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La thermorégulation V. Gayrard Physiologie E.N.V.T.

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1 La thermorégulation V. Gayrard Physiologie E.N.V.T.

2 Introduction Température corporelle: variable physiologique essentielle Nécessité du maintien de la température corporelle Lutte contre les variations de la température ambiante

3 La thermorégulation 1. Léquilibre thermique 1.1. Température centrale et environnement thermique 1.2. Thermogenèse, thermolyse et température ambiante 2. Réponses physiologiques aux variations de la 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 lhyperthermie

4 1.1. Température centrale et environnement thermique Température ambiante: Température radiante Température centrale Niveau moyen de lénergie thermique Degrés Celsius Gradient thermique Température rectale Noyau Enveloppe

5 1.1. Température centrale et environnement thermique AnimalValeur moyenne (°C)Rang Etalon Jument ;2 Poulain(quelques j)39.3 Vache à viande Vache laitière Mouton Chèvre Porc Chien Chat Lapin Poulet

6 1.1. Température centrale et environnement thermique Temps (h) T (°C) Variations diurnes de la température J Vet Med A 2005, 52: 377

7 1.1. Température centrale et environnement thermique Température centrale Relativement constante =HOMEOTHERMES - Endohoméothermes: mammifères, oiseaux - Exohoméothermes Température centrale Dépendante du milieu ambiant =HETEROTHERMES

8 1.1. Température centrale et environnement thermique Le système isolant corporel Peau, tissus cutanés et graisse sous- cutanée Fourrure Plumage

9 1.2. Thermogenèse, thermolyse et température ambiante PRODUCTION DE CHALEUR PERTES DE CHALEUR Température centrale THERMOGENESE THERMOLYSE Equilibre thermique Unités= joule (J), watt (W) avec 1W=1J/s, calorie (1cal= 4.18J)

10 1.2. Thermogenèse, thermolyse et température ambiante La thermogenèse Quantité de chaleur libérée au cours des réactions chimiques M=16.17 VO VCO 2 – VCH 4 (eq 1) M=20.46 VO 2 (eq2) Calorimétrie indirecte: VO 2, VCO 2 et VCH 4 (ruminants) avec M en KJ, et les volumes en l M=16.74 P 0.75 (eq 3) M en KJ/24h, P en kg C 6 H 12 O O 2 CO H 2 O + H

11 1.2. Thermogenèse, thermolyse et température ambiante Thermogenèse de base: Production thermique minimale EspècePoids (kg)KJ. 24h -1.kg -1 Homme Vache Mouton Porc Cheval Chien Chat Rat Souris Cobaye Lapin Rhésus Poule

12 1.2. Thermogenèse, thermolyse et température ambiante Thermogenèse facultative: ActivitéThermogenèse (KJ. 24h -1 ) % du total Prise de nourriture (9h) Rumination (8h) Position debout (12h) Marche (6km) Métabolisme de base

13 1.2. Thermogenèse, thermolyse et température ambiante Convection Radiation Thermolyse: Evaporation Conduction vers lair Pertes insensiblesPertes sensibles Q conduction = k 1 (T° enveloppe -T° ambiante )

14 1.2. Thermogenèse, thermolyse et température ambiante Lutte contre le froid TCITCS Thermogenèse Thermolyse insensible Thermolyse totale Thermolyse sensible Lutte contre la chaleur Température centrale T° ambiante - + Zones HOMEOTHERMIE HYPOTHERMIE HYPERTHERMIE T° léthale inférieure T° léthale supérieure ENERGIE (production, perte)

15 MOUTON VACHE VEAU PORC PORCELET POUSSIN Température ambiante (°C) Zone de neutralité thermique et températures critiques 1.2. Thermogenèse, thermolyse et température ambiante

16 La thermorégulation 1. Léquilibre thermique 1.1. Température centrale et environnement thermique 1.2. Thermogenèse, thermolyse et température ambiante 2. Réponses physiologiques aux variations de la 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 lhyperthermie

17 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

18 2.1. Lutte contre le froid Limitation de la thermolyse: adaptation physiologique Pertes par évaporation deau sont minimales et constantes Contrôle de lapport de calories aux surfaces déchange Réduction du débit sanguin Redistribution sanguine au niveau des membres et de la peau

19 2.1. Lutte contre le froid 0.51 Temps (h) ° C Réduction du débit sanguin Réaction de chasse

