LA REGULATION THERMIQUE
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LA REGULATION THERMIQUE • I – Température et Transfert de Chaleur • II – État thermique des Homéothermes et Adaptation • III – Thermogenèse (= Régulation chimique) • IV – Contrôle de la Production de Chaleur LA REGULATION THERMIQUE • I – Température et Transfert de Chaleur – 1°) Définitions et Généralités - 2°) Les facteurs de variation de la température corporelle - 3°) les facteurs physiques de transfert de chaleur entre organismes et milieu - 3°) les facteurs physiques de transfert de chaleur entre organismes et milieu Conduction Convection Radiation Qc = k A T2 – T1 L Qr = T4 = constante de Stefan-Boltzmann = 1,376 . 10-12 (cal sec-1 cm -2 K –4) Aux T° physiologiques l’équation peut se simplifier : Qr = proportionnel à la différence de T° Rayons-X Ultraviolet Visible Infrarouge proche 0,51 5 Infrarouge moyen 10 (mm) 20 1000 Infrarouge lointain Radio ondes Intensité radiations solaires sur TERRE 1000 K° Fer 300 K° µm - 3°) les facteurs physiques de transfert de chaleur entre organismes et milieu Conduction Convection Radiation Qc = k A T2 – T1 L Qr = T4 = constante de Stefan-Boltzmann = 1,376 . 10-12 (cal sec-1 cm -2 K –4) Évaporation : chaleur latente de Qe = A.(Psat- Pamb.) vaporisation 580 Cal (0,580 Kcal) à 22 °C LA REGULATION THERMIQUE • I – Température et Transfert de Chaleur – 1°) Définitions et Généralités - 2°) Les facteurs de variation de la températures corporelles - 3°) les facteurs physiques de transfert de chaleur entre organismes et milieu Conduction & Convection Radiation Évaporation - 4°) Efficacité de ces différents Facteurs - 5°) Équilibre thermique et Régulation Diagramme des pertes et des productions de chaleur Pertes de Chaleur (calories) 0 0 10 20 30 10 40 20 50 Production de Chaleur 40 calories 30 60 70 T° du Corps (°C) LA REGULATION THERMIQUE • Régulation physique : – Mécanismes de déperdition de chaleur ou thermolyse pour s’opposer aux variations de température ambiante • Régulation chimique : – Modification de la production de chaleur ou thermogenèse en vue de compenser les pertes LA REGULATION THERMIQUE • I – Température et Transfert de Chaleur • II – État thermique des Homéothermes et Adaptation • III – Thermogenèse (= Régulation chimique) • IV – Contrôle de la Production de Chaleur LA REGULATION THERMIQUE • II – État thermique des Homéothermes et adaptation – 1°) Température corporelle et température normale + ² T °C 1,6 Foie Veine Cave inférieure Coeur D Veine Cave supérieur e Poumons Coeur G _ Organes partie sup. Organes partie inf. LA REGULATION THERMIQUE • II – État thermique des Homéothermes et adaptation – 1°) Température corporelle et température normale – 2°) Température centrale (noyau) et température périphérique (enveloppe) Sujet à T°A 20°C 35°C 37°C 36°C 32°C 28°C 34°C 31°C LA REGULATION THERMIQUE • II – État thermique des Homéothermes et adaptation – 1°) Température corporelle et température normale – 2°) Température centrale (noyau) et température périphérique (enveloppe) – 3°) Contrôles physiologiques des transferts thermiques • • • • • Modifications circulatoires Modifications de l’hémoconcentration Modifications de l’évaporation (glandes sudoripares et Bradykinine) Modifications respiratoires Modifications de l’isolement thermique et réponses comportementales Circulation capillaire Canal