2.2. Lutte contre la chaleur

La thermorégulation
V. Gayrard
Physiologie
E.N.V.T.
Introduction



Température corporelle: variable
physiologique essentielle
Nécessité du maintien de la
température corporelle
Lutte contre les variations de la
température ambiante
La thermorégulation

1. L’équilibre thermique



2. Réponses physiologiques aux variations de la
température ambiante



1.1. Température centrale et environnement thermique
1.2. Thermogenèse, thermolyse et température ambiante
2.1. Lutte contre le froid
2.2. Lutte contre la chaleur
3. Mécanismes de régulation de la température
corporelle



3.1. Les bases neuronales de la thermosensibilité
3.2. Coordination des réponses thermorégulatrices
3.3. Les mécanismes de l’hyperthermie
1.1. Température centrale et
environnement thermique

Température ambiante:


Température radiante
Température centrale




Niveau moyen de
l’énergie thermique
Degrés Celsius
Gradient thermique
Température rectale
Enveloppe
Noyau
1.1. Température centrale et
environnement thermique
Animal
Valeur moyenne (°C)
Rang
Etalon
37.6
37.2-38.1
Jument
37.8
37.3-38;2
Poulain(quelques j)
39.3
Vache à viande
38.3
36.7-39.1
Vache laitière
38.6
38.0-39.3
Mouton
39.1
38.3-39.9
Chèvre
39.1
38.5-39.7
Porc
39.2
38.7-39.8
Chien
38.9
37.9-39.9
Chat
38.6
38.1-39.2
Lapin
39.5
38.6-40.1
Poulet
41.7
40.6-43.0
1.1. Température centrale et
environnement thermique
• Variations diurnes de la température
T (°C)39.1
38.9
38.7
38.5
Temps (h)
38.3
8
14
20
2
8
14
20
2
8
J Vet Med A 2005, 52: 377
1.1. Température centrale et
environnement thermique
Température centrale
Relativement constante
=HOMEOTHERMES
- Endohoméothermes:
mammifères, oiseaux
- Exohoméothermes
Température centrale
Dépendante du milieu
ambiant
=HETEROTHERMES
1.1. Température centrale et
environnement thermique

Le système isolant corporel
Peau, tissus cutanés et graisse souscutanée
 Fourrure
 Plumage

1.2. Thermogenèse, thermolyse et
température ambiante
• Equilibre thermique
Température
centrale
PRODUCTION DE
CHALEUR
THERMOGENESE
PERTES DE
CHALEUR
THERMOLYSE
Unités= joule (J), watt (W) avec 1W=1J/s, calorie (1cal= 4.18J)
1.2. Thermogenèse, thermolyse et
température ambiante

La thermogenèse

Quantité de chaleur libérée au cours des réactions
chimiques
C6H12O6 + 8 O2


M=16.17 VO2 + 5.021 VCO2 – 2.167 VCH4 (eq 1)
M=20.46 VO2 (eq2)


CO2 + 6 H2O + DH
Calorimétrie indirecte: VO2, VCO2 et VCH4(ruminants) avec M
en KJ, et les volumes en l
M=16.74 P0.75 (eq 3)

M en KJ/24h, P en kg
1.2. Thermogenèse, thermolyse et
température ambiante

Thermogenèse de base: Production thermique minimale
Espèce
Poids (kg)
KJ. 24h-1.kg-1
Homme
64
134.2
Vache
600
54.9
Mouton
46.4
112.9
Porc
128
79.8
Cheval
441
47.2
Chien
15
214.85
Chat
3.0
211.8
Rat
0.282
416.5
Souris
0.02
886.2
Cobaye
0.410
357.8
Lapin
2.98
234.2
Rhésus
4.2
206.0
Poule
2.0
296.8
1.2. Thermogenèse, thermolyse et
température ambiante

Thermogenèse facultative:
Activité
Thermogenèse
(KJ. 24h-1)
% du total
Prise de nourriture (9h)
846.5
12.5
Rumination (8h)
50.2
0.7
Position debout (12h)
150.5
2.2
Marche (6km)
752.4
11.0
Métabolisme de base
5016
73.6
1.2. Thermogenèse, thermolyse et
température ambiante
• Thermolyse:
Qconduction = k1(T°enveloppe-T°ambiante)
Conduction
vers l’air
Radiation
Evaporation
Convection
Pertes sensibles
Pertes insensibles
1.2. Thermogenèse, thermolyse et
température ambiante
Zones
HYPOTHERMIE
ENERGIE (production, perte)
+
HOMEOTHERMIE
Lutte contre le froid
HYPERTHERMIE
Lutte contre la chaleur
Température
centrale
Thermogenèse
Thermolyse totale
Thermolyse sensible
Thermolyse insensible
T° ambiante
T° léthale
inférieure
TCI
TCS
T° léthale
supérieure
1.2. Thermogenèse, thermolyse et
température ambiante
• Zone de neutralité thermique et températures
critiques
POUSSIN
PORCELET
PORC
VEAU
VACHE
MOUTON
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Température ambiante (°C)
La thermorégulation

