physiologie

thermorégulation

La thermorégulation est un système intégré de mécanismes biologiques permettant de maintenir une température interne presque constante indépendamment des conditions climatiques externes à l'organisme. Ces mécanismes - particulièrement efficaces chez les oiseaux et les mammifères (tous les homéothermes des animaux), moins chez les poissons, les amphibiens et les reptiles (animaux poichilothermiques) - incluent les processus de production, de conservation et de dispersion de la chaleur.

Comme il est fréquent que la personne obèse ne mange pas de façon anormale par rapport à d’autres personnes de poids normal, qui mangent parfois encore plus, il est vraisemblable que, avec la même activité physique, les modifications des processus de thermorégulation peuvent entraîner une réduction de la consommation d’énergie, avec accumulation excès d'énergie sous forme de graisse. Les sujets minces, contrairement aux obèses, seraient donc plus aptes à se débarrasser de l'excès de nourriture (voir tissu adipeux brun) sous forme de chaleur.

La thermorégulation peut être volontaire ou involontaire en premier lieu. Dans le premier cas, il appartient à l'animal lui-même de mettre en œuvre volontairement des stratégies comportementales appropriées, telles que la recherche d'un abri protégé contre les éléments ou la migration dans les endroits les plus appropriés pour maintenir sa température corporelle.

Un autre exemple de thermorégulation comportementale est donné par les ajustements posturaux effectués pour diminuer ou augmenter la surface corporelle exposée à l'air; En hiver, par exemple, les renards ont tendance à se pelotonner en enveloppant le corps de leur longue queue. D'autres mammifères, dans les mois les plus chauds, saupoudrent leur corps de salive, ce qui augmente la dispersion de chaleur par évaporation.

Même des réponses thermorégulatrices involontaires peuvent être évoquées par une exposition à des environnements froids ou chauds. Dans tous les cas, ils prévoient l'intervention du centre de thermorégulation hypothalamique, capable de capter et de traiter les signaux provenant des thermorécepteurs cutanés et centraux (situés dans le cerveau, la moelle épinière et les organes centraux), en coordonnant la réponse physiologique la mieux adaptée au maintien de la température corporelle.

Thermorégulation dans des environnements froids

Les adaptations thermorégulatrices au froid sont conçues pour conserver et / ou produire de la chaleur.

La capacité d'un organisme à produire de la chaleur s'appelle thermogenèse; il est en grande partie obligatoire et lié aux processus physiologiques et métaboliques responsables du mouvement, de la digestion, de l'absorption et du traitement des éléments nutritifs introduits dans le régime.

Les mammifères ont la capacité d'augmenter la production de chaleur (thermogenèse en option), impliquant ou non le mécanisme du froid. Dans le premier cas, on parle de thermogenèse frissonnante (frissons). Ce mécanisme conduit à la production de chaleur par le biais d'une contraction rythmique et isométrique du tissu musculaire, non dirigée vers le mouvement. L'alternance de contractions et de relaxations conduit à un tremblement caractéristique appelé frisson, qui apparaît lorsque la température corporelle a tendance à diminuer "de manière significative". Le frisson génère une part de chaleur même 6-8 fois supérieure à celle produite par le muscle au repos. En général, cela ne se produit que lorsque la vasoconstriction maximale (voir plus loin) n'a pas été en mesure de maintenir la température corporelle.

La thermogenèse sans frissons, également appelée thermogenèse chimique, implique la production de chaleur par le biais de réactions biochimiques exothermiques (générant de la chaleur). Ces réactions ont lieu dans des organes particuliers, tels que le tissu adipeux brun (BAT), le foie et les muscles.

Le tissu adipeux brun, typique des animaux en hibernation et rare chez l'homme (plus élevé chez le nourrisson), est ainsi défini pour la pigmentation brune caractéristique (visible à l'œil nu) donnée par les caroténoïdes présents au niveau mitochondrial. Ces plantes énergétiques de la cellule adipeuse brune se distinguent par une autre caractéristique, la présence de la protéine mitochondriale UCP1. Cette protéine, située au niveau de la membrane mitochondriale, présente la particularité de découpler la phosphorylation oxydante, favorisant ainsi la production de chaleur aux dépens de la formation de molécules d’ATP. En bref, le tissu adipeux brun est conçu pour brûler les nutriments (principalement les graisses) afin d’accroître la production de chaleur. L'activation du tissu adipeux brun, stimulée par le froid, est principalement liée à la libération de noradrénaline et à son interaction avec les récepteurs β3, mais également garantie par des mécanismes endocriniens tels que la libération de T3 et T4 par la thyroïde. Les plus gros dépôts de tissu adipeux brun sont enregistrés dans les sites interscapulaires, périaortiques et périrénaux; à ces niveaux, ils sont placés près des vaisseaux sanguins, auxquels ils donnent de la chaleur afin que celle-ci soit transportée avec le flux sanguin vers les zones périphériques du corps.

