E) Organisation générale de la thermorégulation : F) Un exemple particulier : la fièvre
3 Généralités : Tous les animaux produisent de la chaleur au cours des réactions biochimiques impliquées dans leur métabolisme. Les changements de température affectent l ensemble des processus physiologiques. (une augmentation de la température accélère la plupart des réactions biochimiques- Loi d Arrhenius) D où températures compatibles avec la vie «active»
4 Pour les animaux, 2 familles distinctes : ECTOTHERMES : faible métabolisme, incapables d élever de façon significative T. corporelle par rapport à T. ambiante. «Animaux à sang froid» (invertébrés, poissons, amphibiens, reptiles) Tc fluctue avec Ta d où poïkilothermes. ENDOTHERMES : métabolisme élevé, Tc >> Ta «Animaux à sang chaud» (Mammifères, oiseaux) Homéothermes = Tc constante, Hétérothermes = Tc peut varier (hibernants)
5 Température corporelle Ectothermes Poïkilothermes Endothermes Homéothermes Température ambiante
6 !Homéothermie : apparue tardivement dans l évolution. indépendance vis à vis du milieu extérieur (vitesses de réactions biochimiques constantes). Pas d appareil particulier, adaptations des fonctions existantes (et comportementales). Chez les homéothermes, température constante mais différente selon les espèces Homme: 37 C; Chien, rat: 38 C; Eléphant: 36 C; Vache: 39 C; Poule: 41,5 C Notion de Température CENTRALE
7 Condition de l Homéothermie = régulation de la température centrale pour qu elle soit maintenue constante. Pour cela : Gains de Chaleur = Pertes de Chaleur
8 Production interne de Chaleur Les bases de l homéothermie THERMOGENESE GAINS de CHALEUR Température du noyau central Chaleur totale du corps PERTES de CHALEUR Charge thermique externe Environnement extérieur Thermolyse
9 A) La température corporelle : 1 Distinction Noyau-Enveloppe : " " " "
10 On distingue deux compartiments : Le «noyau central»: partie interne du corps, où production de chaleur métabolique (contenu du thorax, abdomen, parties profondes de la tête et des membres). Température homogène dite «centrale». L «enveloppe» ou «écorce», autour du noyau central. Transferts de chaleur du noyau vers la surface cutanée. Température inférieure à la température centrale. L étendue du noyau et l épaisseur de l enveloppe peuvent varier sensiblement et de façon réciproque.
11
12 2 La température centrale: a) Mesure, valeurs: 4 sites de saisie de la température centrale: Température rectale - reste la référence en France Température buccale : en moyenne inférieure de 0,4 C/ Tr Température axillaire : 0,3 à 0,8 C de moins que Tr Température tympanique, reflet de la température centrale (Mesure du rayonnement infra-rouge émis par le tympan et le conduit auditif, proportionnel à la température) " " " Thermomètres à Mercure interdits depuis 1999, remplacés par thermomètres électroniques et tympaniques. Chez l Homme : température centrale normale AU REPOS 37 ± 0,5 C
13 b) Variations physiologiques : " " "- nycthémérales (ou circadiennes) : sur 24 Heures Tc minimale en fin de nuit, avant 6 heures du matin maximale en fin d après-midi, après 18H Variations de l ordre de 0,4-0,5 C N existent pas chez le nouveau-né et inversées chez le travailleur de nuit. cf schéma
14
15 - niveau métabolique : Exercice musculaire +++ Tc pouvant atteindre 39 voire 41 C lors d efforts très intenses (marathon) - variations dans le cycle menstruel chez la Femme : de 0,5 C pendant la deuxième phase du cycle (phase progestative), après l ovulation (J14) et se maintient jusqu à la fin du cycle marquée par les règles. (Méthode Ogino de planification familiale naturelle, avant l arrivée de la contraception moderne) " cf schéma
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17 2 L enveloppe ou écorce : Couche interposée entre noyau central et ambiance. Comporte : les téguments, le tissu adipeux sous cutané, partie variable des membres. Température variable d un point à un autre et dans le temps mais inférieure à T.centrale. Epaisseur variable selon ambiance (importante en ambiance froide) ISOLANT THERMIQUE car tissus très mauvais conducteurs thermiques MAIS AUSSI rôle dans la DISSIPATION DE CHALEUR par la VASCULARISATION +++ (le sang se réchauffe au niveau des organes producteurs de chaleur et se refroidit au niveau de la peau).