préférentiel Métartériole Sphincter précapillaire Artériole AAV Veinule Vrais capillaires LA REGULATION THERMIQUE • II – État thermique des Homéothermes et adaptation – 1°) Température corporelle et température normale – 2°) Température centrale (noyau) et température périphérique (enveloppe) – 3°) Contrôles physiologiques des transferts thermiques • Modifications circulatoires • Modifications de l’hémoconcentration • Modifications de l’évaporation (glandes sudoripares et Bradykinine) • Modifications respiratoires • Modifications de l’isolement thermique et réponses comportementales LA REGULATION THERMIQUE • II Équilibre thermique et Adaptation – 1°) régulation de la T° dans le froid » Qp (perdue) = Qm = C (TB – TA) » C conductance, TB, T° corporelle et TA, T° ambiante – 2°) régulation de la T° dans le chaud Artique Tropicaux 400 Homme 300 Singe Ours polaire 200 100 Chien d’Eskimo Métabolisme de base Renard blanc observé extrapolé 0 - 60 T° Terrestre la plus basse - 50 - 40 - 30 - 20 -10 T° de l’air (°C) 0 10 20 30 40 T° Corporelle Valeur d’isolation par la fourrure Watt-1 perdu Par °C & m2 1,5 Animaux arctiques : Renard blanc Ours polaire 1,0 An. Tempérés Chien, lapin castor phoque 0,5 Eau froide 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Épaisseur de la fourrure 90 Isolation thermique par la couche de graisse sous cutanée Eau 0°C Température corporelle Phoque 20 10 Surface de 0 la peau 20 40 Distance à partir de 4la surface 60 mm A Glace 0° 40° 30° 20° 10° 1° 39° 29° 19° 0° 9° Échangeur de chaleur à contre courant Perte de chaleur chez le canard Kcal/h 16 Production métabolique de chaleur 12 8 Chaleur perdue par les pattes 4 0 -6 0 6 T° ambiante 12 18 °C LA REGULATION THERMIQUE • III – Équilibre thermique et Adaptation au milieu chez les homéothermes – 1°) régulation de la T° dans le froid – 2°) régulation de la T° dans le chaud La perte d’eau par évaporation est proportionnellement plus grande pour les petits animaux 15 Évaporation estimée Rat Kangourou (0,1 Kg) 10 Lapin (2,5 Kg) 5 % de la masse Corporelle / H Chien (20 Kg) Homme (70 Kg) Âne (95 Kg) Chameau (500 Kg) 0 100 200 300 Masse Corporelle 400 500 Fluctuation de la T° centrale chez le chameau °C Déshydraté 41 * Soir 40 39 38 37 36 35 34 * Matin * Soir 39 Hydraté 38 37 36 * Matin 1er 2e 3e 4e Jours Naseaux (évaporation) Sang artériel Sang veineux Refroidissement du sang artériel Refroidissement du sang cérébral chez La Gazelle Africaine T° °C Débit de sang carotidien (ml/min) 41 1200 40,5 T° du sang carotidien 40 1000 39,5 39 T° du Cerveau 38,5 800 38 37,5 0 5 10 15 20 25 TROT 15 min à 7,2 km/h sur tapis roulant incliné à 13° 30 min LA REGULATION THERMIQUE • III – Thermogenèse ou Régulation chimique – 1°) observation du métabolisme versus température externe – 2°) origine de la chaleur – 3°) lieu de production de la chaleur • Frisson thermique thermogenèse de frisson (TF) ou Shivering Thermogenesis (ST) • Thermogenèse sans frisson (TSF) ou Non Shivering Thermogenesis (NST) LA REGULATION THERMIQUE • III – Thermogenèse ou Régulation chimique – 1°) équilibre thermique et métabolique vs température externe T° Centrale (du noyau) Hypothermie Hyperthermie METABOLISME Production thermique Thermogenèse Métabolisme de sommet Thermolyse T° critique inférieure T° létale en hypothermie 28° 32°T° critique Neutralité supérieure thermique T° Ext. T° létale en