THERMORÉGULATION: PHYSIOLOGIE, MÉCANISMES, TYPES ET ALTÉRATIONS - LA BIOLOGIE - 2025

La thermorégulation est le processus qui permet aux organismes de réguler leur température corporelle, en modulant la perte et le gain de chaleur. Dans le règne animal, il existe différents mécanismes de régulation de la température, à la fois physiologiques et éthologiques.

La régulation de la température corporelle est une activité de base pour tout être vivant, car le paramètre est critique pour l'homéostasie du corps et influence la fonctionnalité des enzymes et autres protéines, la fluidité de la membrane, le flux d'ions, entre autres..

Les mammifères sont homéothermiques et endothermiques. Source: Alan Wilson

Dans sa forme la plus simple, les réseaux de thermorégulation sont activés au moyen d'un circuit qui intègre les entrées de thermorécepteurs situés dans la peau, dans les viscères, dans le cerveau, entre autres.

Les principaux mécanismes de ces stimuli chauds ou froids comprennent la vasoconstriction cutanée, la vasodilatation, la production de chaleur (thermogenèse) et la transpiration. D'autres mécanismes comprennent des comportements pour favoriser ou réduire les pertes de chaleur.

Bases: chaleur et température

Pour parler de thermorégulation chez les animaux, il est nécessaire de connaître la définition exacte de termes souvent déroutants chez les élèves.

Comprendre la différence entre la chaleur et la température est essentiel pour comprendre la régulation thermique des animaux. Nous utiliserons des corps inanimés pour illustrer la différence: pensons à deux cubes d'un métal, l'un est 10 fois plus gros que l'autre.

Chacun de ces cubes est dans une pièce à une température de 25 ° C. Si nous mesurons la température de chaque bloc, les deux seront à 25 ° C, bien que l'un soit grand et l'autre petit.

Maintenant, si nous mesurons la quantité de chaleur dans chaque bloc, le résultat entre les deux sera différent. Pour mener à bien cette tâche, nous devons déplacer les blocs dans une pièce avec une température de zéro absolu et quantifier la quantité de chaleur qu'ils dégagent. Dans ce cas, la teneur en chaleur sera 10 fois plus élevée dans le plus gros cube métallique.

Température

Grâce à l'exemple précédent, nous pouvons conclure que la température est la même pour les deux et indépendamment de la quantité de matière dans chaque bloc. La température est mesurée comme la vitesse ou l'intensité du mouvement des molécules.

Dans la littérature biologique, lorsque les auteurs mentionnent la «température corporelle», ils se réfèrent à la température des régions centrales et périphériques du corps. La température des régions centrales reflète la température des tissus «profonds» du corps - cerveau, cœur et foie.

La température des régions périphériques, quant à elle, est influencée par le passage du sang vers la peau et est mesurée sur la peau des mains et des pieds.

Chaud

En revanche - et pour revenir à l'exemple des blocs - la chaleur est différente dans les deux corps inertes et directement proportionnelle à la quantité de matière. C'est une forme d'énergie et dépend du nombre d'atomes et de molécules de la substance en question.

Types: relations thermiques entre animaux

En physiologie animale, il existe un certain nombre de termes et de catégories utilisés pour décrire les relations thermiques entre les organismes. Chacun de ces groupes d'animaux a des adaptations spéciales - physiologiques, anatomiques ou anatomiques - qui les aident à maintenir leur température corporelle dans une plage appropriée.

Dans la vie de tous les jours, nous appelons les animaux endothermiques et homéothermiques «à sang chaud», et les animaux poïkilothermiques et ectothermiques, «à sang froid».

Endotherme et ectotherme

Le premier terme est l'endothermie, utilisé lorsque l'animal parvient à se réchauffer en facilitant la production métabolique de chaleur. Le concept opposé est l'ectothermie, où la température de l'animal est dictée par l'environnement environnant.

Certains animaux sont incapables d'être endothermiques, car bien qu'ils produisent de la chaleur, ils ne le font pas assez vite pour la retenir.

Poikilothermique et homéothermique

Une autre façon de les classer est la thermorégulation de l'animal. Le terme poikilotherm est utilisé pour désigner des animaux dont la température corporelle varie. Dans ces cas, la température corporelle est élevée dans les environnements chauds et basse dans les environnements froids.

Un animal poïkilothermique peut autoréguler sa température par des comportements. C'est-à-dire en localisant dans des zones à fort rayonnement solaire pour augmenter la température ou en se cachant dudit rayonnement pour le diminuer.

Les termes poikilotherme et ectotherme désignent fondamentalement le même phénomène. Cependant, le poikilotherm met l'accent sur la variabilité de la température corporelle, tandis que l'ectotherme fait référence à l'importance de la température ambiante dans la détermination de la température corporelle.

