IV- La thermorégulation Etude d’une voie de régulation mixte (nerveuse et hormonale)

Introduction Homéothermes et Poïkilothermes. La température est un élément déterminant de la physiologie: - imposée par l’environnement - une variable physiologique (milieu intérieur) - un déchet métabolique de toutes nos cellules La régulation de la température corporelle ou thermorégulation nécessite: - des capteurs spécifiques, sensibles aux variations de températures ou thermorécepteurs - des systèmes d’intégration - des effecteurs producteurs ou dissipateurs de chaleur

ENDOTHERMES ECTOTHERMES H I B E Température R Température centrale N indépendante du milieu ambiant Par production de chaleur interne = HOMEOTHERMES Température centrale dépendante du milieu ambiant =POIKILOTHERMES

Variation de la température en fonction de la température ambiante

Répartition de la température chez les endothermes Noyau thermique et Enveloppe thermique

Variation locale de la température chez les endothermes Transferts importants entre les organes

Introduction La température a des effets sur les processus biologiques: - effet sur la vitesse de réaction enzymatique - effet sur la conformation des protéines

Vitesse de réaction Notion de Q10 Q10 = 3 (vitesse triplée) Q10 = 2 Fonction exponentielle Q10 = 3 (vitesse triplée) Vitesse de réaction Q10 = 2 (vitesse doublée) 10 20 30 40 Temp. C

La température influence la consommation d’O2 Doryphore

Paramètres influençant la capacité de supporter des des écarts de température Les écarts de température supportables sont variables suivant les espèces -Températures létales supérieure et inférieure Durée d’exposition Age, développement

Equilibre des échanges pour maintenir une température constante La température corporelle est le résultat de l’équilibre entre la production et la perte de chaleur Température centrale PRODUCTION OU GAIN DE CHALEUR PERTES DE CHALEUR THERMOGENESE THERMOLYSE

1) Radiation (transfert de chaleur du soleil au corps) Les pertes 3) Convection (le courant d’air du vent éloigne l’air chaud du corps) 1) Radiation (transfert de chaleur du soleil au corps) 2) Conduction (transfert de chaleur des mains aux haltères) 4) Evaporation (sudation)

Pertes de chaleur Radiations: Émission de chaleur sous forme de radiations éléctromagnétique (IR moyen) -Conduction (diffusion par contact physique) et convection (renouvellement de l’air ou de l’eau en contact avec le corps) Evaporation le passage de l’état liquide à l’etat gazeux est consommateur d’énergie Respiration: pertes obligatoires non régulée Sudation: glandes écrines dont l’activité est fonction des besoins de ma thermorégulation (l’eau refroidit la peau) 0 à 3l/h

La production de chaleur du corps humain Réactions chimiques : C6H12O6 + 8 O2 CO2 + 6 H2O + DH Métabolisme Fonctions vitales Activité Cœur, foie, les muscles squelettiques et le tissu adipeux brun = noyau thermique

Le confort et la contrainte Dépassement de la thermorégulation Hyperthermie CONTRAINTE CHAUDE Zone de thermorégulation Zone de confort thermique Homéothermie NEUTRALITE CONTRAINTE FROIDE Dépassement de la thermorégulation Hypothermie

de la température ambiante Seuils de sensation d’un réchauffement ou d’un refroidissement cutané en fonction de la température ambiante

Les capteurs thermorécepteurs 2 types 1- Les thermorécepteurs cutanés 2- Les thermorécepteurs centraux situés dans l’hypothalamus

Les thermorécepteurs cutanés

Les mécanismes thermorégulateurs La thermorégulation a pour fonction de maintenir la température interne constante lorsque la température externe varie dans de larges limites.

Hypothalamus Hypophyse

Adhérence interthalamique Hypothalamique postérieur Hypothalamus et noyaux hypothalamiques Adhérence interthalamique Corps calleux Ny Hypothalamique DM Ny paraventriculaire Ny Hypothalamique postérieur Ny Préoptique L Ny Préoptique M Glande pinéale Ny Hypothalamique A Ny Hypothalamique VM Ny suprachiasmatique Corps mamillaire Ny arqué Ny supraoptique Nerf optique Eminence médiane Chiasma optique Neurohypophyse Infundibulum Adénohypophyse Hypophyse Ny: noyau, VM: ventro-médian; DM: dorso-latéral; M: médian; L: latéral; A: antérieur

