Plan. 1 Définition de la thermorégulation

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1 Thermorégulation

2 Plan 1 Définition de la thermorégulation

3 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) température interne constante mécanismes de régulation métabolisme élevé Thermorégulation = mécanismes permettant à l Homme de maintenir une température centrale proche de 37 C

4 Thermorégulation (2) Température centrale = température du noyau Température de l écorce variable < température centrale Milieu extérieur Chaleur Température rectale Température buccale < 0,6 C Température aisselle < 0,7 C Température oreille interne => cerveau

5 Homéothermie, avantages et inconvénients Avantage Métabolisme constant indépendant des conditions de température extérieures Inconvénients Adaptations limites Adaptations imparfaites chez enfant Variations de température centrale mal supportée hypothermie, décès si < 30 C hyperthermie, décès si > 43 C

6 Variations physiologiques de la température centrale (1) Rythme nycthéméral minimum maximum

7 Variations physiologiques de la température centrale (2) Rythme menstruel chez la femme

8 Plan 1 Définition de la thermorégulation 2 Mécanismes d adaptations

9 Mécanismes d adaptation (1) Température constante = 37 C APPORTS PERTES Apports de chaleur = thermogénèse Pertes de chaleur = thermolyse

10 Mécanismes d adaptation (2) Immédiats Conduction Echange thermique entre peau et objet à son contact Fonction gradient chaleur Gain ou perte de température Convection Echange thermique entre peau et fluide à son contact Radiation Tout corps chaud radiations électromagnétiques Gain ou perte de température Retardé mais rapide Evaporation Changement d état d un corps absorption ou perte de chaleur Solide liquide et liquide gaz = absorption de chaleur

11 Plan 1 Définition de la thermorégulation 2 Mécanismes d adaptations 3 Apports de chaleur Internes Externes

12 Apports de chaleur interne (1) Au niveau du noyau Réactions métaboliques exothermiques Au repos = métabolisme de base cœur, cerveau, foie ++ Exercice musculaire rendement mécanique % Course à pied => 1 heure 10 km/h V O 2 = 2,5 L.min -1 => 150 L.h x 4,8 = 720 Kcal Chaleur = 0,8 x 720 = 576 Kcal Température = 50 c

13 Apports de chaleur interne (2) Noyau écorce Différence température 2 C Conduction - 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

14 Apports de chaleur externe Environnement ou objets chaud - contact de la peau - rayonnements électromagnétiques Transfert écorce noyau

15 Plan 1 Définition de la thermorégulation 2 Mécanismes d adaptation 3 Apports de chaleur 4 Pertes de chaleur 4.1 Conduction 4.2 Convection 4.3 Radiation 4.4 Evaporation

16 Pertes de chaleur Muqueuses respiratoires PEAU Obligatoires indépendantes de la thermorégulation Facultatives et très variables liées à la thermorégulation

17 Conduction = K Air mauvais conducteur Pertes faibles Pieds Allongé sur sol froid plus important

18 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 caloriques

19 Radiation Organisme = corps chaud Importance de la température externe Au repos, conditions ambiantes normales, radiations = 60% pertes caloriques

20 Conduction, convection, radiation Importance variable selon masse corporelle enfant > adulte surface échange / volume chaleur stocké tête ++ Conduction, convection et radiation sont inefficaces si température externe > température corps

21 Evaporation (1) Eau chauffée, état liquide gazeux Pertes obligatoires non régulées gradient de pression vapeur d eau entre peau et extérieur ++ si air sec Voies respiratoires air inspiré humidité % air expiré saturé en vapeur d eau eau mucus et film liquidien alvéolaire repos, faible effort, hyperventilation ++ si air sec Peau perspiration cutanée insensible mécanisme passif

22 Pertes facultatives régulées Sudation Evaporation (2) Evaporation de la sueur perte chaleur 1 L sueur évaporé = Kal à l organisme 20% pertes caloriques repos 80% effort Rôle de l humidité atmosphérique +++ débit sudoral indépendant évaporation sueur dépendant sudation augmentée Glandes sudoripares ++ face, paumes mains, plantes pieds Sécrétion active de la sueur Débit variable L.h -1 Réabsorption Na + et Cl - Ultrafiltration plasmatique acétylcholine

23 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 , Plasma ,5 300 Muscle

24 Plan 1 Définition de la thermorégulation 2 Mécanismes d adaptation 3 Apports de chaleur 4 Pertes de chaleur 5 Lutte contre la chaleur 5.1 Mécanismes Diminution gains chaleur Augmentation pertes chaleur Vasodilatation cutanée Augmentation de la sudation

25 Bilan thermique de l organisme Externe Température externe > 35 c > température cutanée rayonnement et convection réchauffent la peau M K C R Thermogénèse Thermolyse Thermolyse K C R E

26 Diminuer les gains de chaleur Limités Apport interne repos Apports externes Vêtements adaptés Diminution exposition soleil

