THERMOREGULATION LORS DE L’ENTRAINEMENT MUSCULAIRE :

I – INTRODUCTION :

On est des homéothermes, c’est-à-dire que notre température centrale reste constante même si la température ambiante varie. Quand on parle température ambiante, cela concerne les organes internes : C’est le noyau de l’organisme (80%). La température y est de 37°C plus ou moins 1°C (Du aux modifications journalières). Il existe également la température de l’écorce, qui concerne tous les autres organes, à savoir les membres et la peau. La température y est beaucoup plus variable et dépend plus de la température extérieure car c’est au niveau de ces tissus que se font les échanges avec l’extérieur.

Tambiante – Técorce = 4°C.

La régulation de la température centrale est la thermorégulation. Elle est nécessaire, car la structure des cellules et toutes les enzymes sont très sensibles aux variations de température.

Le maintien d’une température constant est possible que s’il existe un équilibre entre les quantités de chaleur gagnée, c’est-à-dire la quantité de chaleur produite par l’organisme mais aussi la quantité de chaleur reçue par l’organisme, et la quantité de chaleur perdue. Quand il y a un déséquilibre, il y a mise en action des mécanismes de régulation :

·        Production de chaleur : Thermogenèse.

·        Perte de chaleur : Thermolyse.

Notre corps produit continuellement de la chaleur par le métabolisme des cellules. La plus grande partie de cette énergie métabolique est dissipée en chaleur (75-80% d’énergie dissipée sous forme de chaleur). Au repos la thermogenèse est pour 56% aux organes internes et 20% pour les muscles et la peau. On peut le déterminer par la valeur de la VO2 : A chaque litre d’oxygène consommé, il y a 20 kJ d’énergie produit en chaleur.

A l’exercice, l’activité du muscle augmente, ce qui augmente la production de chaleur et il y a donc mise en jeu de la thermorégulation.

II – LES MECANISMES THERMOREGULATEURS :

2-1 : MOYENS PHYSIQUES D’ECHANGE DE CHALEUR :

Ils se font par l’intermédiaire de la peau.

2-1-1 : Conduction et convexion :

Ce sont des échanges par contact.

La conduction permet à l’organisme de gagner et de perdre de la chaleur. La quantité de chaleur transportée par conduction sera proportionnelle à la surface de contact et à la différence de température entre les deux corps considérés. C’est aussi par conduction que la chaleur est transmise de l’intérieur vers la peau. Si la température intérieure est supérieure à la température extérieure, il y a perte de température, et si l’extérieur a une température à l’intérieur, il y a un gain de chaleur.

La convexion implique des échanges de chaleur par un fluide en mouvement : Air, eau, liquide. Plus le mouvement de l’air ou du liquide est grand et plus les échanges par convexion seront importants. Ils permettent de gagner ou de perdre de la chaleur.

Ces échanges de conduction et de convexion sont plus liés. Dans les conditions habituelles, les pertes sont faibles (10-20%). Par contre dans l’eau froide (L’eau est moins conductrice), on perd 26 fois plus de chaleur par conduction et convexion.

2-1-2 : Radiation :

L’émission thermique est un rayonnement infrarouge.

Tout corps émet un rayonnement infrarouge dans toutes les directions. Il s’agit d’échange de chaleur qui ne nécessite pas de contact. Ainsi si les objets à l’extérieur sont froids, il y aura alors une perte de chaleur ; Inversement si les objets à l’intérieur sont chauds, il y aura alors un gain de chaleur.

C’est le moyen pour l’organisme de perte de chaleur le plus important. Lors de l’exposition au soleil, il y a un gain important de chaleur. La radiation est donc un moyen important de gagner ou de perdre de la chaleur.

2-1-3 : Evaporation :

L’évaporation ne permet que de perdre de la chaleur. Elle correspond à un changement d’état de l’eau qui devient vapeur : Pour un litre d’eau, il y a une perte de 2500 kJ.

Il existe aussi les pertes insensibles :

·        Au niveau de la peau : La perspiration.

·        Au niveau des poumons : La respiration.