hyperthermie LA REGULATION THERMIQUE • III – Thermogenèse ou Régulation chimique – 2°) origine de la chaleur Q Oxydation des grosses molécules CO2 + H2O Q ATP Q Travail LA REGULATION THERMIQUE • III – Thermogenèse ou Régulation chimique – 1°) équilibre thermique et métabolique vs température externe – 2°) origine de la chaleur – 3°) lieu de production de la chaleur – 4°) le tissus adipeux brun (TAB) Rôles relatifs de la TF et de la TSF dans la production de chaleur Contribution relative de la production de chaleur TF TSF Age Rôles relatifs de la TF et de la TSF dans la production de chaleur Contribution relative de la production de chaleur TSF TF Temps d’exposition au froid LA REGULATION THERMIQUE • III – Thermogenèse ou Régulation chimique – 1°) équilibre thermique et métabolique vs température externe – 2°) origine de la chaleur – 3°) lieu de production de la chaleur – 4°) le tissus adipeux brun (TAB) Hypothalamus Récepteurs thermiques cerveau Vaisseaux sanguins Graisse brune péri-carotide Neurone sensitif Colonne vertébrale Graisse brune interscapulaire Cœur adipocyte Graisse brune Neurones Neurone sensitif Rôle du tissu adipeux brun dans la production de chaleur au cours de l’exposition au froid chez le lapereau Température de l’environnement 35 °C 25 °C Dioxygène de l’air respiré 21 % 5% 21 % T° TAB T° 39 37 T° centrale 35 60 ml/kg 20 Cons. O2 X3 Adipocyte Blanc Sang Glucose Triglycérides Acides Gras Libres Lipoprotéine Lipase Acetyls aGP Acides Gras Libres Triglycérides Sang Glycérol Acides Gras Libres Adipocyte Brun Sang Glucose Acides Gras Libres Triglycérides Lipoprotéine Lipase Acetyls Gras aGP Acides Libres Triglycérides Glycérol Lipase Kinase Acides Gras Glycérol Sang O2 Acyl CoA Mitochondri e Chaleur CO2 Hypothalamus Noradrénaline Récepteur b Membrane plasmique ADN AMPC Lipase Lipolyse ARNm PD Ac. Gras Libres Mitochondrie activation insertion Membrane interne Matrice Oxydation H+ Protéine découplante LA REGULATION THERMIQUE • III – Thermogenèse ou Régulation chimique – 1°) observation du métabolisme vs tempér. externe – 2°) origine de la chaleur – 3°) lieu de production de la chaleur – 4°) le tissus adipeux brun (TAB) • Contrôle neuro-hormonal du TAB – Lipolyse du TAB contrôlé par le SN sympathique – Glucagon et hormones hypophysaires augmentent l’activité des lipases – La leptine produite par les adipocytes régule la masse adipeuse LA REGULATION THERMIQUE • I – Température et Transfert de Chaleur • II – État thermique des Homéothermes • III – Thermogenèse (= Régulation chimique) • IV – Contrôle de la Production de Chaleur LA REGULATION THERMIQUE • IV – Contrôle de la Production de Chaleur – Contrôle hormonal • Adrénaline: décharge par la médullo-surrénale au froid : – Vasoconstriction cutanée – Augmentation des oxydations – Transformation du glycogène en glucose – Augmentation de la lipolyse du tissu adipeux • Axe hypothalamo-hypophysaire – CRF (corticolibérine) sécrétion d’ACTH gluco-corticoïdes par le Cortex Surrénalien = néoglucogenèse et renforcement thermogenèse – Thyroïde : sécrétion (T3) augmente au froid, Déclenché par hormone hypophysaire(TSH) sous contrôle hypothalamus (TRH) rôle dans l’adaptation au froid – GRH (somatolibérine) hormone somatotrope néoglucogenèse – AHD (vasopressine) diurèse et hémoconcentration – Contrôle nerveux Hypothalamus TRH thyrolibérine ou RH de TSH Post-hypophyse Anté-hypophyse