On pense actuellement que le foie participe également à la thermorégulation, augmentant ainsi son activité métabolique - entraînant une production de chaleur - lorsque le corps humain est exposé à de basses températures. Une autre découverte récente est la découverte des isoformes de la protéine UCP1 dans le muscle, ce qui suggère un rôle thermogénique présumé d'origine métabolique (en plus de la capacité de produire de la chaleur par le frisson). Enfin, l'exposition aux basses températures augmente l'activité cardiaque, nécessaire pour soutenir les demandes métaboliques des tissus actifs dans ces circonstances (telles que les MTD) et pour augmenter le transport de chaleur produite dans tous les districts anatomiques. En plus d'assurer tout cela, l'augmentation de l'activité cardiaque est elle-même capable de produire une quantité de chaleur non négligeable.

Le contrôle des pertes de chaleur est régi par les lois physiques de conduction, convection, rayonnement et évaporation.

CONDUCTION : transfert de chaleur entre deux objets à des températures différentes, en contact l'un avec l'autre à travers une surface.

RAYONNEMENT ou IRRADIATION : transfert de chaleur entre deux objets à des températures différentes, qui ne sont PAS en contact. La perte ou l’achat de chaleur a lieu sous forme de rayonnement avec des longueurs d’ondes dans le domaine visible ou infrarouge; pour ainsi dire, c'est de la même manière que le soleil réchauffe la terre à travers l'espace. La perte de chaleur par rayonnement constitue plus de la moitié de la chaleur perdue par le corps humain.

CONVECTION : transfert de chaleur d'un corps à une source qui le traverse (courants d'air ou d'eau). Le mouvement de l'eau ou de l'air froid à travers la peau la plus chaude provoque l'élimination continue de la chaleur.

EVAPORATION : transfert de chaleur en passant de l'état liquide à l'état gazeux aux fluides perdus par la transpiration, pertes insensibles par la peau et les voies respiratoires.

La réduction de la dispersion thermique dans l'environnement se produit essentiellement par le confinement du flux sanguin cutané (vasoconstriction) et la piloérection (chez les animaux à fourrure, entre la peau chaude et l'environnement froid, il est créé un coussin d'air qui fonctionne d'isolation thermique).

L’augmentation de l’appétit, en revanche, augmente la production de chaleur par les mécanismes thermogéniques induits par le régime et soutient les besoins en énergie des organes thermogéniques.

Thermorégulation dans des environnements chauds

Pendant le séjour dans des environnements chauds, le corps réagit par une série de mécanismes thermodispersifs, à bien des égards contraires à ceux qui viennent d'être illustrés; de plus, il y a une suspension des processus métaboliques sous-jacents à la thermogenèse facultative. Parmi ceux-ci, on retient la vasodilatation cutanée et l'augmentation de la transpiration, de la fréquence et de la profondeur de l'haleine (polypnée), processus qui ont pour but d'augmenter la dispersion de chaleur par évaporation. Dans ces circonstances, l'appétit et la fréquence cardiaque diminuent également, en réponse à une demande inférieure en oxygène des organes thermogéniques.

Parmi les processus d'adaptation à long terme, on peut également apprécier une diminution de la sécrétion hypophysaire des hormones hypophysaires, avec pour conséquence un ralentissement du métabolisme, donc de la production de chaleur.

Comme mentionné dans le chapitre précédent, le processus de vasoconstriction est en grande partie contrôlé par le système nerveux sympathique. Les muscles lisses situés au niveau des sphincters précapillaires et des artérioles reçoivent des afférences des neurones sympathiques (adrénergiques) postganglionnaires. Si la température baisse en profondeur (exposition au froid), l'hypothalamus active sélectivement ces neurones qui, par la libération de noradrénaline, déterminent la contraction du muscle lisse artériolaire, réduisant ainsi le flux sanguin cutané. Cette réponse thermorégulatrice garde le sang plus chaud aux organes internes, minimisant ainsi le flux sanguin à la surface de la peau rendue froide par les intempéries. Bien que la vasoconstriction soit un processus actif, la vasodilatation est un processus essentiellement passif, qui dépend de la suspension de l'activité vasoconstrictrice par inhibition de l'activité sympathique. Si ce processus est typique des extrémités du corps, dans d'autres parties du corps, la vasodilatation est favorisée par des neurones spécialisés qui sécrètent de l'acétylcholine. Les cas particuliers sont également représentés par la dilatation locale de certains districts vasculaires suite à la libération de monoxyde d'azote (NO) ou d'autres substances paracrines vasodilatatrices.

Dans le contexte de la thermorégulation, le débit sanguin cutané varie de valeurs proches de zéro, lorsqu'il est nécessaire de conserver la chaleur, jusqu'à près de 1/3 du débit cardiaque lorsque la chaleur doit être libérée dans l'environnement.