Philippe CONNES (MCU) Université des Antilles et de la Guyane Thermorégulation Philippe CONNES (MCU) Université des Antilles et de la Guyane

Plan : Introduction Température centrale et température de surface Peau : structure et fonction Mécanismes d’échange de chaleur Rôle de l’hypothalamus et système nerveux autonome Mécanisme de thermogenèse Mécanisme de thermolyse (dissipation de la chaleur) Le coup de chaleur La fièvre Hypothermie Hyperthermie Synthèse

ENDOTHERMES ECTOTHERMES H I B E Température R Température centrale N 1. Introduction : H I B E R N A T ENDOTHERMES ECTOTHERMES Température centrale indépendante du milieu ambiant Par production de chaleur interne = HOMEOTHERMES Température centrale dépendante du milieu ambiant =POIKILOTHERMES

1. Introduction : 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

Tous les tissus produisent de la chaleur 1. Introduction : Tous les tissus produisent de la chaleur Au repos : surtout foie, cœur, cerveau, muscles squelettiques inactifs (20-30%) EXERCICE : chaleur produite par muscles squelettiques = 30-40 fois chaleur produite par le reste de l’organisme.

Si Tcorp , vitesse des réactions chimiques  1. Introduction : Température corporelle (Tcorp) comprise entre 36,1 et 37,8°C indépendamment de la température externe ou de la quantité de chaleur produite par l’organisme. Tcorp : minimum = matin (07h00-09h00) ; maximum = soir (17h00-19h00). Si Tcorp , vitesse des réactions chimiques  Si Tcorp   , dénaturation des protéines enzymatiques et structurales + activité des neurones du SN  

Si Tcorp , métabolisme  1. Introduction : Si Tcorp > 41°C, risque de convulsions Si Tcorp = 43°C, limite absolue pour la survie On supporte mieux les baisses de Tcorp. Si Tcorp , métabolisme  Hypothermie utilisée en chirurgie (éviter la lésion des tissus)

Régions du corps : températures  2. Température centrale et température de surface Régions du corps : températures  Température centrale (Tcent) = température des organes situés à l’intérieur des cavités crânienne, thoracique et abdominale Température de la surface du corps centrale (cutanée, Tcut) = plus basse.

TEMPERATURE PERIPHERIQUE Cutanée moyenne 2. Température centrale et température de surface TEMPERATURE CENTRALE Buccale Rectale Oesophagienne Tympanique TEMPERATURE PERIPHERIQUE Cutanée moyenne différence périphérie/centrale = reflet de l'enveloppe

Rôle du sang et de la circulation sanguine 2. Température centrale et température de surface Rôle du sang et de la circulation sanguine Sang = agent de transfert ou d’échange de chaleur entre l’intérieur du corps et sa surface. 1) Si surface plus chaude que extérieur Déperdition de chaleur Du sang chaud coule dans les capillaires de la peau (vasodilatation)

2. Température centrale et température de surface 2) Si surface moins chaude que extérieur La chaleur doit être conservée Le sang évite en grande partie le réseau capillaire sous –cutanée (vasoconstriction) Limitation des pertes de chaleur La Tcent est relativement stable alors que la Tcut peut fluctuer de manière très importante (entre 20 et 40°C)

CIRCULATION CUTANEE = échangeur thermique 2. Température centrale et température de surface CIRCULATION CUTANEE = échangeur thermique TISSU SOUS-CUTANE = isolant thermique D'après Aschoff et Wever (Dtsch Med Woxhenscher, 84, 1509, 1959 et Université Liège http://www.ulg.ac.be/physioan/chapitre/index.htm

3. La peau : structure et fonction Epiderme : plusieurs couches de cellules. certaines ont de la kératine (imperméabilisant) et d’autres ont de la mélatonine (colorent la peau). La couche profonde = couche germinative qui se renouvelle tous les 15 jours. Derme : contient des fibres élastiques et de collagènes. Il y a des capteurs (pressions et température). On y trouve les poils et les muscles horripilateurs, ainsi que les glandes sudoripares dont le canal excréteur s’ouvre sur la peau (pore) et produisent la sueur (eau, sels minéraux, acide urique, sucre, NaCl, vitamine C…) Hypoderme : cellules adipeuses (adipocytes). En relation avec le tissu conjonctif sous cutanée qui entoure les muscles.