2-1-4 : Sudation :

La sudation ne permet que de perdre de la chaleur. Elle se fait au niveau des 3 milliards de glandes sudoripares, qui sécrètent une solution saline : La sueur.

La production de sueur peut augmenter, ce qui permet à l’organisme de perdre une grande quantité de chaleur. Mais il ne faut pas seulement produire de la sueur. Elle doit s’évaporer. Si elle ruisselle, il n’y a pas de perte de chaleur. C’est le moyen privilégié pour perdre de la chaleur et notamment à l’exercice.

Les moyens physiques d’échange de chaleur assurent la stabilité de la température centrale. Les pertes doivent être compensées par les gains.

+ Métabolisme +/- Convexion +/- Radiation – Evaporation = 0 : Si cette équation est respectée la température reste stable à 37°C. Cet équilibre entre les pertes et les gains de chaleur se fait à une température de 22°C au repos : On appelle cela la neutralité thermique. Il n’y a aucune intervention des mécanismes de régulation thermique.

2-2 : MISE EN JEU DES MECANISMES THERMOREGULATEURS :

Il existe différents mécanismes :

·        Thermorécepteurs : Ils sont sensibles à la température et sont de deux types :

-         Centraux : Au niveau de l’hypothalamus. Ils ont une grande sensibilité : 0.01°C.

-         Périphériques : Au niveau de la peau : Ils détectent la température.

Ces récepteurs ne sont activés que quand il y a augmentation de la température.

·        Le centre thermorégulateur dans l’hypothalamus : L’information de modification de température arrive à ce centre et il envoie les ordres de régulation aux effecteurs thermiques. Ils son aussi bien utilisés dans les cas d’augmentation ou de baisses de la température. Ils induisent une constriction ou une dilatation. Si la température est trop faible, il y a constriction des artérioles par l’hypothalamus, ce qui provoque une diminution des pertes. Si la température est supérieure à 37°C, l’hypothalamus commande la dilatation.

·        Les effecteurs thermiques : Ce sont les glandes sudoripares, les muscles lisses des artérioles cutanées, les muscles squelettiques par l’intermédiaire du frisson thermique. C’est une succession de contractions isométriques des muscles à très haute fréquence avec la particularité que toute l’énergie est éliminée en chaleur (Augmentation du métabolisme).

Tout ça fait en sorte qu’il y a thermorégulation.

III – THERMOREGULATION LORS DE L’EXERCICE :

3-1 : PRODUCTION DE CHALEUR :

A l’exercice, il y a production de chaleur : C’est la thermogenèse.

3-1-1 : En fonction du temps :

Dès le début de l’exercice, il y a augmentation de la production de chaleur au niveau des muscles. Il y a ainsi augmentation de 1°C par minute pendant la phase initiale. La chaleur se propage dans tout l’organisme (Par conduction-convextion) ce qui active les thermorécepteurs qui informent l’hypothalamus de l’augmentation de température. Ceci demande un peu de temps, car il y a mise en jeu de mécanismes régulateurs un peu long. L’effet n’est donc pas immédiat et il y a pendant ce temps un stockage de chaleur. Le retard de cet effet provoque une augmentation de la température jusqu’à ce que les pertes de chaleur équilibrent les gains de chaleur. Cela dure environ 20 minutes. Il y a alors équilibration mais à une température supérieure à la température de repos.

Par exemple à 50% de VO2max, la température est stabilisée à 37.5°C alors qu’à 75% de la VO2max la température est stabilisée à 38.5°C.

A l’arrêt de l’exercice, il y a fin de production de chaleur instantanée. Les mécanismes s’arrêtent progressivement pour éliminer le stockage de chaleur qu’il y a eu au débit de l’exercice.

3-1-2 : En fonction de l’intensité de l’exercice :

La température centrale augmente avec la consommation d’oxygène, c’est-à-dire proportionnellement à l’intensité de l’exercice.

L’augmentation de température est positive pour le muscle car :

·        Augmentation de l’élasticité des tendons.

·        Augmentation de la conductibilité nerveuse.

·        Augmentation de l’activité enzymatique.

