Thermorégulation au froid

Thermor€gulation
• G•n•ralit•s
• Production et •changes thermiques chez
l’homme
• Thermor•gulation
• Exemples d’acclimatation
• Exemple du clocher thermique
G€n€ralit€s
Principes et limites de l’hom•othermie
Bases physiques des •changes thermiques
Hom€othermie
• Espƒce hom•otherme ≠ po…kilotherme
• Capacit• de maintenir une temp•rature centrale
constante
• N•cessite une r•gulation.
• Ne s’applique pas † la totalit• du corps mais
seulement au ‡ noyau ˆ
Hom€othermie
• L’hom•othermie ne
s’applique qu’au noyau
• La chaleur produite dans le
noyau est transport•e ‚
travers l’•corce jusqu’‚ la
peau
• N•cessite Tcut toujours
plus faible que Tcent
• Les •changes de chaleur
avec l’ambiance se font au
niveau de la peau
Variations du noyau central
Ambiance
froide
Ambiance
chaude
Variations physiologiques
Rythme nycth€m€ral
Rythme menstruel
Temp•rature maximale † 17 h
et minimale † 5h
+ 0,5‰ aprƒs l'ovulation
Conditions de l’hom€othermie
Temp•rature constante
Gains de chaleur
Thermogenƒse
↔
Stock de chaleur constant
=
=
Pertes de chaleur
Thermolyse
Equilibre entre thermogenƒse et thermolyse
Maintien de l’hom€othermie
• M€canismes de thermor€gulation : ‚ court terme
• R€actions d’acclimatation ‚ moyen terme
• M€canismes d’adaptation g€n€tique
4 types d’€changes thermiques
• Echanges par conduction :
• Echanges par convection :
• Echanges par radiation :
Q cal  K (TA  TB )
Q cal  c  Q fluide  (TA  TB)
Q cal T 4
• Chaleur de changement d’•tat : 2.5 kJ pour 1g de sueur
Production et €changes
thermiques chez l’homme
•
•
•
M•tabolisme
Transport entre noyau et •corce
‹changes thermique entre peau et ambiance
Production m€tabolique de chaleur
M•tabolisme de base
W/m2
60
55
50
45
De l’ordre de 40-45 W/m2
Il diminue avec l’age
Part importante li€e aux pompes ‚ sodium
Variations physiologiques :
• Sommeil
• P€riode post prandiale
• Exercice
40
0
5
10 15 20
30
40
50
60
70
Age en ann•es
Fleisch, 1951
Production de chaleur au repos
Production de
chaleur
W par Kg de poids
6,5
% poids
corporel total
4,1
% de la
production
totale
20,4
20
0,5
7,2
Cerveau
10,9
2,2
18,4
Peau
1,1
5,7
4,8
Muscles squelettiques
(repos)
0,5
49,2
20
Myocarde
36,7
0,5
13,2
Autres tissus
0,6
37,8
0,2
Tube digestif (jeune)
Rein
Exemples de productions caloriques en W
Sommeil
40
Automobile
100
Assis
60
Nage 2,5 km/h
760
Debout
70
Garagiste, peintre
150
Marche 4 km/h
130
Terrassement
500
Course 10 km/h
440
Forestier (hache)
550
Course 17,5 km/h
830
Foot
600
Echanges thermiques
• Entre noyau et
•corce, transport de
chaleur possible par
convection et
conduction
• Thermolyse cutan•e
par les 4 types de
m•canismes
physiques
Transport entre le noyau et l’€corce
• Conduction n•gligeable :
 cal  K  ( Tcent .  Tcut . )
Q
• Convection forc•e par le sang :
 cal  c  Q
 s .cut .  ( Tart .  Tvein . )
Q
Echanges entre l’€corce et
l’ambiance
•
•
•
•
Conduction habituellement n•gligeable
Convection naturelle ou forc•e
Radiations
Evaporation
Convection naturelle
Echanges entre l’€corce et l’ambiance
• Convection naturelle
– Fonction de la position,
– Limit•e par les v•tements.
– Immersion dans l’eau (25 fois plus de pertes),
hyperbarie
• Convection forc•e
Trƒs variable selon les conditions : vent, mouvements.
Effet vent
T (ÄC)
4
2
-1
-4
-7
-9
-12
-15
-18
-21
-23
-26
-29
-32
-34
8
3
0
-3
-6
-9
-11
-14
-17
-21
-24
-26
-29
-32
-35
-37
15
-2
-6
-9
-13
-16
-19
-23
-26
-29
-33
-36
-39
-43
-47
-50
22
-6
-9
-12
-17
-21
-24
-28
-32
-35
-40
-43
-46
-50
-54
-57
30
-8
-11
-16
-20
-23
-27
-32
-36
-39
-43
-47
-51
-55
-60
-63
40
-9
-14
-18
-22
-26
-30
-34
-38
-42
-47
-51
-55
-59
-64
-67
50
-11
-15
-19
-24
-28
-32
-36
-41
-44
-49
-53
-57
-62
-66
-70
58
-12
-16
-20
-25
-29
-33
-37
-42
-45
-51
-55
-59
-64
-68
-72
65
-12
-17
-21
-26
-30
-34
-38
-43
-47
-52
-56
-60
-65
-70
-74
V (km/h)
D’aprƒs J. L. Lecroart.
Echanges entre l’€corce et l’ambiance
• Radiations
R•sultante nette entre •mission et r•ception
• D•finition de la temp•rature op•rative
pour l’ensemble des pertes par conduction convection et
radiations
Q ( RC  K ) (Top .  Tcut . )
Echanges dans le sens du gradient thermique
• Evaporation
pertes obligatoires et pertes r•gul•es (glandes •crines)
l'•vaporation d'1g de sueur consomme 2,5 kJ.
Thermor€gulation
•
•
•
•
G•n•ralit•s et diff•rentes zones de thermor•gulation
Zone de neutralit• thermique
Thermor•gulation au chaud
Thermor•gulation au froid
Principe de la thermor€gulation
Equilibre entre thermogenƒse et thermolyse
lorsque Top•rative < Tcutan•e
Thermogenƒse = thermolyse
 K
 R
 C
  E
M
Production de chaleur = perte de chaleur
Importance de l’inertie thermique
Diff€rentes zones de thermor€gulation
Zone de neutralit€ thermique
m•tabolisme minimum
20 † 32‰
Zone de r€gulation au chaud
efficace, peu coŽteuse en •nergie
au dessus de 32‰
Zone de r€gulation au froid
coŽteuse en •nergie et peu efficace
en dessous de 20‰
J.Durand (Physiologie humaine de P.Meyer)
Zone de neutralit€ thermique
Rƒle majeur la vasomotricit€ cutan€e
Modifie la temp€rature cutan€e
Vers 20-25„ : Vasoconstriction
 temp•rature cutan•e
Vers 27-30„ : Vasodilatation  Temp•rature cutan•e
La temp•rature cutan•e varie parallƒlement
† la temp•rature ambiante
Zone de neutralit€ thermique
Maintien du transport de chaleur constant
du noyau vers l ’€corce
Vers 20-25„ :