1. L’équilibre thermique



2. Réponses physiologiques aux variations de
la température ambiante



1.1. Température centrale et environnement thermique
1.2. Thermogenèse, thermolyse et température
ambiante
2.1. Lutte contre le froid
2.2. Lutte contre la chaleur
3. Mécanismes de régulation de la
température corporelle



3.1. Les bases neuronales de la thermosensibilité
3.2. Coordination des réponses thermorégulatrices
3.3. Les mécanismes de l’hyperthermie
2. Réponses physiologiques aux
variations de la température ambiante

2.1. Lutte contre le froid

Limitation de la
thermolyse
Adaptations physiologiques
 Adaptations anatomiques
 Adaptations comportementales


Augmentation de la
thermogenèse
2.1. Lutte contre le froid

Limitation de la thermolyse:
adaptation physiologique


Pertes par évaporation d’eau sont minimales
et constantes
Contrôle de l’apport de calories aux surfaces
d’échange


Réduction du débit sanguin
Redistribution sanguine au niveau des membres
et de la peau
2.1. Lutte contre le froid
• Réduction du débit sanguin
• Réaction de chasse
°C
25
15
5
0.5
1
Temps (h)
2.1. Lutte contre le froid
• Redistribution sanguine au niveau des
membres
2.1. Lutte contre le froid
• Redistribution sanguine au niveau des
membres
V. Tibiale antérieure
A. Tibiale antérieure
Tibia
Veine saphène interne
FROID
Vt
At
Vt
CHALEUR
Vs
Vs
PEAU
Vt
At
Vt
2.1. Lutte contre le froid
• Redistribution sanguine au niveau de
la peau
FROID
RCP
TA
RCS
PEAU
2.1. Lutte contre le froid

Limitation de la thermolyse:
adaptations anatomiques

Isolation thermique
Espèces
Conductance thermique
(W.m-2. C-1)
Vache
10.5
Mouton Merinos
4-4.8
Mouton Cheviot
8.2
Porcelet
40.3
2.1. Lutte contre le froid

Limitation de la thermolyse: adaptations
comportementales
Thermogenèse (kcal.m-2. h-1)
150
Nouveau-né isolé
100
50
Portée de nouveau-nés
10
20
30
Température ambiante (°C)
2.1. Lutte contre le froid

Limitation de la thermolyse:
adaptations comportementales
2.1. Lutte contre le froid

Augmentation de la thermogenèse
Espèce
Rapport métabolisme de
sommet/métabolisme de base
Homme
5
Mouton adulte
7
Agneau 5kg
5
Porcelet
3
Chien
3.5
Chaton
2
Rat
5
Souris
7.4
Lapin
3.5
Canard
4.9
2.1. Lutte contre le froid

Augmentation de la thermogenèse

Thermogenèse mécanique:



Frisson : activité musculaire involontaire et
inefficace
Activité physique volontaire
Thermogenèse métabolique:


Métabolisme oxydatif mitochondrial+++
Tissu adipeux brun: mammifères
2.2. Lutte contre la chaleur


Facilitation de la thermolyse
sensible
Augmentation des pertes
insensibles




Sudation
Polypnée thermique
Thermolyse insensible d’origine
comportementale
Réduction de la thermogenèse endogène et
exogène
2.2. Lutte contre la chaleur

Facilitation de la thermolyse sensible:
Redistribution sanguine au niveau de la peau
CHALEUR
RCP
RCS
PEAU
2.2. Lutte contre la chaleur

Augmentation du
débit sanguin
2.2. Lutte contre la chaleur
•Facilitation de la thermolyse sensible: redistribution
sanguine au niveau des membres
V. Tibiale antérieure
A. Tibiale antérieure
Tibia
Veine saphène interne
FROID
Vt
At
Vt
CHALEUR
Vs
Vs
PEAU
Vt
At
Vt
2.2.Lutte contre la chaleur

