environnement thermique et thermoregulation

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ENVIRONNEMENT THERMIQUE ET THERMOREGULATION
I- Définitions
Chaleur
- Déchet du métabolisme cellulaire produit en permanence
- Optimum thermique pour les réactions enzymatiques (5-40°C)
3 catégories d’organismes
- Ectothermes : leur température centrale dépend du milieu ambiant = POÏKILOTHERMES
- Endothermes : leur température centrale est indépendante du milieu ambiant = HOMEOTHERMES
- Hibernants : à certains moment de l’année ce sont des endothermes et quand ils hibernent ils auront une
physiologie qui se rapproche des ectothermes
Notre référence : la température centrale
 On peut perdre des calories (de la chaleur) = thermolyse ou en gagner = thermogénèse
Les échanges thermiques  permettent les pertes ou gains de chaleur
o Par contact = échanges de calories par CONDUCTION (je pose ma main sur une surface froide)
o Je suis dans un courant d’air : de l’air se déplace le long de ma peau = échange de calories par
CONVECTION
o Sans contact = RADIATION (exemple du chauffage dans la salle de bain)
 Ces mécanismes coexistent, on ne choisit pas vraiment l’un ou l’autre
o EVAPORATION (sudation) : on vaporise de l’eau  absorption de calories  sensation de froid =
élimination de calories. C’est notre hypothalamus qui décide de la sudation
II- Ectothermie, endothermie et hétérothermie
Les différents types d’échanges selon les organismes
- Production de chaleur métabolique (métabolisme cellulaire qui produit de la chaleur) : endotherme va
pouvoir en créer
- Chez endothermes on a des isolants (graisse, plumes, poils) avec régulation des pertes
- Chez ectothermes peu d’isolants avec pas ou peu dé régulation des pertes
- Les endotherme produisent donc plus de chaleur métabolique, qui va être plus ou moins dissipée selon
l’environnement  en environnement chaud : élimination du trop plein de calories et en environnement
froid il va essayer des les conserver
- Pour les gains de calories elles sont quasi égales pour les endothermes et les ectothermes  les organismes
vont plutôt jouer sur les pertes
Ectothermes et endothermes produisent de la chaleur métabolique
 Energie libre = énergie contenue dans les liaisons chimiques soustraite de ce qui est liée au désordre
moléculaire
Réaction spontanée si     Production de chaleur
La chaine de transport des électrons
- Oxydation = perte d’électrons
- Réduction = gain d’électron
- Donneur = NADH
- Accepteur final = Oxygène
- L’oxygène va être combiné avec des protons pour former de l’eau = eau métabolique (très important pour
les espèces qui ont peu d’eau : exemple du dromadaire  dans sa bosse = graisse qui par lipolyse va créer
de l’eau métabolique)
- Quand un électron va réduire une molécule : apport de protons, puis lors de l’oxydation on a une libération
d’H+
- Dans toute cette cascade :     la chaîne respiratoire produit de la chaleur

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La synthèse d’ATP
- Production de chaleur, mais pas entièrement disponible, car la production d’ATP à besoin de chaleur
- Dans nos cellules ce sont les mitochondries qui produisent la chaleur  organes qui ont beaucoup d’activité
énergétique produisent beaucoup de chaleur
Loi d’Arrhenius – notion de Q10
- Si Q10 = 3  vitesse triplée
- Si Q10 = 2  vitesse doublée
Relation entre température et consommation d’oxygène :
- A 4°C : le Q10 = 2,57  pour des écarts faible de température on a une forte activité métabolique
- A 30°C : le Q10 = 1,56  avoir une activité métabolique intense dans un environnement chaud et limitant
- Ici on a un ectotherme mais il y a quand même de la régulation avec les activités enzymatique  adaptation
Relation entre température et activité métabolique
Zone grisée = activité métabolique (Am)
- Ectotherme : augmentation de la température interne avec celle de l’environnement + augmentation
activité métabolique avec l’augmentation de température
- Endotherme : température corporelle constante mais activité métabolique diminue avec la température
- L’activité métabolique est élevée aux températures froides = coût de la thermorégulation
- Pour cela il faut manger
III- Réponses adaptatives à l’environnement thermique et thermorégulation
Acclimatation à l’environnement thermique
- Les poissons sont ectothermes : leur température va varier selon celle de l’eau, mais il existe des
températures létales (minimales/maximales)
Point de congélation du plasma de poissons antarctiques par rapport à la température de l’eau de mer
- But de la dialyse : supprimer les protéines
Ce qui détériore les tissus cellulaires ce sont les cristaux qui se forment à l’intérieur. Ce sont des glycopeptides qui
vont s’intercaler dans le réseau de formation des cristaux de glaces, qui vont ralentir leur formation