 cal  c  Q
 s .cut .  ( Tart .  Tvein. )
Q
Vers 27-30„ :


Zone de thermor€gulation au froid
• La temp€rature cutan€e
diminue moins vite que la
temp€rature ambiante
• Les d€perditions thermiques
augmentent
• Le m€tabolisme augmente
beaucoup pour compenser
• La temp€rature centrale n’est
pas maintenue
J.Durand (Physiologie humaine de P.Meyer)
Thermor€gulation au froid
Lutter contre l’augmentation des d•perditions thermiques :
Augmenter la thermogen…se
• Frisson musculaire
–
–
–
–
Majoration du tonus musculaire : contractions asynchrones
Voies extrapyramidales
M•tabolisme multipli• par 5 maximum
Limit• et fatiguant
• Thermog€n…se chimique
– Augmentation du m•tabolisme sous l’effet de l’adr•naline
– Surtout efficace sur les graisses brunes
– Limit• au nourrisson dan l’espƒce humaine
Thermor€gulation au froid
Lutter contre l’augmentation des d•perditions thermiques :
Limiter la thermolyse
• Vasoconstriction cutan€e
– Diminue la temp•rature cutan•e (limite la thermolyse).
– Limite le transport de chaleur du noyau vers l ’•corce.
– M•canisme dangereux, limit• par la viabilit• tissulaire.
• Horripilation
– Emprisonne une couche d’air isolant.
– Inefficace chez l’homme
– Chez les animaux † poils
ou † plume
Thermor€gulation au froid
Hypothalamus
post€rieur