20 2.1. Lutte contre le froid Redistribution sanguine au niveau des membres

21 2.1. Lutte contre le froid VtAtVtVs PEAU VsAt Vt FROID CHALEUR V. Tibiale antérieure A. Tibiale antérieure Tibia Veine saphène interne Redistribution sanguine au niveau des membres

22 RCP RCS FROID TA PEAU 2.1. Lutte contre le froid Redistribution sanguine au niveau de la peau

23 2.1. Lutte contre le froid Limitation de la thermolyse: adaptations anatomiques Isolation thermique EspècesConductance thermique (W.m -2. C -1 ) Vache10.5 Mouton Merinos4-4.8 Mouton Cheviot8.2 Porcelet40.3

24 2.1. Lutte contre le froid Température ambiante (°C) Thermogenèse (kcal.m -2. h -1 ) Nouveau-né isolé Portée de nouveau-nés Limitation de la thermolyse: adaptations comportementales

25 2.1. Lutte contre le froid Limitation de la thermolyse: adaptations comportementales

26 2.1. Lutte contre le froid Augmentation de la thermogenèse EspèceRapport métabolisme de sommet/métabolisme de base Homme5 Mouton adulte7 Agneau 5kg5 Porcelet3 Chien3.5 Chaton2 Rat5 Souris7.4 Lapin3.5 Canard4.9

27 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

28 2.2. Lutte contre la chaleur Facilitation de la thermolyse sensible Augmentation des pertes insensibles Sudation Polypnée thermique Thermolyse insensible dorigine comportementale Réduction de la thermogenèse endogène et exogène

29 2.2. Lutte contre la chaleur Facilitation de la thermolyse sensible: Redistribution sanguine au niveau de la peau RCP RCS CHALEUR PEAU

30 2.2. Lutte contre la chaleur Augmentation du débit sanguin

31 2.2. Lutte contre la chaleur Facilitation de la thermolyse sensible: redistribution sanguine au niveau des membres

32 2.2.Lutte contre la chaleur Facilitation de la thermolyse sensible Thermorégulation du cerveau Poches gutturales cheval

33 2.2. Lutte contre la chaleur Facilitation de la thermolyse sensible Thermorégulation du testicule

34 2.2. Lutte contre la chaleur Augmentation des pertes insensibles Evaporation de leau: un gramme deau emporte 2400J. Evaporation transcutanée (perspiration), évaporation respiratoire Sudation vs polypnée thermique Influence taille animal

35 2.2. Lutte contre la chaleur Evaporation (% du poids/h) Log poids corporel Quantité deau nécessaire pour maintenir la température centrale T°ambiante = 40°C 2 20

36 2.2. Lutte contre la chaleur SUDATION POLYPNEE Augmentation des pertes insensibles

37 2.2. Lutte contre la chaleur Augmentation des pertes insensibles La sudation Sécrétion Réabsorption

38 2.2. Lutte contre la chaleur EspèceTempérature ambiante (°C) g.m -2 h -1 HommeCondition maximale g in toto Bovins40145 Chèvre4050 Ovins3063 Chameau57240 Porc3524 Cheval40100 Ane40166 Augmentation des pertes insensibles La sudation

39 2.2. Lutte contre la chaleur Polypnée thermique EspècesPoids (kg)Fréquence Respiratoire (min -1 ) Débit (l.min -1 ) Chien Porc Mouton Chèvre Bœuf Augmentation des pertes insensibles

40 2. Lutte contre la chaleur Température (°C) Fréquence respiratoire (min -1 ) Débit ventilation (l.min -1 ) Volume courant (l) Polypnée thermique Augmentation des pertes insensibles

41 2. Lutte contre la chaleur Polypnée thermique

42 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 dapport exogène de chaleur Thermorégulation du cerveau

43 2.2. Lutte contre la chaleur Thermolyse insensible dorigine comportementale Temps (h) Evaporation deau (g.m -2.h -1 ) EauBoue Temps (h) Evaporation deau (g.m -2.h -1 ) EauBoue Temps (h) Evaporation deau (g.m -2.h -1 ) EauBoue Augmentation des pertes insensibles

44 2.2. Lutte contre la chaleur Lait Nourriture kg Température (°C) Production de lait Prise de nourriture FROIDCHALEUR Réduction de la thermogenèse: thermogenèse endogène

