Grand oral du bac : La thermorégulation
Publié le 12/11/2018
Extrait du document
Réduction du gradient de température
• La vasoconstriction des vaisseaux sanguins cutanés participe à la réduction de ce gradient. Le système nerveux sympathique provoque une fermeture des vaisseaux sanguins de la peau. Le sang reste alors dans les régions profondes du corps et évite la peau. Celle-ci est isolée des couches profondes du corps par une couche de tissu (tissu sous-cutané adipeux). La dissipation de chaleur est alors considérablement diminuée, et la température de la peau tend à diminuer pour atteindre celle de l'environnement. Néanmoins, cette immobilisation temporaire du sang dans la peau ne doit pas durer trop longtemps. En effet les cellules cutanées, constamment privées d'oxygène et de nutriments, commencent à se détruire : il s'agit des gelures
CHAUFFAGE CENTRAL ET THERMOSTAT PHYSIOLOGIQUE
L'homme est un homéotherme (du grec homoios, semblable, et thermos, chaleur) : sa température reste constante même si la température ambiante varie. Cette définition n'est valable que pour les parties profondes du corps (température du noyau, 37 °C). En revanche, les membres et la peau sont pratiquement poïkilotherme (du grec poikilos, variable, et thermos, chaleur). Les animaux poïkilo-thermes dits à « sang froid » (insectes, batraciens, poissons) ont une activité métabolique dépendante de la température externe, d'où l'hibernation voire la mort en hiver. La plupart des réactions au sein de l'organisme, comme les réactions de digestion des aliments, sont dépendantes de la température. Maintenir une température interne constante à 37 °C est donc vital pour le bon fonctionnement de notre corps. Si cette température variait, les activités de l'organisme seraient modifiées. Ainsi, des écarts de température ou l'altération des systèmes de régulation peuvent conduire un individu à se trouver dans deux états distincts :
• état d'hypothermie qui entraîne un ralentissement des activités, dont celles du système nerveux central avec perte de connaissance à partir de 33 °C et fibrillation myocardique en dessous de 28 °C, menant à la mort.
• état d'hyperthermie avec accélération des activités de l'organisme, notamment du système nerveux central entraînant une désorganisation, des convulsions au delà de 42 °C et des lésions irréversibles à partir de 44 °C.
LES TEMÉRATURES DU CORPS
Pour un sujet nu, la température interne n'est maintenue constante à 37 °C que dans certaines limites de variations de la température extérieure : de 15 °C à 50-55 °C. La température centrale est constante à 37 °C en moyenne. Elle se mesure à l'aide d'un thermomètre par le
rectum (meilleur indicateur de la température centrale). Cependant, il existe de légères variations, suivant :
• le rythme circadien (jour - nuit) : la température est minimale vers 6 heures (36,5 °C) et augmente jusqu'en début de soirée (37,3 -37,4 °C).
• la période du cycle menstruel chez la femme : avant l'ovulation, la température est inférieure à 37 °C ; et après l'ovulation, elle augmente (37,3- 37,4 °C).
L'homéothermie ne concerne que le noyau central du corps, c'est-à-dire les parties profondes de l'organisme. La couche superficielle ou écorce, représentée par la peau sur une épaisseur de 2 à 3 cm, est soumise aux variations de température extérieure.
La peau est ainsi une couche
« tampon » qui isole le noyau central du monde extérieur.
La température de la peau au niveau des mains est ainsi de 30-32 °C lorsque la température extérieure est de 25 °C, et de 25 °C quand il fait 20 °C dehors.
LES MODES D'ÉCHANGES THERMIQUES
Les modes spécifiques
Il existe deux types de mécanismes spécifiques au corps humain pouvant soit augmenter soit diminuer sa température : la thermogénèse et la thermolyse.
La thermogénèse
La thermogénèse est la production de chaleur par l’organisme. Le bon fonctionnement de l'organisme nécessite de nombreuses réactions biochimiques. Celles-ci consomment de l'énergie et produisent de la chaleur qui s'accumule dans le corps.
Quand un individu est au repos, la plus grande partie de la chaleur corporelle provient du fonctionnement des organes internes (foie, cerveau, cœur, glandes endocrines fabriquant les hormones...). Les muscles et la peau, quant à eux, fournissent seulement 20 % de cette chaleur. En cas d'activité intense, la quantité de chaleur produite par les muscles est de 90 % de la production totale. En effet l'activité musculaire développe un travail mécanique possible grâce à de nombreuses réactions chimiques. La contraction musculaire est donc productrice de chaleur.
