Thermorgulation et exercice physique
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Thermorégulation et exercice physique Généralités • L’activité physique en ambiance chaude ou froide augmente les charges pour l’organisme • Dans des conditions extrêmes, l’organisme doit s’adapter Mécanismes régulateurs • L’homme doit garder sa température centrale à peu près constante • La température corporelle est située entre 36,1 et 37,8° • La température s’écarte de ces valeurs lors de maladie, de l ’exercice musculaire ou selon les conditions environnementales • Les tissus ayant un métabolisme produisent de la chaleur • La température centrale reflète l’équilibre entre les gains et les pertes de chaleur • Pour maintenir la température constante, il faut un équilibre entre les pertes et la production de chaleur Les moyens d’échanges de chaleur • • • • conduction convection radiation évaporation Conduction • Contact entre 2 corps, par exemple la main sur une plaque chaude • La chaleur produite dans l ’organisme est transférée jusqu’à la peau par conduction • La chaleur est ensuite transférée aux habits, à l ’air Convection • • • • Echanges d ’énergie par un gaz ou un liquide Il y a des échanges d’énergie entre les molécules d’air ou d’eau et la peau L’exemple typique est le vent En se combinant à la conduction, la convection permet de perdre 10-20% de la chaleur produite • Lorsqu’un corps est immergé dans l ’eau froide, les pertes par conduction sont augmentées de 26x par rapport à l ’air Dr Michel Hunkeler Av. Gare 1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 1 Radiation • Au repos, elle est la première source de perte de chaleur (60%) • La perte se fait par le rayonnement infrarouge Evaporation • C ’est le moyen privilégié pour perdre de la chaleur à l ’exercice (80% des pertes de chaleur à l ’effort) • L ’évaporation de 1 litre de sueur permet une déperdition de 580 kcal • La sueur s’évapore sous l’effet de la chaleur et transfert ainsi la chaleur de la peau vers l ’environnement Dr Michel Hunkeler Av. Gare 1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 2 Hygrométrie • Le degré d’hygrométrie joue un rôle important sur les échanges de chaleur • Un degré d’hygrométrie élevé correspond à une grande quantité de molécule d’eau en suspension dans l ’air. • La différence en concentration en vapeur d’eau entre la surface de la peau et l’air est faible lorsque le degré d’hygrométrie est élevé, l’évaporation sudorale est alors limitée • La sueur évaporée est la seule qui participe à la thermorégulation. La sueur ruisselante ne modifie pas la température • Dans un désert sec (10% hygrométrie, 32°) l’évaporation sudorale se fait rapidement et on ne constate pratiquement pas de sueur • Dans les mêmes conditions avec un degré d’hygrométrie de 90%, l’évaporation sudorale ne se fait pratiquement pas et la sueur ruisselle sans évacuer de chaleur • Dans un milieu saturé en eau, à l’exercice musculaire, l’évaporation se fait mal et la température centrale a tendance à augmenter Contrôle des échanges de chaleur • • • • La température centrale (mesurée rectale) est au environ de 37° A l ’exercice, la température centrale peut monter à 40°, la température du muscle à 42° Des températures supérieures à 40° peuvent perturber le système nerveux Régulation de la température – Des thermorécepteurs détectent les changements de température – L ’information est transmise au thermostat, l’hypothalamus – Si la température sort des limites, l’hypothalamus déclenche les mécanismes de régulation • Les récepteurs centraux sont situés dans l’hypothalamus, ils enregistrent la température du sang circulant • Les récepteurs périphériques sont situés dans la peau, ils enregistrent les variations de température et transmettent l’information à l’hypothalamus et au cortex Dr Michel Hunkeler Av. Gare 1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 3 Les effecteurs thermiques • • • • Les glandes sudorales Les muscles lisses de la paroi des artérioles Les muscles squelettiques Certaines glandes endocrines Les glandes sudorales • Lorsque la température augmente, l’hypothalamus ordonne aux glandes sudorales de sécréter la sueur • Plus la température est élevée, plus la production de sueur est importante Les muscles lisses de la paroi des artérioles • Lorsque la température s’élève, l’hypothalamus provoque une dilatation des artérioles périphérique • Il en résulte une augmentation du débit sanguin cutané • Le sang amène la chaleur des territoires centraux vers la peau pour éliminer la chaleur par radiation, conduction, convection Les muscles squelettiques • La contraction musculaire produit de la chaleur • Le froid déclenche via l’hypothalamus le phénomène de frisson • Le frisson thermique est une succession de contractions isométrique involontaires où l ’énergie est transformée en chaleur (muscles horripilateurs) • La production de chaleur endogène permet le maintient de la température centrale • Effet isolant de la couche d ’air «prisonnière » des poils Les glandes endocrines • Le froid entraîne une augmentation de la sécrétion des hormones de la thyroïde (augmente le métabolisme de base) • Les cathécholamines ont un effet sur le métabolisme Dr Michel Hunkeler Av. Gare 1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 4 Production de chaleur • • • • Au repos, l ’organisme produit environ 1,5 kcal par minute A l ’exercice, la production de chaleur peut atteindre 15 kcal par minute (900 kcal à l ’heure) 1 litre de sueur permet d ’éliminer 580 kcal Un exercice de 180 W durant 1 heure entraîne un stockage de 100 kcal, une élévation de 1° de la température corporelle correspond à un stockage de 70 kcal Réponses physiologiques