UE4 THERMEREGULATION :
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THERMOREGULATION :

C’est le phénomène qui permet de faire garder une température constante à un corps. En général, la température centrale est constante, malgré les variations de la température extérieure, dans une certaine limite. La thermorégulation est due à des productions et déperditions de chaleur. On oppose les homéothermes aux poïkilothermes. Les poïkilothermes sont des animaux dont la température interne varie avec la température externe. Mais en général, leur température interne se situe à 1 ou 2 °C au dessus de la température extérieure. On les appelle animaux à sang froid car leur organisme subit les variations de température extérieure sans réagir, à part le fait que leur métabolisme se ralenti. Ils ont un métabolisme basal plus bas que celui des homéothermes, quelque soit la température. A poids égal de 2.5 kg, le lapin a une production thermique de 190 kJ/kg/j et le serpent à sonnette 30 kJ/kg/j. de plus, leur métabolisme augmente beaucoup moins vite que celui des homéothermes, ce qui permet une plus grande résistance à la température. Il existe aussi des hétérothermes, qui forment un intermédiaire. Ce sont certains oiseaux et mammifères dont la température est bien réglée quand ils sont actifs : ours brun, marsupiaux…

L’hibernant vrai constitue un groupe à part : c’est un animal qui abandonne provisoirement l’homéothermie quand les températures deviennent trop rigoureuses. Nous allons traiter essentiellement ici l’homéothermie.

 

Dans la thermorégulation interviennent deux phénomènes : la thermolyse (perte de chaleur) et la thermogenèse (production de chaleur). C’est la détection d’une variation de température extérieure qui met en route des phénomènes. Mais il y a des situations physiopathologiques qui jouent ici : le jeûne, la prise alimentaire, l’exercice physique, une hypo- ou hyperthyroïdie, la prise d’alcool, la présence d’agents infectieux, l’existence de certaines tumeurs (phéochromocytome), le syndrome d’hypermétabolisme de Luft…

C’est le thermogenèse qui intervient le plus souvent dans la thermorégulation. Ce sont les cellules qui sont concernées par la thermorégulation. Quand un homéotherme est exposé à la neutralité thermique (18°C pour l’homme nu), la chaleur produite correspond au métabolisme de base. La température interne du corps est constante à +-0.6°C et elle est appelée température du noyau central. Un homme nu peut être exposé à des températures de 13 à 60°C en atmosphère sèche et peut maintenir sa température interne constante. Une température de 37°C est normale. Elle atteint 36°C le matin au lever et jusqu’à 39°C pour un effort intense. Une émotion intense peut la faire monter à 38 ! En physique, la température d’un objet est la mesure du mouvement des molécules de cet objet et elle est proportionnelle à la quantité de chaleur emmagasinée. Pour un organisme, la température corporelle est directement proportionnelle à la chaleur stockée dans l’organisme. En général, elle augmente de 1°C quand la chaleur stockée augmente de 3.5kJ/kg. C’est la chaleur spécifique de tissu.

On considère un équilibre entre thermogenèse et thermolyse :

THERMOGENESE THERMOLYSE
Métabolisme basal

Exercice musculaire, frissons

Action cellulaire de la Thyroxine

Effets cellulaires du système nerveux sympathique

Action de la température sur les cellules.

Radiation

Evaporation, convexion

Conduction, convexion

 

La thermolyse :

Il y aussi un effet refroidissant de l’eau. la conductivité de la chaleur dans l’eau est supérieure à celle de l’air. dans l’eau, il se forme une petite couche d’eau chaude sur le corps qui pourrait limiter l’effet de dissipation de chaleur mais cette couche d’eau est moins isolante que la couche d’air qui se forme aussi. Cela fait que l’eau stagnante ou mouvante ont le même pouvoir rafraîchissant.