Hypothalamus, homéostasie et comportements motivés Les neurones de la zone paraventriculaire (ou périventriculaire) de l’hypothalamus sont les chefs d’orchestre de réponses intégrées de l’organisme. Ces réponses intégrées présentent 3 composantes: 1- Une réponse humorale: sécrétion d’hormone ou de neurohormones en réponse à une stimulation spécifique qui contrôle l’activité de l’hypophyse 2-Une réponse viscéro-motrice: ajustement de l’activité des 2 système du système nerveux autonome (para et sympathique) 3-Une réponse motrice somatique: les neurones hypothalamiques et surtout ceux de l’hypothalamus latéral déclenchent une réponse somatique motrice adaptée à la situation.

Rôle de l’hypothalamus Centres thermorégulateurs Hypothalamus = principal centre d’intégration de la thermorégulation : rôle de « thermostat » Centre de la thermolyse : partie antérieure, dans l’aire pré-optique Centre de la thermogenèse : partie postérieure de l’hypothalamus Centres thermorégulateurs

Hypothalamus Peau Mécanismes réflexes de thermogenèse ou de thermolyse Thermorécepteurs centraux (situés plus profond dans partie antérieure de l’hypothalamus) Hypothalamus Mécanismes réflexes de thermogenèse ou de thermolyse Influx nerveux afférents Voies nerveuses ou hormonales Peau Thermorécepteurs périphériques Thermorécepteurs centraux (situés plus profond et sensibles à T°C sang)

Réponses thermorégulatrices

1-Le frisson musculaire Contractions désynchronisées des MS Augmente le métabolisme d’un facteur 5 2-Thermogénèse chimique: Augmentation du métabolisme par réaction au froid Graisse brune du nourrisson 3-Vasoconstriction adrénergiques cutanée/ vasodilation localisée/limite les échanges avec le noyau thermique 4- Horripilation adrénergique: chair de poule Érection des poils pour emprisonner l’air (couche isolante ou tampon)

Adaptations comportementales 1-Vêtements, posture, habitat 2-Activité post-pandriale: activités métaboliques élevée (stockage et transformations chiques de aliments 3- Activité musculaire Envie de bouger Augmente 20 fois le métabolisme de base

Réactions au froid

Réactions au chaud

La séquences des événements

Mécanismes de thermogenèse Si la Tempext ou Tempsang  le centre hypothalamique de la thermogenèse est alors activé Déclenchement de plusieurs mécanismes pour maintenir ou augmenter Tcentrale du corps

1) Vasoconstriction des vaisseaux sanguins cutanés Activation des fibres nerveuses du SN Sympathique Adrénaline et noradrénaline Stimulation des muscles lisses des artérioles de la peau Vasoconstriction Sang restreint aux régions profondes et détourné des réseaux capillaires sous cutanés Déperdition de chaleur limitée (hypoderme = isolant). Attention si prolongée : risque de gelure (nécrose) car cellules privées d’O2 et de nutriments)

2) Augmentation de la vitesse du métabolisme (thermogénèse chimique) Froid Stimulation des fibres nerveuses sympathiques Libération de noradrénaline (médullosurrénale)  Vitesse du métabolisme des cellules cibles. Augmentation de l’utilisation de glycogène (consommation d’O2 ).  Chaleur = thermogénèse chimique. Attention en milieu hypoxique

3) Frisson thermique (TREMOR) L’incapacité des situations décrites avant de maîtriser la situation déclenche le frisson Activation des centres de l’encéphale régulateurs du tonus musculaire Contraction involontaire des muscles squelettiques = frisson  Chaleur =  Tcorp car l’activité musculaire engendre une production de chaleur

4) Augmentation de la libération de thyroxine  Text Activation hypothalamus Libération de thyréolibérine (TRH) Activation adénohypophyse qui sécrète de la thyréostimuline (TSH) Stimulation de la glande thyroïde qui libère plus de thyroxine dans le sang  Vitesse du métabolisme des cellules cibles et  production chaleur.

 besoins énergétiques froid stimulation Hypothalamus TRH Hypophyse TSH inhibition Régulation de la sécrétion de thyroxine Thyroïde Thyroxine

En plus : porter des vêtements chauds pour éviter déperdition de chaleur boire des liquides chauds augmenter activité musculaire changer de posture pour réduire la surface corporelle exposée (croiser les bras)