Temp€rature
de consigne
Syst…me nerveux
extra pyramidal
Syst…me nerveux
adr€nergique
Horripilation
Frisson
Vasoconstriction
Temp€rature centrale
Thermor€cepteurs
Thermogen…se
chimique
Lib€ration de
cat€cholamines
surr€nales
Comment survivre au froid
L’esp…ce humaine est tr…s peu adapt€e au froid.
Thermor€gulation peu efficace
Facteurs comportementaux
• Limiter la thermolyse
– V•tements
– Habitat, chauffage
• Augmenter la thermogen…se
– Exercice musculaire
– P•riode post prandiale
– Manger et boire chaud
Zone de thermor€gulation au chaud
La temp€rature cutan€e doit
toujours rester inf€rieure ‚ la
temp€rature centrale
Les €changes par convection et
radiation diminuent puis s’inversent
L’€vaporation reste le seul
m€canisme de thermolyse efficace
 K
 R
 C
 E

M
La temp€rature centrale est
maintenue
J.Durand (Physiologie humaine de P.Meyer)
Thermor€gulation au chaud
• On ne peux pas diminuer la thermogen…se
• On augmente la thermolyse
– Vasodilatation massive par inhibition des m•canismes
adr•nergiques, mais Tcut. doit rester inf•rieure † Tcent.
– Evaporation compense seule tous les gains de chaleur.
M•canisme cholinergique
 K
 R
 C
 E

M
Plus facile en ambiance sƒche
L’adaptation au chaud est efficace
et peu coŽteuse en •nergie
Thermor€gulation au chaud
Inhibition Syst…me
nerveux
adr€nergique
Hypothalamus
ant€rieur

Syst…me nerveux
Cholinergique
Temp€rature
de consigne
Sudation
Temp€rature centrale
Thermor€cepteurs
Vasodilatation
Thermor€gulation pr€dictive
•
R€cepteurs centraux
Sensibles † la temp•rature centrale
•
R€cepteurs p€riph€riques
Sensibles † la temp•rature ext•rieure
Dans la peau et le tube digestif
Permettent de pr•voir les perturbations
Permettent d’anticiper les r•actions
•
Notion d’inertie thermique
R€actions d’acclimatation
Hyperthrophie thyro…dienne en ambiance
froide
Hypertrophie des glandes sudoripares en
ambiance chaude
Acclimatation au froid
Augmentation de la s€cr€tion de l’hormone thyro†dienne
Hypothalamus  Hypophyse  Glande thyro†dienne
TRF
TSH
Hormone thyro†dienne
Aboutit ‚ une hypertrophie thyro†dienne
La thyroxine :
• Augmente le m€tabolisme
• Sensibilise les tissus ‚ l’action de l’adr€naline
Acclimatation au chaud
Hypertrophie des glandes sudoripares
• Augmente le d€bit sudoral (de 700 ml/h ‚ 1,5 - 2l/h)
• Permet une sueur beaucoup plus hypotonique
• Diminue les pertes de sel (de 15-30g/j ‚ 3-5g/j)
Exemple du clocher thermique viral
= D€r…glement du thermostat
• Phase de mont€e thermique = r€gulation au froid
– Vasoconstriction, p•leur
– Frisson, chair de poule
– Tachycardie malaise
• Plateau thermique
• Phase de d€fervescence thermique = r€gulation au chaud
– Vasodilatation massive
– Sueurs profuses