Facilitation de la thermolyse sensible
Thermorégulation du cerveau


Poches gutturales cheval
2.2. Lutte contre la chaleur

Facilitation de la thermolyse sensible
Thermorégulation du testicule

2.2. Lutte contre la chaleur

Augmentation des pertes insensibles




Evaporation de l’eau: un gramme d’eau
emporte 2400J.
Evaporation transcutanée
(perspiration), évaporation respiratoire
Sudation vs polypnée thermique
Influence taille animal
2.2. Lutte contre la chaleur
Quantité d’eau nécessaire pour maintenir la température
centrale
Evaporation (% du poids/h)

20
T°ambiante = 40°C
2
Log poids corporel
2.2. Lutte contre la chaleur
Augmentation des pertes insensibles

SUDATION
POLYPNEE
2.2. Lutte contre la chaleur
Augmentation des pertes insensibles
La sudation
Réabsorption
Sécrétion
2.2. Lutte contre la chaleur
Augmentation des pertes insensibles
La sudation
Espèce
Température
ambiante (°C)
g.m-2 h-1
Homme
Condition maximale
1000-3000 g in toto
Bovins
40
145
Chèvre
40
50
Ovins
30
63
Chameau
57
240
Porc
35
24
Cheval
40
100
Ane
40
166
2.2. Lutte contre la chaleur
Augmentation des pertes insensibles
 Polypnée thermique

Espèces
Poids (kg)
Fréquence
Respiratoire
(min-1)
Débit (l.min-1)
Chien
1-17
420
54
Porc
20-26
390
31
Mouton
32-37
294
85
Chèvre
50-60
265
48
Bœuf
122-172
163
255
2. Lutte contre la chaleur
Augmentation des pertes insensibles


Polypnée thermique
Fréquence respiratoire (min-1) Volume courant (l)
Débit ventilation (l.min-1)
1.5
120
1
80
0.5
40
120
60
39
40
41
42
39
40
41
Température (°C)
42
39
40
41
42
2. Lutte contre la chaleur

Polypnée thermique
2. Lutte contre la chaleur

Augmentation des pertes insensibles:
avantages de la polypnée
thermique/sudation




Contrôle forces de convection
Pas de pertes en électrolytes
Pas d’apport exogène de chaleur
Thermorégulation du cerveau
2.2. Lutte contre la chaleur
Augmentation des pertes insensibles


Thermolyse insensible d’origine comportementale
Evaporation d’eau (g.m-2.h-1)
1000
Eau
600
Boue
200
Temps (h)
1
2
3
2.2. Lutte contre la chaleur

Réduction de la thermogenèse: thermogenèse
endogène
Lait Nourriture
kg
40
35
40
FROID
CHALEUR
30
25
30
Production de lait
20
20
15
Prise de nourriture
10 10
-20
-10
0
10
20
30 Température (°C)
2.2. Lutte contre la chaleur

Réduction de la thermogenèse: thermogenèse
exogène
Atmosphère
70 W
Soleil 280 W
Radiation 220 W
85°C
42°C
Thermogenèse
endogène 45 W
40°C
Sol 60 W
Thermogenèse Bilan énergétique (W)
Convection 70 W
Evaporation 165 W
Thermolyse
La thermorégulation

1. L’équilibre thermique



2. Réponses physiologiques aux variations de la
température ambiante



1.1. Température centrale et environnement thermique
1.2. Thermogenèse, thermolyse et température ambiante
2.1. Lutte contre le froid
2.2. Lutte contre la chaleur
3. Mécanismes de régulation de la température
corporelle



3.1. Les bases neuronales de la thermosensibilité
3.2. Coordination des réponses thermorégulatrices
3.3. Les mécanismes de l’hyperthermie
3. Mécanismes de régulation de la
température corporelle