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Les cryoprotecteurs
- Glycérol : la chenille va en accumuler en basse température grâce à cette accumulation de glycérol on va
éviter la formation de cristaux car point de congélation plus bas
- Les larves vont avoir une autre solution : la déshydratation
Température et fluidité membranaire
- Variation de la fluidité des membranes en fonction de la température et des expèces
Thermogénèse chez les thonidés
- Ectotherme
- On a des prémices de l’endothermie
- On voit comment évolue la température dans le muscle du poisson
- Muscle très vascularisé : intercalation de veines et des artères
- Beaucoup de mitochondries
Température corporelle moyenne chez différents homéothermes en condition normale
- Oiseaux
o Passereaux : 40-41°C
o Autres : 39-40°C
- Mammifères
o Euthériens : 36-40°C
o Marsupiaux : 35-36°C
o Monotrèmes : 30-31°C
Mécanisme de la thermorégulation
- Température centrale : varie très peu
- Température cutanée
- Neutralité thermique (varie pendant la nuit) = condition de l’environnement où l’on a un équilibre entre les
gains et les pertes
- Rythme circadien : mini à 5h et maxi à 20h
- Equilibre entre production et dissipation
- Régulation précise : température du noyau fluctue de 1°C par 24h
L’horloge interne des mammifères contrôle la rythmicité de la température corporelle
- L’horloge biologique / interne : se trouve dans le cerveau et un peu partout
- Cortisol = hormone qui augmente la température
- Rythme circadien = périodicité de 24h
Rôle de la circulation dans le contrôle des pertes
- Très utile dans la régulation de la température
- Température extérieur à 20°C  noyau à 37°C
- La vasoconstriction et la vasodilatation sont 2 mécanismes clés
- Homme
o Au repos 56% de la chaleur est produite par les organes profonds (dont 18% sont les muscles)
o En cas d’effort les muscles vont produire 90% de la chaleur
- Vasoconstriction = diminution du diamètre des vaisseaux
Rôle des protéines découplantes dans la thermogénèse = UCP
- UCP = transporteur de protons
- Se fait surtout dans le tissu adipeux brun  peu
chez les Hommes, mais un peu chez les nourrissons au
niveau des omoplates
- Ce tissu est très présent chez les rongeurs
- Il permet de faire de la thermogénèse
- Ce tissu est particulièrement adapté à la production
de chaleur, mais chez les endothermes il n’y pas d’organe
spécialisé dans la production de chaleur. Il faut donc quand
même augmenter le métabolisme, pas juste fermer le
« robinet » d’ATP

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Rôle de l’axe thyroïdien dans la thermogenèse
- Chez homéotherme : régulation hormonale de la thermogenèse, dont par la
thyroïde
- Production de deux hormones
o La Thyroxine (T4) va atteindre les organes cibles, dans laquelle cette T4 va
être transformée en T3 = Tri-iodothyronine
o TSH = Thyroid Stimulating Hormone
o PVN = Noyau para-ventriculaire  noyau = groupe de neurones spécialisés
dans la production d’hormones
- Consommation d’O2 permet d’avoir un avis sur le métabolisme d’un individu
- Hyperthyroïdie = hyperthermie
- Hypothyroïdie = hypothermie
Mécanismes de la thermorégulation :
- Présence de récepteurs cutanés qui vont être spécialisés dans la détection de températures basses et
élevées
- Récepteurs cutanés  Récepteurs centraux  Centre thermorégulateur hypothalamique qui va entrainer
selon la température détectée :
o Froid
 Vasoconstriction
 Frissonnements / contractions
 Réponses pilomotrices
 Comportement diminuant la thermolyse : se regrouper par exemple pour se tenir chaud
o Chaud
 Vasodilatation
 Sudation
 Halètement
 Réponses pilomotrices
 Comportement augmentant la thermolyse : aller dans l’eau quand on a trop chaud à la plage
L’hypothermie (< 35°C)
- Température centrale < 35°C
o Diminution de la force musculaire
o Frissons
o Diminution du métabolisme des agents pharmacologiques = détoxification
- Température centrale < 34°C
o Confusion mentale
o Perte de connaissance
- Température centrale < 28°C
o Bradycardie
o Arythmie
o Fibrillation ventriculaire
- Etiologies (= causes et facteurs)
o Conditions extrêmes
o Anesthésie
o Sujet âgé
o Hypothyroïdie
- Traitement
o Réchauffement progressif par perfusion
o Utilisation clinique : CEC (= Circulation Extracorporelle) lors d’une greffe du cœur
L’hyperthermie (> 38°C)
- 38°C < Température centrale < 43°C (maximum)
- Coup de chaleur = perte de la thermorégulation

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o Réduction de la sudation
o Augmentation de la température centrale
o Hypotension artérielle
o Abolition / diminution des réflexes
o Convulsions et mort cérébrale
- Etiologie
o Pathologie héréditaire
o Déshydratation
o Hyperthyroïdie
o Infection
- Traitement
o Refroidissement progressif
o Réhydratation
La fièvre
- Causée par agents infectieux et bactéries  décalage de la valeur de consigne, pour tenter de se débarrasser
des agents infectieux  hyperthermie par dérèglement des mécanismes de régulations
- Production d’IL6
- Thermostat à 37°C : tout va bien  infection par un virus  changement réglage de thermostat à 39/40°C
 on a froid  frissons  quand fin de la fièvre : retour à 37°C  sensation de chaleur  sudation
- Fièvre = adaptation
L’échangeur thermique
- But : optimiser l’échange de calories entre 2 compartiments différents
- Schéma de gauche : veines et artères  circulation dans le même sens. Au fur et à mesure que le sang
progresse on va avoir un échange de calories du chaud vers le froid. On va vers l’équilibre : plus d’échange
- Schéma de droite : échangeur thermique = utilisation du système à contre-courant  les deux flux sont
inversée : tout au long du trajet on a un échange augmenté entre le compartiment chaud et le compartiment
froid
- Pattes des oiseaux échassiers : le sang artériel qui va vers l’extrémité de la patte va croiser le sang veineux
qui remonte avec transfert de calories
- But : améliorer échange de calories entre sang artériel chaud et sang veineux froid