Le terme opposé pour poikilotherm est homéothermique: thermorégulation par des moyens physiologiques - et pas seulement grâce à l'affichage de comportements. La plupart des animaux endothermiques sont capables de réguler leur température.

Exemples

Des poissons

Les poissons sont l'exemple parfait des animaux ectothermiques et poïkilothermiques. Dans le cas de ces vertébrés nageurs, leurs tissus ne produisent pas de chaleur par les voies métaboliques et, en outre, la température des poissons est déterminée par la température de la masse d'eau où ils nagent.

Reptiles

Les reptiles présentent des comportements très marqués qui leur permettent de réguler (éthologiquement) leur température. Ces animaux recherchent des régions chaudes - comme se percher sur une pierre chaude - afin d'augmenter la température. Sinon, là où ils veulent le réduire, ils chercheront à se cacher des radiations.

Oiseaux et mammifères

Les mammifères et les oiseaux sont des exemples d'animaux endothermiques et homéothermiques. Ils produisent métaboliquement la température de votre corps et la régulent physiologiquement. Certains insectes présentent également ce schéma physiologique.

La capacité de réguler leur température a donné à ces deux lignées animales un avantage sur leurs homologues poïkilothermiques, car elles peuvent établir un équilibre thermique dans leurs cellules et organes. Cela a conduit à des processus de nutrition, de métabolisme et d'excrétion plus robustes et efficaces.

Les êtres humains, par exemple, maintiennent leur température à 37 ° C, dans une plage assez étroite - entre 33,2 et 38,2 ° C. Le maintien de ce paramètre est totalement critique pour la survie de l'espèce et intervient dans une série de processus physiologiques dans le corps.

Alternance spatiale et temporelle d'endothermie et d'ectothermie

La distinction entre ces quatre catégories est souvent confuse lorsque nous examinons des cas d'animaux capables d'alterner entre les catégories, que ce soit spatialement ou temporellement.

La variation temporelle de la régulation thermique peut être illustrée par des mammifères connaissant des périodes d'hibernation. Ces animaux sont généralement homéothermiques pendant les périodes de l'année où ils n'hibernent pas et ne sont pas capables de réguler leur température corporelle pendant l'hibernation.

La variation spatiale se produit lorsque l'animal régule de manière différentielle la température dans les régions du corps. Les bourdons et autres insectes peuvent réguler la température de leurs segments thoraciques et sont incapables de réguler le reste des régions. Cette condition de régulation différentielle est appelée hétérothermie.

Physiologie de la thermorégulation

Comme tout système, la régulation physiologique de la température corporelle nécessite la présence d'un système afférent, d'un centre de contrôle et d'un système efférent.

Le premier système, l'afférent, est chargé de capturer les informations via les récepteurs cutanés. Par la suite, les informations sont transmises au centre de thermorégulation par la voie neurale à travers le sang.

Dans des conditions normales, les organes du corps qui génèrent de la chaleur sont le cœur et le foie. Lorsque le corps effectue un travail physique (exercice), le muscle squelettique est également une structure génératrice de chaleur.

L'hypothalamus est le centre de thermorégulation et les tâches sont divisées en perte de chaleur et gain de chaleur. La zone fonctionnelle servant à assurer le maintien de la chaleur est située dans la zone postérieure de l'hypothalamus, tandis que la perte est médiée par la région antérieure. Cet orgue fonctionne comme un thermostat.

Le contrôle du système se produit de deux manières: positive et négative, médiée par le cortex du cerveau. Les réponses effectrices sont de type comportemental ou médiées par le système nerveux autonome. Ces deux mécanismes seront étudiés ultérieurement.

Mécanismes thermorégulateurs

Mécanismes physiologiques

Les mécanismes de régulation de la température varient selon le type de stimulus reçu, c'est-à-dire qu'il s'agisse d'une augmentation ou d'une diminution de la température. Nous allons donc utiliser ce paramètre pour établir une classification des mécanismes:

Régulation pour températures élevées

Pour parvenir à la régulation de la température corporelle face aux stimuli thermiques, le corps doit favoriser sa perte. Il existe plusieurs mécanismes:

Vasodilatation

Chez l'homme, l'une des caractéristiques les plus frappantes de la circulation cutanée est la large gamme de vaisseaux sanguins dont elle dispose. La circulation sanguine à travers la peau a la propriété de varier énormément en fonction des conditions environnementales et de passer d'un débit sanguin élevé à faible.

La capacité de vasodilatation est cruciale dans la thermorégulation des individus. Le débit sanguin élevé pendant les périodes d'augmentation de la température permet au corps d'augmenter la transmission de la chaleur, du noyau du corps à la surface de la peau, pour être finalement dissipée.

Lorsque le débit sanguin augmente, le volume sanguin cutané augmente à son tour. Ainsi, une plus grande quantité de sang est transférée du noyau du corps à la surface de la peau, où se produit le transfert de chaleur. Le sang maintenant plus froid est transféré vers le noyau ou le centre du corps.