Toute la thermorégulation se fait au niveau des noyaux hypothalamiques. La sudation correspond à la stimulation de l’aire préoptique de l’hypothalamus antérieur. Des stimuli sont transmis par les voies du système nerveux autonome jusqu’à la moelle et vont aller par le réseau sympathique à toute la surface de la peau. Les glandes sudoripares sont innervées par des synapses cholinergiques sauf au niveau des mains et des pieds où ce sont des synapses adrénergiques. Le degré de sudation peut être très important. Il existe une période d’acclimatation par exemple dans un climat tropical humide où on peut perdre jusqu’à 4L/h ! Cela s’accompagne de pertes de sels importantes. Une régulation endocrine se met alors en place, par l’aldostérone pour limiter les pertes en sodium. Certains animaux ne possèdent que peu de glandes sudoripares (chien). Ils éliminent l’excès de chaleur par halètement.

 

Les limites de la thermorégulation :

En deçà de 21°C corporel, l’hypothermie est difficilement réversible. Cette courbe est valable pour une atmosphère sèche et sans vent.

Un centre de régulation thermique, au niveau de l’hypothalamus, contrôle la thermorégulation. Il est sensible au chaud et au froid. Il est relié à des récepteurs thermiques. Les neurones de l’aire péoptique sont sensibles à la chaleur. D’autres neurones essentiellement sensibles au froid se projettent dans le septum et dans la substance réticulée du mésencéphale. Ils augmentent leurs impulsions quand la température centrale diminue.

Des récepteurs thermiques cutanés sensibles au chaud et au froid transmettent leurs informations vers l’hypothalamus par la moelle épinière. Et finalement il existe des récepteurs dans la moelle, qui se projettent dans l’hypothalamus.

Quand la température corporelle augmente trop, ce sont les neurones de l’aire préoptique qui interviennent d’abord. Leur stimulation provoque un abaissement de la température, qui sera poursuivie jusqu’au point où ils seront inactivés. On parle de thermostat hypothalamique. Ce thermostat est très sensible autour de 37°C.

La thermogenèse est active même au-delà de 37°C. cela est dû au tonus musculaire de base.

 

La thermogenèse :

 

Il s’agit d’un découplage entre le gradient de protons et la synthèse d’ATP. L’expression des UCP est régulée par des facteurs hormonaux et métaboliques : acides gras libres, T3, leptine activent UCP1. La leptine induit l’expression des 3 UCP connues. Cette hormone a des effets sur la prise alimentaire. On a montré que la baisse de la thermogenèse postprandiale (près un repas) se fait par la leptine : au lieu de fournir de l’énergie, le manque de leptine favorise le stockage en graisse. chez le rat on a mis en évidence qu’une déficience du gène de la leptine conduit à l’obésité mais cela n’a pas été confirmé chez l’homme.

Il y a aussi intervention des hormones thyroïdiennes, T4 principalement, qui augmentent la thermogenèse sans frisson. En refroidissant l’aire préoptique expérimentalement, on a montré une production de TRH qui va alors stimuler la production de TSH et donc de T4. ce n’est pas une action très rapide, comme tout système hormonal. Il faut plusieurs semaines pour observer un effet significatif : augmentation de la taille de la thyroïde. Cela est confirmée par les populations d’esquimaux qui présentent une hypertrophie thyroïdienne.

Il faut noter aussi que l’homme peut agir sur sa thermorégulation par son comportement, en s’habillant, se mettant à l’ombre…

 

Troubles de la régulation thermique :

La température corporelle peut augmenter au-dessus de la normale dans plusieurs situations :

La hausse brutale du niveau de déclenchement du thermostat hypothalamique entraîne une sensation de froid et donne pour réponse une vasodilatation, une érection des poils/plumes, une sécrétion d’adrénaline, des frissons (thermogenèse). Le retour brutal du thermostat à son niveau normal entraîne une sensation de chaud qui induit une vasodilatation, sudation (thermolyse). Ce retour se fait quand les pyrogènes sont détruits par le système immunitaire. Le même phénomène se produit en état de déshydratation.