27 Plan 1 Définition de la thermorégulation 2 Mécanismes d adaptation 3 Apports de chaleur 4 Pertes de chaleur 5 Lutte contre la chaleur 5.1 Mécanismes Diminution gains chaleur Augmentation pertes chaleur Vasodilatation cutanée Augmentation de la sudation

28 Vasodilatation cutanée Efficace 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 humoraux - système orthosympathique baisse tonus vasodilatation passive fibres vasodilatatrices - bradykinine Balance circulatoire = redistribution sanguine Efficacité modeste 20 Kcal.h -1

29 Augmentation de la sudation (1) Avantages - Evaporation de la sueur très efficace - ph acide effets antibactérien et antifungique 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

30 Augmentation de la sudation (2) Pendant effort +15 % FC (bpm) VES (ml) DC (L.min -1 ) Perte de poids % FC = fréquence cardiaque VES = volume d éjection systolique DC= débit cardiaque D après Rowell 1977

31 Plan 1 Définition de la thermorégulation 2 Mécanismes d adaptation 3 Apports de chaleur 4 Pertes de chaleur 5 Mécanismes de la thermorégulation 5.1 Réactions thermorégulatrices But Zone confort thermique Zone de régulation au froid Zone de régulation au chaud

32 But des réactions thermorégulatrices Thermogénèse = thermolyse E M ± R ± K ± C E =0 E M C M = thermogénèse ou métabolisme C = convection K = conduction R = radiation E = évaporation C R +K

33 Zone de confort thermique Dépense énergétique Kcal.min C Neutralité thermique D après Giaja Régulation au froid Confort thermique = C M = R + C + E Vasoconstriction Vasodilatation Régulation au chaud T ambiante C

34 Plan 1 Définition de la thermorégulation 2 Mécanismes d adaptation 3 Apports de chaleur 4 Pertes de chaleur 5 Mécanismes de la thermorégulation 5.1 Réactions thermorégulatrices But Zone confort thermique Zone de régulation au froid Augmentation de la thermogénèse Limitation pertes de chaleur Zone de régulation au chaud

35 Zone de régulation au froid Augmentation de la thermogénèse et/ou de l apport de chaleur Température extérieure limite 15 C Limitation de la déperdition de chaleur

36 Augmentation de la thermogénèse le frisson musculaire Contractions involontaires des muscles agonistes et antagonistes sans mouvement Energie chaleur ++ Méatbolisme basal x 3-5 Contractions brèves par seconde Motoneurones α médullaires Généralisation progressive Maximal 34 C de température centrale Disparition 30 C de température centrale Limitation 3-5 heures

37 Augmentation de la thermogénèse chimique Augmentation du métabolisme cellulaire Mise en jeu rapide Noradrénaline puis adrénaline Lipolyse de la graisse brune Nouveau-né ++, adulte? Glycogénolyse hépatique et musculaire

38 Augmentation de la thermogénèse, adaptations comportementales Récupération d énergie Augmentation de l ADS des aliments (protides++) Période post-prandiale Exercice musculaire volontaire Production de chaleur Efficacité ++ Exposition courte Apports énergétiques adaptés SI < 20 C coordination altérée

39 Diminution des pertes de chaleur vasoconstriction cutanée Diminution température cutanée Limiter échanges entre écorce et noyau Noradrénaline Diminution masse sanguine sous-cutanée Vasoconstriction et circulation sanguine à contre courant Dimnution pertes par R,C et K Mains et pieds si température ambiante > 22 C Risques engelures

40 Diminution des pertes de chaleur, horripilation cutanée et arrêt sudation Horripilation Erection des poils Création d une couche d air isolante Mécanisme adrénergique Peu efficace chez Homme Diminution ou arrêt sudation

41 Adaptations comportementales Diminution de la surface d échange peau/extérieur Prosition recroquevillée Habitat Vêtements Rôle indispensable +++

42 Plan 1 Définition de la thermorégulation 2 Mécanismes d adaptation 3 Apports de chaleur 4 Pertes de chaleur 5 Mécanismes de la thermorégulation 5.1 Réactions thermorégulatrices But Zone confort thermique Zone de régulation au froid Zone de régulation au chaud Diminution des gains de chaleur Augmentation élimination de chaleur

43 Zone de régulation au chaud Chaleur de la thermogénèse Température extérieure Diminution des gains de chaleur Augmentation de l élimination de chaleur Risques hyperthermie et déshydratation

44 Diminution des gains de chaleur Métabolisme basal minimal Lutte contre chaleur l augmente peu Augmentation échanges par R, C et K Gradient température extérieure / température cutanée Température extérieure > 35 C gain de chaleur

45 Augmentation élimination de chaleur(1) Vasodilatation par diminution tonus orthosympatique et stimulation fibres cholinergiques Anastomoses vasculaires Température cutanée 35 C Gradient entre noyau / écorce

46 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

47 Augmentation élimination de chaleur (3) Adaptations comportementales Vêtements clairs, amples, chapeau Protection contre exposition Habitats Hydratation