Mécanismes de thermolyse = dissipation de chaleur Différents mécanismes pour la déperdition de chaleur : rayonnement conduction convection évaporation Chaque fois que Tcent > normale : Centre hypothalamique de thermogenèse = inhibé Centre hypothalamique de thermolyse = activé. Ce qui peut engendrer plusieurs réactions :

Sang chaud envahit les vaisseaux de la peau 1) Vasodilatation des artérioles cutanées (+ rôle de fréquence cardiaque qui ) Modulation des fibres nerveuses du SN Sympathique Stimulation des muscles lisses des artérioles de la peau  Vasodilatation Sang chaud envahit les vaisseaux de la peau La chaleur se dissipe à la surface de la peau par rayonnement, conduction et convection

2) Augmentation de la transpiration   Text Stimulation des fibres nerveuses du SN sympathique Stimulation des glandes sudoripares : sueur  Evaporation de la sueur : déperdition de chaleur Si taux d’humidité > 60% : problème pour transpirer. Déperdition de chaleur difficile

En plus : porter des vêtements amples, de couleurs claires, qui réfléchissent l’énergie radiante et réduisent le gain de chaleur. On a moins chaud habillé que nu car la peau nue absorbe l’énergie radiante du soleil. Rechercher un environnement frais Augmenter la convection (ventilateur) Diminuer la Text (climatiseur)

Inhibition de l’hypothalamus Le coup de chaleur Si Text   Hyperthermie Tcent   Inhibition de l’hypothalamus Mécanismes de régulation de chaleur = stoppés Vitesse du métabolisme  Coup de chaleur Lésions cérébrales et possibilités d’issue fatale. Immersion dans l’eau fraîche et prise de liquides et d’électrolytes. L’insolation peut être le point de départ.

Fièvre = hyperthermie contrôlée. La fièvre Fièvre = hyperthermie contrôlée. Infection dans une région de l’organisme ou autres troubles (cancer, réaction allergique, traumatismes du SNC…). GB, cellules des tissus lésés, macrophages Libération de substances chimiques pyrogènes (IL1 et IL6) Action sur l’hypothalamus qui libère des prostaglandines Les prostaglandines ajustent la valeur de référence du thermostat hypothalamique à une température > amenant ainsi l’organisme à mettre en marche des mécanismes de thermogenèse.

Augmentation de chaleur jusqu’à nouvelle valeur de référence. La fièvre (suite) Vasoconstriction Déperdition de chaleur à la surface corporelle , la peau devient froide et les frissons commencent à générer de la chaleur Augmentation de chaleur jusqu’à nouvelle valeur de référence. La nouvelle Tcent est maintenue jusqu’à ce que le processus se renversent ou que les antibiotiques fassent effet. Le thermostat est alors réglé plus bas et les mécanismes de thermolyse se mettent en route : transpiration et peau rougit. Cela indique que la température descend.

Risque de dénaturation des protéines. La fièvre (suite) La fièvre est dangereuse si la valeur du thermostat est réglée trop haut. Risque de dénaturation des protéines. La fièvre en augmentant la vitesse du métabolisme, accélère la cicatrisation et semble inhiber la croissance bactérienne

diminution de la force musculaire frisson +++ HYPOTHERMIE Tcent < 35°C diminution de la force musculaire frisson +++ diminution du métabolisme des agents pharmacologiques Tcent < 34°C confusion mentale perte de connaissance Tcent < 28°C Bradycardie arythmie fibrillation ventriculaire ETIOLOGIES : conditions extrêmes, anesthésie, sujet âgé, hypothyroïdie TRAITEMENT Réchauffement progressif : perfusion utilisation clinique : CEC

Coup de chaleur = perte de thermorégulation réduction de la sudation HYPERTHERMIE Tcent > 38°C maxi 43°C Coup de chaleur = perte de thermorégulation réduction de la sudation augmentation de Tcent hypotension artérielle abolition/diminution des réflexes convulsions et mort cérébrale (Tcent >42°) ETIOLOGIE Pathologie héréditaire déshydratation hyperthyroidie, infection,... TRAITEMENT refroidissement progressif réhydratation

Fonctionnement de la boucle de thermorégulation 1 : centre intégrateur commandant tous les effecteurs (hypothalamus) 2 : centre intégrateur commandant une parties des effecteurs (Moelle épinière)