 

A l’inverse, un froid intense active des régulations. Une immersion dans l’eau glacée entraîne rapidement (30min) la mort par arrêt cardiaque (fibrillation ventriculaire). Cela passe par un état de somnolence à partir de 25°C corporel qui diminue la vigilance et entraîne le coma. Ceci fait que l’individu ne met plus en route sa thermogenèse. Il peut y avoir aussi des gelures surtout sur les extrémités. On a d’abord vasoconstriction puis quand ça ne suffit plus on a une brusque vasodilatation pour tenter dans un dernier effort de réchauffer les tissus.

Actuellement, on utilise l’hypothermie pour des opérations chirurgicales : administration d’un sédatif antipyrétique , immersion dans de la glace. On peut ainsi faire descendre la température à 32-33°C.

 

Cas particuliers physiologiques de thermorégulation :

 

La survie des individus dépend en premier lieu d’un problème énergétique : les apports alimentaires doivent être suffisants pour permettre une thermogenèse efficace. La baisse des disponibilités alimentaires en hiver en relation avec la baisse de température amène certains animaux à faire des réserves. Il y a un cycle annuel de la masse corporelle de ces animaux par accumulation de graisse. De plus, cette couche de graisse sous-cutanée joue le rôle d’isolant, en plus de celui de réserve alimentaire. Il existe aussi le cycle annuel de la mue du pelage. C’est un cycle endocrino-dépendant et qui varie selon les conditions extérieures. La température extérieure joue un rôle prépondérant sur la concentration plasmatique de certaines hormones, comme les hormones thyroïdiennes, androgènes et prolactine. Les hormones thyroïdiennes sont ainsi nécessaires pour le repousse des poils. Ces variations sont saisonnières et aident à maintenir la température corporelle constante. Il y a aussi un effet de la reproduction. Il existe un repos sexuel à certaines périodes de l’année pour éviter des naissances en période de froid, non favorable. Cela est aussi en relation avec des concentrations hormonales, thyroïdiennes et testostérone surtout. Ainsi, les hormones thyroïdiennes entraînent un repos sexuel parallèlement à la repousse des poils pour préparer l’hiver. ceci est valable en région tempérée.

 

Retour à la thermorégulation des homéothermes :

Le métabolisme basal est un des points importants de la thermorégulation. Il représente l’activité incompressible de l’activité cardiaque, respiratoire et du tonus musculaire et l’activité de toutes les cellules (maintien des différents gradients). La dépense énergétique qui correspond au métabolisme de base est une constante qui varie très peut à l’intérieur d’une même espèce et même d’une espèce à l’autre. les dépenses liées à l’exercice physique augmentent la thermogenèse et les dépenses énergétiques. Il existe aussi une régulation par l’âge et le sexe :

Le métabolisme basal entre les espèces varie beaucoup s’il est rapporté au poids mais très peut s’il est rapporté à la surface corporelle. Il est en moyenne de 7100kJ/j pour l’homme. Il augmente de 2000kJ avec du travail de loisir, travail léger, modéré, modérément dur, dur, très dur. La loi fixe une limite de 20000kJ/j pour l’homme et de 15500kJ/j pour la femme.

On a déjà vu la régulation thermique en riposte au chaud et au froid, et en réponse au travail. Il existe aussi une thermogenèse due à la prise d’un repas. C’est le thermogenèse postprandiale : la prise d’un repas augmente la dépense énergétique. Elle a deux composantes :

On a montré aussi qu’il y avait une relation entre la leptine et la thermorégulation. Soit en fonctionnement normal :

Chez l’homme, cette situation est moins claire car chez l’adulte il n’y a que peu de tissu adipeux brun. On a montré que le système b 3 – UCP peut avoir des déficiences qui peuvent conduire à l’obésité, notamment au niveau de l’expression des gènes, mais aussi impliqués dans la résistance à la perte de poids. Des traitements pour guérir ces types d’obésité consistent à augmenter la thermogenèse en utilisant des agonistes à la noradrénaline (b 3). On essaye aussi d’éclaircir les relations avec d’autres UCP dans d’autres tissus. Par exemple l’UCP2 du rongeur est liée à des régions chromosomiques qu’on sait être impliquées dans certaines obésités.

 

On peut proposer le schéma récapitulatif de la thermogenèse :