Cours : Le bilan thermique du corps humain

Introduction : 

L’être humain est un organisme à sang chaud. On le qualifie d’homéotherme car son corps produit de la chaleur interne. Si la température doit rester constante, c’est notamment pour assurer un équilibre thermique, notamment pour assurer le bon fonctionnement de ses organes vitaux. Si les variations thermiques fluctuent à cause de l’environnement externe ou interne, alors le corps doit adapter sa température.

Photo de couverture :  Elèves du lycée pris en thermographie (J. Boscq)

Problèmes : Comment le corps peut maintenir une température stable ? Comment la température peut être adaptée avec des changements de l’environnement ?

I- Garder la température du corps constante

A- Stabilité de la température corporelle

Définitions : Homéothermie : Caractéristique des espèces animales (oiseaux, mammifères) dont le milieu intérieur conserve une température constante, quelle que soit la température du milieu extérieur, dans de très larges limites. (© Larousse)

Notre corps doit maintenir une température à environ 37°C (intervalle normal compris entre 36,1 et 37,9°C). Or si la thermogenèse est interne, le flux de chaleur se dissipe en permanence vers l’extérieur, ce qui nécessite d’entretenir en permanence cette production thermique.

B- Dissipation du flux de chaleur

A l’intérieur du corps, la chaleur se transmet par conduction (contact) d’organe à organe de l’intérieur vers l’extérieur mais surtout cela se fait également par la circulation sanguine.

La puissance thermique de notre corps est d’environ 100 W. Il dissipe son énergie vers l’extérieur plus froid de différentes façons :

  • Par conduction : en étant en contact avec un objet plus froid et en lui transmettant directement la chaleur, en fonction de la surface en contact, la déperdition peut être grande.
  • Par convection : en réchauffant l’air ambiant qui s’élève et est remplacé par de l’air froid.
  • Par évaporation : grâce à air expiré + sudation
  • Par rayonnement : la chaleur rayonne vers l’extérieur par infra-rouges.

Doc 1 : Dissipation de l’énergie par le corps humain.

Définitions : Puissance thermique :  : Quantité de chaleur produite par le corps par unité de temps.

C- Thermogenèse

1- L’origine énergétique 

Si la température du corps se dissipe sans arrêt vers l’extérieur, c’est donc que de la chaleur est continuellement produite intérieurement. On appelle ce mécanisme de chaleur produite la thermogenèse.

L’énergie biologique clé est stockée sous forme d’ATP (Adénosine Tri-Phosphate). La chaleur corporelle peut-être produite par différents mécanismes soit producteurs d’énergie (respiration cellulaire et fermentation), soit utilisateurs d’énergie (contraction musculaire, digestion,…).

Cette énergie biologique a pour origine essentielle deux transformations moléculaires : La respiration cellulaire et la fermentation.

Doc 2 : Thermogenèse

Doc. 3 : ATP et chaleur

2- L’origine alimentaire de l’énergie

La totalité de l’énergie biologique provient des apports alimentaires. On peut alors dresser un bilan énergétique : 

BILAN ENERGETIQUE = Energie apportée par les aliments – Energie dépensée par le corps

BILAN THERMIQUE = Quantité de chaleur produite – quantité de chaleur perdue

II- La thermorégulation et l’adaptation à l’environnement.

A- Notion de compartiment central et périphérique

On distingue au niveau du corps que les organes vitaux (cerveau, viscères, coeur…) constituent un compartiment central dont la température doit rester constante. Ce compartiment central s’oppose au compartiment périphérique composé par les membres et la peau.

B- Effort physique et thermorégulation

Au repos le compartiment périphérique a une température moindre que celle du compartiment central. En cas d’activité physique, le compartiment périphérique peut générer de la température et alors montrer une hausse significative de température. Pour éviter que le compartiment central ne surchauffe, la chaleur va être plus dissipée vers l’extérieur. Ainsi les vaisseaux conducteurs se dilatent  (vasodilatation) au niveau de la peau et les échanges thermiques s’effectuent avec l’extérieur, notamment grâce à la sudation

Doc. 4 : La sudation :

C- Variations de l’environnement

La température externe peut varier dangereusement. Dans le cas d’une température chaude extérieure, le corps réagira de la même façon que quand on fait une activité sportive (vasodilatation et sudation). En cas de baisse de température excessive, le corps va rediriger la circulation sanguine vers le compartiment central en réalisant une vasoconstriction du compartiment périphérique. C’est ainsi que vous avez froid au doigt ou au nez. Mais les muscles peuvent aussi rentrer en contraction pour générer de la chaleur (tremblements, claquement des dents…).

Doc 3 : Thermographies dans différentes situations

A- Mains plongées dans de l’eau chaude
B- Mains ayant été plongées dans de l’eau chaude pendant 5min
C- mains plongées dans de l’eau froide
D- mains ayant été plongées dans de l’eau froide pendant 5 min

En cas de maladie, la température interne va également varier, tout simplement parce que certaines bactéries ne peuvent survivre au delà de 38°C, il s’agit donc d’une variation thermique liée à un mécanisme de défense immunitaire.

Conclusion

La température Interne doit être régulée afin que nos organes ne souffrent pas d’une hypothermie  ou hypothermie excessive. Cela signifie que les variations internes et externes sont finement controlées afin de répondre au mieux aux situations. Elles sollicitent donc des récepteurs qui permettent de générer des réponses adaptées (sudation, vasodilatation ou constriction, tremblements…).

Les adaptations physiologiques ne sont pas tout le temps suffisantes et des réponses  comportementales sont parfois nécessaires : hydratation, se couvrir ou se dévêtir, activité physique…