TSH (thyrotropine) ADH Libéré dans la circulation hypophyse Thyroïde LA REGULATION THERMIQUE • IV – Contrôle de la Production de Chaleur – Contrôle hormonal – Contrôle nerveux • SN autonome : innervation médullo-surrénale, VC, piloérection, lipolyse • SN central : rôle dans le frisson thermique • Rôle de l’hypothalamus Mécanisme du frisson : hypothèse Hypothalamus Peau Tronc cérébral muscle Afférences cutanées Oscillateur spinal L’oscillateur spinal est déclenché par le froid périphérique (cutané) ou central (hypothalamus post. tronc cérébral). Le rythme d’oscillation est modifié par les afférences proprioceptives. Il y a aussi une thermosensibilité propre de la moelle. T° Centrale Témoin 38° 28° Chien avec lésion de l’hypothalamus post. 30° 0° 3° 30° 0 T° ambiante imposée heure 1 Temps Mort Lésion hypoth. Post. T° Centrale 38° Témoin 34° Chien avec lésion de l’hypothalamus antérieur 30° 0° 37° 0 30° 1 Temps heure Rôle de l’hypothalamus • Lésions hypothalamus ant. (noyau préoptique & supraoptique) : – affecte la lutte contre le chaud (ADH) • Lésions hypothalamus postérieur – Affecte la lutte contre le froid Rôle de l’hypothalamus • Expériences de stimulation réponses thermorégulatrices – Stimulation régions préoptiques réponses de thermolyse même si animal en ambiance froide – Stim. autres régions réponses de thermogenèse. • Expériences d’enregistrement unitaire des neurones du noyau pré-optique hypothalamique : existence de neurones sensibles au chaud ou sensibles au froid Activité de neurones hypothalamiques (région préoptique) = véritable détecteur de chaleur Action directe ou par voie synaptique Nombre de Pot. d’action /sec 100 hamster 50 cobaye 0 5 10 15 20 25 30 35 Température hypothalamique 40 °C Décharge de récepteurs cutanés au chaud et au froid Fréquence Infl./s. 6 Récept. Au Froid Récept. Au Chaud 4 2 20° 40° T° cutanée °C Réponse dynamique des thermorécepteurs cutanés Fréquence Infl./s. réponses caractéristiques des récepteurs au froid Temps + T °C - Sensibilité centrale vs sensibilité superficielle • Représentation punctiforme des sensibilités au chaud et au froid • Projection par les grandes voies de la sensibilité • Réponses statiques • Réponses dynamiques d / dt • La sensibilité périphérique superficielle est prépondérante dans les réponses au froid • La sensibilité centrale domine dans les réactions au chaud Les voies de projections sensorielles CORTEX Sensoriel N.Cuneatus Latéral THALAMUS Médian N.Gracilis Tronc cérébral Moelle épinière Les voies de projections sensorielles N.Cuneatus N.Gracilis CORTEX Sensoriel Latéral THALAMUS Médian Tronc cérébral Moelle épinière Rôle de l’hypothalamus • L’hypothalamus contrôle de nombreuses fonctions intervenant dans les processus thermorégulateur – – – – – – – – Système cardiovasculaire La respiration Le tonus musculaire Le métabolisme La libération des hormones La sueur La piloérection Comportement thermorégulateur Récepteurs au froid Récepteurs au chaud Polypnée P + + Afférences cutanées Vasoconstriction cutanée Vc + + Ant F + C.O. Frisson M LA REGULATION THERMIQUE • V – Vue d’ensemble Système nerveux moteur Noyau SNC hypothalamus T° du sang Syst. N. autonome Système hormonal peau Nerfs afférents voie de cond. spinale Récepteurs thermiques Viscères Courant de chaleur Vx cutanés Appareil Pilo-érecteur Glandes sudoripares Muscles squelettiques ventilation