La thermolyse
La thermolyse est une nécessité, notamment en cas d'exposition au chaud. Elle consiste à débarrasser le corps de l’excès de chaleur nuisible au fonctionnement de l'organisme.
Ce mode repose sur l'évaporation de l'eau dont le passage de l'état liquide à l'état gazeux demande une certaine énergie (2,5 kilojoules pour 1 gramme d’eau). L'évaporation consiste à donner de la chaleur à des molécules (plus petit regroupement de matière) pour qu'elles puissent se mettre en mouvement et donc partir. C’est ce qui se passe lorsque l'on chauffe de l’eau. Celle-ci, quand elle a acquis suffisamment de chaleur, s'évapore. Ce mécanisme se déroule à la surface de notre organisme, au niveau de la peau.
«
(les
récepteurs centraux) renseignent
l'hypothalamus sur la température qui
règne en nous.
Celui-ci va réagir à tous
ces renseignements en déclenchant des
mécanismes appropriés capables de
fabriquer de la chaleur (thermogénèse)
ou de dissiper de la chaleur (thermo
lyse).
Bien entendu, l'ensemble de ces
mécanismes se fait automatiquement
sans que nous soyons obligés d'inter
venir de façon consciente : ils sont
automatiques.
Il ne reste plus à
l'organisme, maintenant qu'il possède
tous les renseignements, qu'à adapter
sa température.
HYPOTHERMIE Lorsque la température extérieure est
de 20 °C, l'organisme lutte contre le
froid.
Le
gradient de
température
entre l'intérieur
et l'extérieur du
corps augmente
et il y a plus de
pertes de
chaleur ; de ce
fait la
température centrale a tendance à
descendre en dessous de 37 °C.
Pour
maintenir la température interne à
37 °C, il existe deux possibilités :
augmenter la thermogénèse et réduire
le gradient de température.
AUGMENTATION LA THERMOGÉNÉSE
• l'augmentation de la vitesse de
fonctionnement de l'organisme
(métabolisme) est un des moyens
permettant d'augmenter la thermo
génèse.
Il existe un système nerveux
appelé système nerveux sympathique
qui fonctionne de façon autonome.
Le froid stimule la libération par
l'intermédiaire du système nerveux
sympathique d'une hormone appelée
noradrénaline.
La noradrénaline
augmente la vitesse du métabolisme,
faisant du même coup augmenter la
production de chaleur.
Ce mécanisme
porte le nom de thermogénèse
chimique.
• Le frisson participe aussi à ce phéno
mène.
Il peut arriver que l'organisme
soit dépassé par son adaptation face
aux températures extrêmes.
A ce
moment-là, au niveau du cerveau, les
centres réglant le tonus musculaire (le
besoin de recourir à une certaine force)
interviennent.
Les muscles antagonistes
fléchisseurs et extenseurs, c'est-à-dire
les muscles qui effectuent des mou
vements contraires, se contractent
simultanément.
Ce mécanisme
n'entraîne pas de travail mécanique
mais libère de l'énergie perdue sous
forme de chaleur pour pallier le déficit
thermique.
Le frisson engendré se
traduit par un tremblement convulsif et
passager, provoqué par une sensation
plus ou moins intense de froid ou de
fièvre.
• l'augmentation de la libération
d'hormones intervient aussi dans
l'augmentation de la thermogénèse.
Il s'agit d'un mécanisme régulateur mis
en jeu dans des cas de changements de
température moins brutales comme par
exemple lors du passage d'une saison
froide à une saison chaude ou inver
sement.
l'hypothalamus fabrique alors
une hormone qui, par une cascade de réactions,
stimule une autre hormone
thyroïdienne présente dans le sang.
Celle-ci accroît la vitesse du métabo
lisme et donc la production de chaleur,
permettant ainsi à l'organisme de
maintenir une température constante
lorsqu'il fait froid.
Réduction du gradient de
température
• La vasoconstriction des vaisseaux
sanguins cutanés participe à la
réduction de ce gradient.
Le système
nerveux sympathique provoque une
fermeture des vaisseaux sanguins de la
peau.
Le sang reste alors dans les
régions profondes du corps et évite la
peau.
Celle-ci est isolée des couches
profondes du corps par une couche
de tissu (tissu sous-cutané adipeux).
La dissipation de chaleur est alors
considérablement diminuée, et la tem
pérature de la peau tend à diminuer
pour atteindre celle de l'environne
ment.
Néanmoins, cette immobilisation
temporaire du sang dans la peau ne
doit pas durer
trop longtemps.
En effet les
• Les adaptations comportementales
contribuent elles-aussi à la réduction
du gradient.