18 Rôle de la vascularisation : Assure les ECHANGES THERMIQUES entre : - noyau et écorce - écorce et milieu ambiant Réseaux capillaires Shunts artério-veineux Circulation à contre-courant cf schéma
19 A V
20 Circulation intense ---> T.écorce se rapproche de T.centrale écorce MINCE Circulation réduite ---> T.écorce se rapproche de T.ambiante écorce EPAISSE
21 B) Les échanges thermiques: 1 Mécanismes des transferts de chaleur : Conduction Convection Rayonnement Evaporation + Noyau central Ecorce (Enveloppe)
22 a) Conduction Transfert de chaleur entre deux corps en contact Quantité de chaleur transférée fonction de la surface de contact, la conductivité thermique des tissus et différence de température. Conductivité thermique importante pour les métaux, faible pour les tissus (proche du liège), très faible pour l air (donc bon isolant thermique). Perception thermique dépendante du débit de chaleur transmise et donc de la conductivité thermique du corps touché (sensation de métal plus froid que bois).
23 b) Convection : Transfert de chaleur entre un corps et un fluide (gaz ou liquide) Convection naturelle : l air s échauffe au contact du corps, sa masse volumique diminue, devient plus léger et monte pour être remplacé par de l air frais venant du bas. (principe du chauffage domestique par radiateur=convecteur) Peu importante chez l Homme en air calme, surtout si habillement.
24 Convection forcée : Le renouvellement du fluide est augmenté (vent,courants marins ou simplement souffler pour refroidir). Principe du ventilateur. Effet de refroidissement du vent à peu près proportionnel à vitesse. Index Windchill. Echanges d autant plus importants que conductivité et différence de température élevées (C.eau=25xC.air). La limite de déperdition de chaleur par convection est atteinte lorsque la T.peau=T.ambiance.
25 Index WINDCHILL «Indice de refroidissement éolien» (Canada)
26 c) Rayonnement : Tout corps chaud (dont la température est supérieure au zéro absolu = 0 K, soit -273 C) émet un rayonnement électromagnétique. La longueur d onde du rayonnement émis est inversement proportionnelle à la température. (loi de Wien: max (µm) = 2898/T(K)). ---> Pour les objets qui nous entourent, de l Ultra-violet (soleil) à l infrarouge (surtout). Forme majeure de transport de chaleur dans l air, ne nécessitant pas de support matériel ou de contact. Pour l HOMME, émission de rayonnements INFRAROUGES mais aussi RECEPTION des autres rayonnements et donc transfert de chaleur+++.
27 Un rayonnement incident peut être : réfléchi transmis (diffusion) absorbé (corps noir) " " L énergie d un rayonnement: loi de Stephan-Boltzmann: " " "R (W/m 2 ) =. T 4 (K) Echanges thermiques par rayonnement = résultante de ce que le corps émet et de ce qu il reçoit. Sens : fonction de la différence de température entre ambiance et surface corporelle. Dépendent aussi de la surface corporelle exposée à l environnement.
28 d) Evaporation : Ne participe qu à la THERMOLYSE Le passage d une forme liquide à une forme gazeuse (eau/vapeur d eau) requiert une certaine quantité de chaleur (en absorbe) et conduit à un refroidissement. Chez l Homme, 1 g d eau = 0,58 kcal (chaleur latente de vaporisation) Selon 3 modalités : Evaporation pulmonaire : muqueuses respiratoires Perspiration insensible : peau au total : plus de 800 ml/jour ~ 450 kcal/j (pertes obligatoires) Sudation : évaporation de la sueur = élément clef de la lutte contre la chaleur chez l Homme. Fonction des besoins de la thermorégulation.
29 Sudation : Sécrétion active de sueur par les glandes sudoripares ECCRINES. ----> sur tout le corps mais plus grande concentration au niveau des paumes des mains et des pieds, front, creux axillaire. (Il faut les distinguer des glandes sudoripares apocrines, annexées à l appareil pilo-sébacé, localisées au niveau des plis axillaires, inguinaux et région génito-anale). glande sudoripare ECCRINE glande sudoripare apocrine
30 Sueur= solution voisine du plasma mais hypotonique. Débit sudoral très variable, plus de 10 l/j chez des sujets à l effort dans le désert. Thermolyse grâce à la sudation uniquement si évaporation de la sueur. Cette évaporation dépend de : T., hygrométrie, brassage de l air et surface d évaporation.