Transpiration

En plus de la vasodilatation, la production de sueur est cruciale pour la thermorégulation car elle aide à dissiper l'excès de chaleur. En fait, la production et l'évaporation subséquente de la sueur sont les principaux mécanismes de perte de chaleur du corps. Ils travaillent également pendant l'activité physique.

La sueur est un fluide produit par les glandes sudoripares appelé eccrine, distribué dans tout le corps à haute densité.L'évaporation de la sueur transfère la chaleur du corps à l'environnement sous forme de vapeur d'eau.

Régulation pour basses températures

Contrairement aux mécanismes mentionnés dans la section précédente, dans les situations de baisse de température, le corps doit favoriser la conservation et la production de chaleur de la manière suivante:

Vasoconstriction

Ce système suit la logique inverse décrite dans la vasodilatation, nous ne développerons donc pas beaucoup l'explication. Le froid stimule la contraction des vaisseaux cutanés, évitant ainsi la dissipation de la chaleur.

Piloérection

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi la «chair de poule» apparaît lorsque nous sommes face à des températures basses? C'est un mécanisme pour éviter la perte de chaleur appelé piloérection. Cependant, comme les humains ont relativement peu de poils sur notre corps, il est considéré comme un système inefficace et rudimentaire.

Lorsque l'élévation de chaque poil se produit, la couche d'air qui entre en contact avec la peau est augmentée, ce qui diminue la convection de l'air. Cela réduit les pertes de chaleur.

Production de chaleur

La façon la plus intuitive de contrer les basses températures est de produire de la chaleur. Cela peut se produire de deux manières: par thermogenèse frissonnante et non frissonnante.

Dans le premier cas, le corps produit des contractions musculaires rapides et involontaires (c'est pourquoi on frissonne quand on a froid) qui conduisent à la production de chaleur. La production frissonnante est coûteuse - énergétiquement parlant - donc le corps se rabattra dessus si les systèmes susmentionnés échouent.

Le deuxième mécanisme est conduit par un tissu appelé graisse brune (ou tissu adipeux brun, dans la littérature anglaise, il est généralement résumé sous l'acronyme de BAT pour tissu adipeux brun).

Ce système est responsable du découplage de la production d'énergie dans le métabolisme: au lieu de former de l'ATP, il conduit à la production de chaleur. Il s'agit d'un mécanisme particulièrement important chez les enfants et les petits mammifères, bien que des preuves plus récentes aient noté qu'il est également pertinent chez les adultes.

Mécanismes éthologiques

Les mécanismes éthologiques comprennent tous les comportements que les animaux présentent pour réguler leur température. Comme nous l'avons mentionné dans l'exemple des reptiles, les organismes peuvent être placés dans le bon environnement pour favoriser ou empêcher la perte de chaleur.

Différentes parties du cerveau sont impliquées dans le traitement de cette réponse. Chez l'homme, ces comportements sont efficaces, bien qu'ils ne soient pas finement régulés comme les comportements physiologiques.

Troubles de la thermorégulation

Le corps subit de petits et délicats changements de température tout au long de la journée, en fonction de certaines variables, comme le rythme circadien, le cycle hormonal, entre autres aspects physiologiques.

Comme nous l'avons mentionné, la température corporelle orchestre une vaste gamme de processus physiologiques et la perte de régulation de celle-ci peut entraîner des conditions dévastatrices au sein de l'organisme affecté.

Les deux extrêmes thermiques - à la fois élevés et faibles - affectent négativement les organismes. Des températures très élevées, supérieures à 42 ° C chez l'homme, ont un effet très marqué sur les protéines, favorisant leur dénaturation. En outre, la synthèse de l'ADN est affectée. Les organes et les neurones sont également endommagés.

De même, des températures inférieures à 27 ° C entraînent une hypothermie sévère. Les modifications de l'activité neuromusculaire, cardiovasculaire et respiratoire ont des conséquences fatales.

Plusieurs organes sont affectés lorsque la thermorégulation ne fonctionne pas correctement. Ceux-ci comprennent le cœur, le cerveau, le tractus gastro-intestinal, les poumons, les reins et le foie.

Références

1. Arellano, JLP et del Pozo, SDC (2013). Manuel de pathologie générale. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., et Harper, ME (2002). Revue invitée: découplage des protéines et thermorégulation. Journal of Applied Physiology, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Mécanismes et modificateurs de la vasodilatation cutanée et de la vasoconstriction induites par réflexes chez l'homme. Journal de physiologie appliquée (Bethesda, Md.: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Physiologie animale comparée: une approche environnementale. J'ai inversé.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. et Anderson, M. (2004). Physiologie animale. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Déconstruire la thermorégulation des mammifères. Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Contrôle central de la température corporelle. F1000Research, 5, F1000 Faculty Rev-880.