Si la température est
inférieure à 15 oc, les régulations ne
fonctionnent plus assez et l'homéo
thermie repose alors sur des
adaptations
comportemen
tales : diminuer la
surface d'échange
à l'aide de
vêtements,
diminuer le
gradient de
température en
augmentant la température
extérieure (radiateurs à convection),
prise de boissons chaudes ...
HYPERTHERMIE
Dans un environnement à 35 °C,
l'organisme lutte contre le chaud.
Le
gradient de température entre
l'intérieur et l'extérieur du corps
diminue et la chaleur produite par le
corps est moins bien évacuée.
La
température centrale augmente alors
et une régulation devient nécessaire.
Augmentation la thermolyse
C'est un phénomène actif qui est
contrôlé par le système nerveux
sympathique.
La transpiration est une
sécrétion de sueur par les glandes
sudoripares situées dans la peau.
Elle
apparaît quand la température
extérieure devient supérieure à 29 oc
ou en cas d'effort physique.
Elle permet
des pertes d'eau importantes :jusqu'à
12 litres par 24 heures et le débit
maximal d'eau par transpiration est de
1 litre par heure.
Il est donc nécessaire
d'avoir des apports d'eau suffisants
pour compenser les pertes en eau et
sels minéraux.
l'augmentation de la
transpiration permet, par l'intermé
diaire de l'évaporation de la sueur, de refroidir
notre organisme mais ce
mécanisme est lent.
A noter que l'eau
doit réellement s'évaporer pour qu'il y
ait déperdition calorique.
Ainsi si l'air
est chaud et sec, comme dans le
désert, l'eau s'évapore et les pertes de
chaleur, importantes, sont proportion
nelles au débit de transpiration.
Au
contraire, si l'air est humide, la pression
partielle d'eau dans l'air est élevée et
l'air surchargé en eau ne peut en
accepter plus.
Il y a alors une perte
d'eau sans
évaporation, la
transpiration reste
sur le corps et la
chaleur n'est pas
évacuée.
Le sujet
se retrouve en
hyperthermie et
déshydraté.
C'est le cas dans les poys tropicaux
humides ou équatoriaux où l'environ
nement est chaud et humide.
Augmentation du gradient de
température
• Par vasodilatation des vaisseaux
sanguins cutanés.
La diminution de
l'activité du système nerveux
sympathique entraîne une
vasodilatation des vaisseaux de la
peau : la chaleur de l'organisme peut
être mieux dissipée.
Ainsi la
température de la peau augmente,
mais ce phénomène est limité.
• Par des adaptations comportemen
tales.
Pour se protéger de la chaleur,
d'autres possibilités existent comme
réduire l'activité physique, rechercher
un endroit frais ou ombragé, mais
également utiliser un ven61tdeur
(courants d'air), boire des boissons
fraîches.
On peut aussi porter des
vêtements amples et de couleur claire
car le blanc réfléchit l'énergie du
rayonnement solaire, et donc réduit les
apports de chaleur.
Un individu a moins
chaud en mettant des vêtements clairs
que sans vêtements du touL car la peau
nue absorbe la plus grande partie de
J'énergie du rayonnement qui J'atteint.
• Le phénomène appelé « coup de
chaleur» peut être fatal, sauf si J'on
prend immédiatement certaines
mesures comme Je refroidissement par
immersion dans de l'eau fraîche et
ingestion de liquides frais.
Ceci fait suite
à l'inefficacité des processus normaux
de refroidissemenL quand les capacités
de J'hypothalamus sont dépassées.
Tous
les mécanismes de thermorégulation
sont donc abolis, entraînant un cercle
vicieux : l'élévation trop importante de
la chaleur de J'organisme augmente la
vitesse des échanges qui à son tour
augmente la production de chaleur.
Le «
coup de chaleur » se traduit par une
confusion mentale ou un évanouis
sement, ou parfois les deux à la fois.
GénéralemenL une tension artérielle
effondrée fait suite à ce mécanisme, et
si l'organisme n'est pas refroidi et
réhydraté sans perte de temps,
l'épuisement dû à la chaleur peut
évoluer rapidement vers une
aggravation voire le décès de l'individu.
LES ÂGES FRAGILES DE LA
THERMORÉGULATION
CHEZ LE NOUVEAU-NÉ
La thermorégulation n'est efficace que
chez le nouveau-né à terme.
Les risques
d'hypothermie sont élevés, en
particulier chez le prématuré qui n'a
pas de système de thermorégulation
efficace.
Après l'accouchement, la température
de l'enfant s'abaisse très rapidement.