3.1. Les bases neuronales de la
thermosensibilité
3.1. Les bases neuronales de la
thermosensibilité

Les thermorécepteurs hypothalamiques
Température hypothalamique (°C)
43
38
5.0
Perte de chaleur par évaporation (W)
30 min
2.0
J Physiol 1982, 322: 457
3.1. Les bases neuronales de la
thermosensibilité
Hypothalamus = principal centre
d’intégration de la thermorégulation
Corps calleux
Ny
Hypothalamique DM
Ny paraventriculaire
Ny
Hypothalamique postérieur
Ny Préoptique L
Ny Préoptique M
Glande pinéale
Ny Hypothalamique
VM
Ny Hypothalamique A
Ny suprachiasmatique
Corps mamillaire
Ny arqué
Ny supraoptique
Nerf optique
Eminence médiane
Neurohypophyse
Chiasma optique
Adénohypophyse
Infundibulum
Ny: noyau, VM: ventro-médian; DM: dorso-latéral; M: médian; L: latéral; A: antérieur
3.1. Les bases neuronales de la
thermosensibilité
• Les thermorécepteurs cutanés: terminaisons
nerveuses libres
Nombre de potentiels d’action par seconde
10
Récepteur au froid
8
Récepteur à la chaleur
6
4
2
10
20
Ann Rev Physiol, 1953, 15: 357
30
40
50
Température (°C)
3.2. Coordination des réponses
thermorégulatrices
Modèle de Hammel (1965)
Fréquence PA
Récepteur au froid
Récepteur à la chaleur
Voies afférentes
cutanées
Concept de
T°de consigne
(Set-point)
Thermolyse
Fréquence PA
Thermogenèse
SP: neurone de la corne
dorsale de la moelle
épinière
OC: chiasma optique
MB: corps mamillaires
3.2. Coordination des réponses
thermorégulatrices

Réponses thermorégulatrices

Réponse viscéro-motrice: ajustement de l’activité
du SN autonome





Centre nerveux respiratoire (pons)


Contrôle de la polypnée thermique
Réponse motrice somatique


Contrôle de la circulation sanguine: vasoconstriction vs
vasodilatation
Contrôle de la sudation
Piloérection: « poils dressés »
Contrôle de la thermogenèse chimique (métabolisme
cellulaire): rôle du tissu adipeux brun
Contrôle de l’activité musculaire: tremblements ou
frissons thermiques
Réponse humorale: hormones thyroïdiennes
3.2. Coordination des réponses
thermorégulatrices
Pertubation
(froid, chaud)
Variation de la température
Corporelle (±1°C)
Thermorécepteurs
Périphériques et centraux
Influx nerveux
Centres régulateurs
Thermolyse (noyaux préoptiques)
Thermogénèse (noyaux hypothalamiques post)
Hypothalamus
Influx nerveux
Hypophyse
sorties
Régulation
Retour à la
température
de 37°C
TSH
Effecteurs
Médullosurrénales Muscles
Peau
Vasoconstriction
Ou
Vasodilation
Libérations
Des
catécholamines
Muscles
frissons
Élévation ou baisse de la température corporelle
Thyroïde
Libérations
des Hormones
thyroïdiennes
3.3. Mécanismes de l’hyperthermie

Modifications de la température de
consigne



Effet de la déshydratation
Effet des substances pyrogènes: fièvre
Perte de thermorégulation


Dépassement des capacités de
dissipation de la chaleur: coup de
chaleur
Perturbation des systèmes de régulation
(pathologique, pharmacologique)
3.3. Mécanismes de l’hyperthermie
Fièvre: hyperthermie fébrile

Agents infectieux, leucocytes, macrophages
Libération de substances chimiques pyrogènes
Action sur l’hypothalamus qui libère des prostaglandines E
 température de consigne
Température corporelle (°C)
3.3. Mécanismes de l’hyperthermie
Fièvre

Ajustement
de la T° de
consigne
T° de consigne augmentée
39.5
39
Vasodilatation
Sudation
38.5
38
37.5
37
36.5
Température de
consigne réduite
Sensation de froid
1. Vasoconstriction
2. Piloérection
3. Frissons
0
1
2
3
Temps en h
4
5
3.3. Mécanismes de l’hyperthermie
• Coup de chaleur=perte de thermorégulation

Effet T° ambiante:




Influence de l’humidité de l’air, ventilation
Effet exercice
Limite du taux maximal de perte de
chaleur
T° hypothalamus excessive: capacité
de régulation
3.3. Mécanismes de l’hyperthermie
• Le coup de chaleur



41- 42°C : vertige, perte de conscience
Effets des très hautes T°corporelles: atteinte
des parenchymes des cellules
Mortalité importante

Etude rétrospective de 54 cas
20:48)



T°: 41°C
Thrombopénie
Mortalité=50%
(J Vet Intern Med 2006,
Conclusion



Lutte contre les variations de la température
ambiante: intervention d’un grand nombre de
fonctions physiologiques et comportementales
Coordination par l’hypothalamus: contrôle
l’activité de systèmes neuronaux effecteurs de
la thermolyse et de la thermogenèse
Conséquences physiopathologiques des
anomalies ou du dépassement des capacités
de lutte contre la chaleur