lors de l’exercice en ambiance chaude • Cardio-vasculaire: – les besoins de la thermorégulation s’ajoutent à ceux nécessaires à l ’effort – Lors d ’un effort en milieu chaud, les territoires musculaires et cutanés entrent en compétition pour obtenir le maximum de circulation sanguine – C ’est le territoire cutané qui à l’avantage car, pour se protéger, l ’organisme va favoriser la thermorégulation à la performance – La performance en milieu chaud est diminuée Réponses physiologiques lors de l’exercice en ambiance chaude • Diminution du volume d’éjection systolique par diminution du retour veineux (redistribution sanguine vers les tissus cutanés) • Le débit reste relativement constant par augmentation du rythme cardiaque • Avec la prolongation de l ’effort, la performance diminue et le risque d ’hyperthermie augmente Equilibre hydrique et sudation • La température ambiante peut être plus élevée que celle de la peau. Le seul moyen de perdre de la température est alors l’évaporation. • Dans cette situation, les radiations, la conduction et la convection apportent de la chaleur au corps • L’élévation de la température stimule par le système nerveux sympathique les glandes sudorales • La sueur se forme par filtration du plasma • Si la sueur produite est peu abondante, les ions chlorures et sodium sont résorbés presque complètement • Si le débit sudoral augmente, les ions ne sont pratiquement plus réabsorbés • Un débit sudoral élevé réduit le volume sanguin • Le débit sudoral maximum est de 15 l/j Dr Michel Hunkeler Av. Gare 1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 5 Les risques de l ’exercice en ambiance chaude • Facteur de stress pour l ’organisme en ambiance chaude : – – – – température ambiante degré d'hygrométrie vitesse du vent quantité de radiation Effet de l’excès de chaleur • Neurologique: – hallucinations, épilepsie, • Cardio-vasculaire: – Tachycardie – Hypotension – Troubles de la conduction cardiaque • Gastro-intestinal: – Diarrhée, nausée, vomissement • Rein: – Insuffisance rénale, aggravée par rhabdomyolyse Acclimatation à la chaleur • L’entraînement dans un environnement chaud améliore la capacité à éliminer la chaleur corporelle • Il y a une adaptation du débit sudoral : – le débit sudoral augmente et le délai de sudation se raccourcit • Adaptation du débit sanguin : – Diminution du flux sanguin cutané, amélioration de la performance Mesure du stress thermique • • • • Bulbe sec Bulbe humide Globe noir WBGT (wet bulb globe temperature) = 0,1 température globe sec + 0,7 température globe humide + 0,2 température globe noir Personnes à risque de coup de chaleur • Obèse • Déshydraté • Absence d’acclimatation Dr Michel Hunkeler Av. Gare 1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 6 • Infection respiratoire ou digestive • Antécédent de coup de chaleur • Manque d’entraînement Traitement du coup de chaleur • Descendre la température (glace, eau, linge humide) • Hydrater L’exercice au froid • Le stress au froid correspond à un environnement pouvant faire perdre de la chaleur à l’organisme • Mécanismes de lutte contre le froid : – – – – – frisson thermique thermogenèse sans frisson vasoconstriction périphérique vêtements graisse sous-cutanée • Frisson thermique : – contraction musculaire permettant de 4-5x la production métabolique de chaleur au repos • Thermogenèse sans frisson – Stimulation du métabolisme par le système nerveux sympathique • Vasoconstriction périphérique Dr Michel Hunkeler Av. Gare 1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 7 – Stimulation des muscles lisses des artérioles pour diminuer la circulation sanguine dans les territoires cutanés • • • • • • • • • • Il y a une limite à l’efficacité des processus thermorégulateurs Lorsque les pertes de chaleur sont trop importantes, on arrive à une hypothermie Par définition, l ’hypothermie se situe à partir de 35° La morphologie et la composition jouent un rôle sur la perte de chaleur Un taux de graisse élevé permet de mieux conserver la chaleur La perte de chaleur est fonction du rapport entre la surface corporelle et le poids Le vent est un facteur important de refroidissement Dans l’eau, les pertes de chaleur sont 26x plus importantes Un sujet obèse (30% masse grasse) dans une eau à 21° peut nager plus de 6h Un sujet maigre avec un taux de masse grasse de 10% voit sa température centrale baisser à 33° en 30 minutes Réponse physiologique lors de l’exercice en ambiance froide • La vitesse de contraction et la puissance du muscle diminuent avec le froid si la température du muscle descend sous 25° • Lors d ’un exercice prolongé en milieu froid, on mobilise les acides gras libres Les risques de l ’exercice au froid • Décès lorsque la T° rectale descend en dessous de 24° • Au froid, il y a une baisse progressive du rythme cardiaque jusqu’à l ’arrêt définitif Effet de l’hypothermie • Circulation: – Augmentation de la viscosité – Diminution du volume sanguin – Diminution du débit circulatoire et de l’apport d ’oxygène aux tissus • Cœur: – Diminution du débit – Bradycardie, fibrillation • Respiratoire: – Diminution de l’élimination du CO2 – Diminution de la toux Gelures • La peau peut geler si elle descend sous zéro • La peau gèle pour une température de -29° • Lorsqu’il fait très froid, la circulation cutanée diminue au point que les tissus ne reçoivent plus assez d ’oxygène et meurent Acclimatation au froid • Peu de données Dr Michel Hunkeler Av. Gare 1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 8 • Possible augmentation du tissu adipeux cutané si exposition au froid répétée Dr Michel Hunkeler Av. Gare 1 2000 Neuchâtel cours d’anatomie/physiologie CEP Université de Neuchâtel 2004-2005 9