Le nouveau-né possède un tissu
particulier, le tissu adipeux brun, qui est
le siège de la thermogénèse sans
frisson.
l'aspect général du tissu
adipeux brun est peu différent de celui
du tissu adipeux blanc, qui sert au
stockage des graisses chez l'adulte.
Mais, à l'inverse de celui-ci, le tissu
adipeux brun a un rôle exclusif de
« brûleur de graisses », donc de
production de chaleur.
Cependant,
comme le rapport entre la surface
corporelle et le volume chez le
nouveau-né est 3 fois supérieur à
celui observé chez l'adulte, et que de
plus la peau est fine et sans couche de
graisse, il doit produire beaucoup plus
de chaleur pour maintenir sa tempé
rature constante.
Plus l'enfant est petiL
plus le risque d'hypothermie est grand.
De plus, le nourrisson n'a pas la
capacilé de produire de la chaleur
accompagnée de frisson, très efficace
pour lutter contre le froid.
l'hyperthermie est aussi dangereuse
pour le nouveau-né que l'hypothermie.
Son organisme dissipe moins bien la
chaleur que celui d'un adulte.
Certaines précautions sont à prendre
comme réduire au maximum la surface
d'échange avec l'environnement pour
éviter l'hypothermie, habiller le nour
risson en fonction de la température
ambiante et ne pas l'exposer à une
source de chaleur ou en plein soleil.
CHEZ LA PERSONNE AGÉE
En général les personnes iigées sont
capables de
maintenir leur
température corporelle dans
les limites
normales.
Cependant, leur
équilibre est
beaucoup plus
fragile et leur capacité d'adaptation est
beaucoup moins grande.
Bien que la
température centrale demeure
constante, l'efficacité des mécanismes
de thermorégulation diminue avec
l'âge.
Le
ralentissement du métabolisme et la
réduction de la production de chaleur
entraîne un abaissement de la
température du corps {36,6 oc voire
36 oc comparé à 37 oc chez un adulte).
Cette baisse de température semble
toutefois normale puisque la vieillesse
s'accompagne d'une diminution ou
d'un ralentissement de tous les
systèmes physiologiques.
Mais
J'adaptation thermique se réalise avec
beaucoup plus de difficulté chez les
personnes âgées : les agressions
thermiques (chaudes et froides) sont
mal contrôlées, la production de
chaleur est insuffisante, et Je frisson
thermique peu efficace.
L'isolant
constitué par la couche de graisse sous
cutanée diminue chez les personnes
âgées tout comme les mécanismes de
vasoconstriction et de vasodilatation
des capillaires de la peau.
La
transpirat ion est moins abondante.
Par
ailleurs, la diminution de l'activité chez
la plupart des personnes âgées les prive
d'une source importante d'augmen
tation de la température corporelle.
De
plus, il existe des facteurs d'ordre
psychologique, sociologique et culturel
pouvant aggraver une situation
d'hypothermie ou d'hyperthermie.
Les
personnes âgées adoptent parfois plus
difficilement un comportement
approprié en cas d'hypothermie ou
d'hyperthermie comme par exemple Je
fait de s'hydrater.
Et, s'il n'y a pas assez
d'eau dans l'organisme, le système est
altéré et il n'y a pas de lutte contre
l'hyperthermie.
LA FIÈVRE
température centrale.
Dans ce cas,
l'organisme régule normalement la
température autour de 40 °C au lieu de
37 °C.
Lors d'une fièvre, il y a donc une
élévation du niveau de référence pour
la régulation thermique du corps.
Ceci
est dû à une augmentation du niveau
d'activité de l'hypothalamus postérieur.
En effeL dans une situation d'infection il
y a production de substances pyrogènes
exogènes produites par des bactéries.
Ce sont des toxines qui agissent sur le
système immunitaire et entraînent la
production de substances pyrogènes
endogènes qui ont un effet direct sur
l'hypothalamus postérieur.
Comme la
température de l'hypothalamus
augmente, la température centrale,
initialement toujours à 37 oc, est plus
basse que le nouveau niveau de
référence.
l'hypothalamus postérieur
met alors en jeu des méthodes de lutte
contre le froid, d'où des frissons.
Quand l'infection s'arrête, il n'y a plus
de substances pyrogènes et
l'hypothalamus revient à son niveau
d'activité antérieur.
La température
centrale, qui a alors augmentée, est
supérieure au nouveau niveau de
référence.
l'hypothalamus réagit alors
avec des méthodes de lutte contre le
chaud avec sudation pour revenir à
37 oc..
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