45 2.2. Lutte contre la chaleur Atmosphère 70 W Soleil 280 W Convection 70 W 40°C 42°C 85°C Radiation 220 W Evaporation 165 W Sol 60 W Thermogenèse endogène 45 W Bilan énergétique (W)ThermolyseThermogenèse Réduction de la thermogenèse: thermogenèse exogène

46 La thermorégulation 1. Léquilibre thermique 1.1. Température centrale et environnement thermique 1.2. Thermogenèse, thermolyse et température ambiante 2. Réponses physiologiques aux variations de la 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 lhyperthermie

47 3. Mécanismes de régulation de la température corporelle 3.1. Les bases neuronales de la thermosensibilité

48 Les thermorécepteurs hypothalamiques Température hypothalamique (°C) Perte de chaleur par évaporation (W) 30 min J Physiol 1982, 322: 457

49 3.1. Les bases neuronales de la thermosensibilité Ny Hypothalamique postérieur Ny paraventriculaire Ny Préoptique L Ny Hypothalamique A Ny suprachiasmatique Nerf optique Chiasma optique Infundibulum Adénohypophyse Neurohypophyse Eminence médiane Corps mamillaire Glande pinéale Ny Hypothalamique DM Ny Préoptique M Ny supraoptique Ny: noyau, VM: ventro-médian; DM: dorso-latéral; M: médian; L: latéral; A: antérieur Ny arqué Corps calleux Ny Hypothalamique VM Hypothalamus = principal centre dintégration de la thermorégulation

50 3.1. Les bases neuronales de la thermosensibilité Les thermorécepteurs cutanés: terminaisons nerveuses libres Nombre de potentiels daction par seconde Récepteur au froid Récepteur à la chaleur Ann Rev Physiol, 1953, 15: 357

51 3.2. Coordination des réponses thermorégulatrices Récepteur au froid Récepteur à la chaleur Voies afférentes cutanées Thermolyse Thermogenèse Fréquence PA SP: neurone de la corne dorsale de la moelle épinière OC: chiasma optique MB: corps mamillaires Modèle de Hammel (1965) Concept de T°de consigne (Set-point)

52 3.2. Coordination des réponses thermorégulatrices Réponses thermorégulatrices Réponse viscéro-motrice: ajustement de lactivité du SN autonome 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 Centre nerveux respiratoire (pons) Contrôle de la polypnée thermique Réponse motrice somatique Contrôle de lactivité musculaire: tremblements ou frissons thermiques Réponse humorale: hormones thyroïdiennes

53 3.2. Coordination des réponses thermorégulatrices Pertubation (froid, chaud) Variation de la température Corporelle (±1°C) Thermorécepteurs Périphériques et centraux Élévation ou baisse de la température corporelle Régulation Retour à la température de 37°C Centres régulateurs Thermolyse (noyaux préoptiques) Thermogénèse (noyaux hypothalamiques post) Hypothalamus Hypophyse sorties Influx nerveux TSH Influx nerveux Vasoconstriction Ou Vasodilation Libérations Des catécholamines Muscles frissons Libérations des Hormones thyroïdiennes PeauMédullosurrénalesMusclesThyroïde Effecteurs

54 3.3. Mécanismes de lhyperthermie 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)

55 3.3. Mécanismes de lhyperthermie Libération de substances chimiques pyrogènes Action sur lhypothalamus qui libère des prostaglandines E Agents infectieux, leucocytes, macrophages température de consigne Fièvre: hyperthermie fébrile

56 3.3. Mécanismes de lhyperthermie Température corporelle (°C) Temps en h 39.5 T° de consigne augmentée Ajustement de la T° de consigne Sensation de froid 1.Vasoconstriction 2.Piloérection 3.Frissons Vasodilatation Sudation Température de consigne réduite Fièvre

57 3.3. Mécanismes de lhyperthermie Effet T° ambiante: Influence de lhumidité de lair, ventilation Effet exercice Limite du taux maximal de perte de chaleur T° hypothalamus excessive: capacité de régulation Coup de chaleur=perte de thermorégulation

58 3.3. Mécanismes de lhyperthermie °C : vertige, perte de conscience Effets des très hautes T°corporelles: atteinte des parenchymes des cellules Mortalité importante Etude rétrospective de 54 cas (J Vet Intern Med 2006, 20:48) T°: 41°C Thrombopénie Mortalité=50% Le coup de chaleur

59 Conclusion Lutte contre les variations de la température ambiante: intervention dun grand nombre de fonctions physiologiques et comportementales Coordination par lhypothalamus: contrôle lactivité 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


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