31 e) Mécanismes accessoires : Gains ou pertes de chaleur par: air inspiré aliments Pertes uniquement : selles, urines
32 Exemple des différents moyens de thermolyse chez un sujet au repos placé dans une pièce à 21 C
33 2 Bilan des échanges thermiques : L équation du bilan thermique : H M K C R - E O - E S = 0 Evaporation sueur Evaporation obligat. Rayonnement Convection Conduction Production métabolique de chaleur
34 Si la somme des termes n est pas égale à zéro : H M K C R - E O - E S = 0 Gains > Pertes + S Pertes > Gains - S Stockage de chaleur Déficit de chaleur
35 Perte de chaleur 1er stade Le noyau central se rétrécit La température centrale reste inchangée L enveloppe s épaissit, sa température de surface diminue
36 Perte de chaleur 2ème stade Le refroidissement de l écorce par sa surface ext. entraîne l abaissement de la température centrale La température centrale diminue Hypothermie
37 Agression par la chaleur 1 er stade Thermolyse inférieure aux gains L écorce s amincit, sa température augmente, elle «absorbe» l excédent de chaleur Le noyau central s étend La température centrale reste inchangée
38 Agression par la chaleur 2 ème stade Thermolyse inférieure aux gains L écorce, amincie à l extrême, ne peut plus contenir l excédent de chaleur. La température centrale augmente Hyperthermie
39 Notion de neutralité thermique : Zone de température ambiante pour laquelle, en régime permanent, organisme en EQUILIBRE PASSIF avec l ambiance, sans nécessité de mettre en œuvre aucun mécanisme régulateur et métabolisme minimal. Pour un sujet dévêtu au repos, sans vent relatif ~ 30 C (température cutanée autour de 33,5 C). Ce concept peut être étendu à un sujet habillé en activité (zone de confort thermique en milieu professionnel).
40
41 C) Réactions physiologiques au froid : 1 Augmentation de la thermogenèse 2 Réduction de la thermolyse
42 1 Augmentation de la thermogenèse a Le frisson thermique : Contractions musculaires sans mouvement. 10 à 12/sec. Pas de travail mécanique, production exclusive de chaleur. Accompagne les mouvements respiratoires (inspiration+++). Concerne les muscles masséters, ceinture scapulaire puis muscles para vertébraux et membres. Peut augmenter 3 à 5 fois le métabolisme mais épuisement. Pas de frisson thermique chez le nouveau-né
43 b Autres mécanismes (thermogenèse sans frisson): Augmentation globale du métabolisme : Hormones thyroïdiennes, surrénaliennes. Augmentation globale du tonus musculaire Chez le nouveau-né, production de chaleur par la graisse brune (nuque, région interscapulaire+++) sous l effet d adrénaline. Augmentation volontaire du métabolisme : exercice physique
44 2 Réduction de la thermolyse a Modifications circulatoires : Objectifs : Réduction de la température cutanée et limiter les échanges entre noyau et écorce. VASOCONSTRICTION adrénergique cutanée + circulation à contrecourant -----> diminution des déperditions thermiques+++ b Autres mécanismes : Amélioration de l isolation thermique : interposition d une couche isolante au contact de la peau ---> Vêtements chez l Homme > fourrure, horripilation adrénergique chez animaux (vestige archaïque non efficace chez l Homme) Réduction de la surface d échange : blottissement
45 D) Réactions physiologiques à la chaleur Augmentation de la thermolyse Réactions circulatoires: VASODILATATION cutanée pour augmenter T. peau. 2 Sudation : évaporation de la sueur Mécanisme de thermolyse très efficace surtout si chaleur sèche avec vent. Dépassé si air chaud et humide. Sudation déclenchée par stimulation sympathique (mais médiateur= acétylcholine), bloquée par l atropine.
46 E) Organisation de la thermorégulation Principe général = Boucle de rétro-contrôle. Les centres de la thermorégulation situés dans l HYPOTHALAMUS reçoivent des informations de thermorécepteurs qui apprécient la température et la comparent à une valeur de consigne (= valeur cible théorique, principe du thermostat). S il y a un écart, les centres vont mettre en jeu des mécanismes compensateurs pour le supprimer. Hypothalamus antérieur : activé par augmentation de température, réponse au chaud. Hypothalamus postérieur : baisse de température, réponse au froid.
47 Thermorécepteurs centraux : hypothalamus, moelle épinière, viscères (territoire splanchnique), évaluant la température centrale. Thermorécepteurs périphériques : cutanés (chaud, froid+ ++ et douleur) évaluant surtout les variations de la température cutanée.
48
49 La fièvre Due à une modification de la valeur de consigne du «thermostat central» hypothalamique. Le sujet réagit comme si agression par le froid car valeur de consigne élevée sous l action de substances pyrogènes (infections+++) agissant sur la thermosensibilité centrale par l intermédiaire de prostaglandines (inhibées par l aspirine).
50 3 phases: Montée thermique : lutte contre le froid ---> vasoconstriction cutanée, augmentation du métabolisme (adrénaline), frisson +++ Plateau thermique : T. centrale arrivée à la nouvelle valeur de consigne, les réactions cessent. Défervescence thermique : chute de la fièvre, retour à une valeur de consigne normale, mécanismes de lutte contre le chaud ---> vasodilatation, sudation+++, jusqu au retour à Tc normale.
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