Maintien de la T°C centrale 3. La peau : structure et fonction Maintien de la T°C centrale protection abrasive (chaleur, brûlure…) perception des stimulis fonction d’excrétion (sueur) synthèse de vitamine D (anti-rachitique,…) immunité (reconnaissance des cellules étrangères)

4 mécanismes de transfert de chaleur : 4. Mécanismes d’échange de chaleur Les mécanismes physiques qui gouvernent l’échange de chaleur entre notre peau et l’environnement externe sont identiques à ceux qui règlent le transfert de chaleur entre les objets inanimés. La chaleur se déplace suivant son gradient de concentration (des régions les plus chaudes vers les régions les plus froides). 4 mécanismes de transfert de chaleur : rayonnement conduction convection évaporation

3) Convection (le courant d’air du vent éloigne l’air chaud du corps) 4. Mécanismes d’échange de chaleur 3) Convection (le courant d’air du vent éloigne l’air chaud du corps) 1) Rayonnement (transfert de chaleur du soleil au corps) 2) Conduction (transfert de chaleur des mains aux haltères) 4) Evaporation (de la sueur)

En condition normale, 50% de la déperdition de chaleur = rayonnement 4. Mécanismes d’échange de chaleur 1) Rayonnement C’est la perte (ou le gain) de chaleur sous forme d’ondes infrarouges (énergie thermique) En condition normale, 50% de la déperdition de chaleur = rayonnement Le flux de l’énergie radiante va du plus chaud vers le plus froid

L’énergie thermique se déplace dans un milieu matériel 4. Mécanismes d’échange de chaleur 2) Conduction Transfert de chaleur entre deux objets qui sont en contact direct l’un avec l’autre. IL FAUT DONC UN CONTACT. L’énergie thermique se déplace dans un milieu matériel Dans un bain chaud, une partie de la chaleur de l’eau est transférée par conduction à notre peau Sur une chaise, une partie de la chaleur de nos fesses est transférée au siège

Refroidissement de la peau… par le vent (ventilateur) ou par l’eau. 4. Mécanismes d’échange de chaleur 3) Convection Refroidissement de la peau… par le vent (ventilateur) ou par l’eau. Comme l’air chaud à tendance à s’élever, l’air réchauffé qui entoure le corps est continuellement remplacé par des molécules d’air plus froid.

4. Mécanismes d’échange de chaleur 4) Evaporation L’eau s’évapore car ses molécules absorbent d la chaleur de l’environnement et possèdent assez d’énergie pour s’échapper sous forme de gaz (vapeur d’eau) aux endroits où la peau est en contact avec l’air. La chaleur absorbée par l’eau au cours de l’évaporation = chaleur de vaporisation L’évaporation de l’eau des surfaces du corps retire une quantité importante de chaleur corporelle, car elle absorbe beaucoup de chaleur avant de se vaporiser

4. Mécanismes d’échange de chaleur 4) Evaporation Basal : évaporation d’eau par les poumons, la muqueuse de la bouche et la peau. Très faible (= perte insensible d’eau / de chaleur) Exercice / fièvre : la transpiration apporte des quantités d’eau supplémentaires à évaporer. A l’exercice, on peut produire 1 à 2l/h de sueur qui seront évaporer pour éliminer la chaleur. Attention : si transpiration abondante, perte d’eau et de NaCl qui peuvent causer des spasmes douloureux (crampes de chaleur). Ne pas oublier de boire.

Mésencéphale (cerveau moyen) 5. Rôle de l’hypothalamus Hémisphère cérébral Mésencéphale (cerveau moyen) Corps calleux Septum pellucidum Thalamus Noyau rouge Hypothalamus Hypophyse (glande pituitaire) Cervelet Protubérance Bulbe rachidien Coupe longitudinale de l’encéphale selon la ligne moyenne antre les hémisphères cérébraux

Centres thermorégulateurs 5. Rôle de l’hypothalamus 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 5. Rôle de l’hypothalamus Thermorécepteurs centraux (situés plus profond dans partie antérieure de l’hypothalamus) Hypothalamus Mécanismes réflexes de thermogenèse ou de thermolyse Influx afférents Voies nerveuses ou hormonales Peau Thermorécepteurs périphériques Thermorécepteurs centraux (situés plus profond et sensibles à T°C sang)

5. Système nerveux autonome (sympathique et parasympathique) + Vaisseaux sanguins

Thermogenèse = production de chaleur. 6. Mécanismes de thermogenèse Si Text ou Tsang  : centre hypothalamique de la thermogenèse est activé. Thermogenèse = production de chaleur. Déclenchement de plusieurs mécanismes pour maintenir ou augmenter Tcent du corps.

1) Vasoconstriction des vaisseaux sanguins cutanés 6. Mécanismes de thermogenèse 1) Vasoconstriction des vaisseaux sanguins cutanés Activation des fibres nerveuses du SN Sympathique 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 6. Mécanismes de thermogenèse 2) Augmentation de la vitesse du métabolisme Froid Stimulation des fibres nerveuses sympathiques Libération de noradrénaline  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) 6. Mécanismes de thermogenèse 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 6. Mécanismes de thermogenèse 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.

porter des vêtements chauds pour éviter déperdition de chaleur 6. Mécanismes de thermogenèse 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)

Chaque fois que Tcent > normale : 7. 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 7. Mécanismes de thermolyse 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 7. Mécanismes de thermolyse 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

7. Mécanismes de thermolyse 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 8. 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. 9. 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 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. 9. 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. 9. 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 +++ 10. 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 11. 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

12. Synthèse