48 Plan 1 Définition de la thermorégulation 2 Mécanismes d adaptation 3 Apports de chaleur 4 Pertes de chaleur 5 Mécanismes de la thermorégulation 5.1 Réactions thermorégulatrices 5.2 Centres et voies de la thermorégulation Boucles de rétrocontrôles Thermorécepteurs Centraux Périphériques Thermorégulation au froid Thermorégulation au chaud

49 Boucles de rétrocontrôles Variable = témpérature centrale Thermorécepteurs variation température centrale par rapport à température de consigne Centres Hypothalamus antérieur et postérieur Comparaison à valeur cible Thermorégulation adaptée

50 Plan 1 Définition de la thermorégulation 2 Mécanismes d adaptation 3 Apports de chaleur 4 Pertes de chaleur 5 Mécanismes de la thermorégulation 5.1 Réactions thermorégulatrices 5.2 Centres et voies de la thermorégulation Boucles de rétrocontrôles Thermorécepteurs Centraux Périphériques Thermorégulation au froid Thermorégulation au chaud

51 Thermorécepteurs (1) Température optimale de réponse Détection variation température Au chaud ou au froid Localisation anatomique centraux ou périphériques

52 Thermorécepteurs (2) Centraux Dans le noyau Hypothalamus antérieur température centrale sensibles ++ au chaud si température augmente fréquence décharge augmente Périphériques Chaud et froid Récepteurs froid >> chaud Réponses statique et dynamique Efficaces si - variation rapide température cutanée - variation débit chaleur traversant la peau Inertie thermique délai d adaptation température centrale

53 Plan 1 Définition de la thermorégulation 2 Mécanismes d adaptation 3 Apports de chaleur 4 Pertes de chaleur 5 Mécanismes de la thermorégulation 5.1 Réactions thermorégulatrices 5.2 Centres et voies de la thermorégulation Boucles de rétrocontrôles Thermorécepteurs Centraux Périphériques Thermorégulation au froid Thermorégulation au chaud

54 Thermorégulation au froid(1) La boucle de rétrocontrôle Centre hypothalamus postérieur Récepteurs hypothalamiques moins sensibles que ceux au chaud Récepteurs cutanés au froid Fréquence décharge maximale C froid Effecteurs Orthosympathique + médulllosurrénale vasoconstriction horripilation thermogénèse Voies extrapyramidales (motoneurones α) frisson

55 Thermorégulation au froid Récepteurs au froid Température sang Hypothalamus postérieur Orthosympathique médullosurrénale motoneurones α médullaires Peau Adrénaline frisson vasoconstriction Adipocytes Horripilation

56 Thermorégulation au froid (2) Les limites de la thermorégulation au froid Homme nu au repos 15 C Hypothermie 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

57 Plan 1 Définition de la thermorégulation 2 Mécanismes d adaptation 3 Apports de chaleur 4 Pertes de chaleur 5 Mécanismes de la thermorégulation 5.1 Réactions thermorégulatrices 5.2 Centres et voies de la thermorégulation Boucles de rétrocontrôles Thermorécepteurs Centraux Périphériques Thermorégulation au froid Thermorégulation au chaud

58 Thermorégulation au chaud (1) La boucle de rétrocontrôle Centre hypothalamus antérieur Récepteurs cutanés au chaud Plage d activité large Fréquence décharge maximale C chaud Effecteurs Stimulation cholinergique sudation Inhibition orthosympathique vasodilatation

59 Thermorégulation au chaud - Hypothalamus postérieur Température sang Hypothalamus antérieur Récepteurs au chaud Orthosympathique Peau vasodilatation Noradrénaline Acétylcholine Peau Acétylcholine Glandes sudoripares

60 Thermorégulation au chaud (2) Les limites de la thermorégulation au chaud Hyperthermie thermogénèse > thermolyse Physiologique exercice musculaire durée et intensité > minutes C déshydratation entraînement Pathologique > 40 C => coup de chaleur ++ nourrisson, personne âgée, exercice ambiance humide ++ déshydratation thermolyse limitée > 42 C troubles neurologiques, chute tension, sudation impossible > C refroidir, réhydrater, hospitaliser

61 Thermorégulation au chaud (3) Les limites de la thermorégulation au chaud La fièvre Mécanismes de régulation défaillants Température de consigne augmentée Infection et cellules immunitaires cytokines Trois phases Montée thermique température centrale < consigne froid, frissons, pâleur Plateau thermique «bien-être» si pas > 41 C Défervescence thermique température centrale > consigne thermolyse avec sudation et vasodilatation

62 Plan 1 Définition de la thermorégulation 2 Mécanismes d adaptation 3 Apports de chaleur 4 Pertes de chaleur 5 Lutte contre la chaleur 6 Centres et voies de la thermorégulation 7 Acclimatation

63 Acclimatation Adaptations à long terme en dehors des modifications comportementales Mal connues Acclimatation au froid Initiale hormones thyroïdiennes et cortico-surrénales Métabolisme de base augmenté Augmentation couche graisseuse sous-cutanée Vasoconstriction «tournante» Acclimatation au chaud Sudation plus efficace Glandes hypertrophiées Sueur + hypotonique (réabsorption sel ++) Meilleure répartition