·        Augmentation de l’apport d’oxygène aux muscles.

Ceci a lieu à condition que la température soit inférieure à 40°C, sinon c’est l’effet inverse qu’il se produit.

3-2 : LES MECANISMES THERMOREGULATEURS :

Dès que les centres thermorégulateurs sont avertis de la modification de la température, l’hypophyse envoie des ordres aux deux autres effecteurs concernés pour limiter les gains de chaleur c’est-à-dire les muscles lisses des artérioles cutanées et les glandes sudoripares.

Les muscles lisses des artérioles cutanées se dilatent, ce qui entraîne une augmentation du flux sanguin à ce niveau. Il y a alors augmentation de la quantité de chaleur transportée du sang vers la périphérie, et donc augmentation de la température de la peau. Par conséquent il y a augmentation de la différence de température entre la peau et l’atmosphère artérielle et ensuite augmentations des pertes de chaleur par conduction-convexion-radiation.

Au niveau de ces muscles lisses, il y a aussi une déviation du retour veineux par des veines superficielles et dont le but est d’augmenter le volume de sang dans le but d’augmenter les pertes de chaleur.

Quand les glandes sudoripares sont activées, elles sécrètent une quantité de sueur plus importante : 1l de sueur évaporée correspond à une perte de 2500 kJ d’énergie.

Les contributions des différents mécanismes diffèrent à l’exercice et au repos :

·        Au repos : 60% des pertes de chaleur par radiation.

                              20% par conduction-convexion.

                              20% par évaporation.

·        A l’exercice : 80% par évaporation.

                                   15% par conduction-convexion.

                                    5% par radiation.

Les pertes de chaleur augmentent alors avec l’intensité de l’exercice seulement grâce à l’augmentation du mécanisme d’évaporation.

IV – THERMOREGULATION D’UN EXERCICE REALISE EN AMBIANCE CHAUDE :

Le problème est que la chaleur interne produite par l’organisme s’ajoute à la chaleur extérieure. L’organisme doit faire face à deux exigences opposées :

·        Les muscles squelettiques qui ont besoins d’oxygène pour fonctionner.

·        La peau qui doit évaporer la chaleur produite par les muscles.

4-1 : MECANISME REGULATEUR :

Les mécanismes régulateurs restent les mêmes a condition que la température de la peau soit supérieure à la température extérieure : T°peau = 35.6°C.

Si la température extérieure est supérieure à 35°C, le seul moyen pour l’organisme de perdre de la chaleur est l’évaporation de la sueur. Quand la température est grande, il y a plusieurs réponses physiologiques à différents niveaux.

4-2 : REPONSES PHYSIOLOGIQUES :

4-2-1 : Fonction cardio-vasculaire :

L’exercice en environnement chaud provoque une diminution du volume sanguin central. Cela s’explique par :

·        Le sang est amené au niveau de la peau et reste donc moins au niveau central.

·        Il y a production de sueur et donc une diminution du volume plasmatique.

S’il y a diminution du volume central, il y a alors diminution du retour veineux et donc une diminution du VTD et ainsi une diminution du VTS. De façon à maintenir un débit cardiaque constant, on note une augmentation de la fréquence cardiaque. Par conséquent pour une même intensité d’exercice, la fréquence cardiaque est toujours plus grande en ambiance chaude. Ceci va se faire en 30 minutes.

Quand la fréquence cardiaque atteint son maximum, on note une diminution du Qc. A partir du moment où le Qc diminue, il y a compétition entre la peau et les muscles activés. Les muscles squelettiques l’emportent, c’est-à-dire qu’il y a une diminution de la dilatation des artérioles cutanées : On voit donc une diminution de la perte de chaleur et donc une augmentation de la température centrale, ce qui entraîne une diminution de la performance sportive et une augmentation du risque d’hyperthermie.

4-2-2 : L’équilibre hydro-électrolytique (Eau et sels minéraux) :

Par temps chaud, il y a augmentation de la production de sueur, qui contient aussi beaucoup de sels minéraux. Aussi plus la production de sueur est grande et plus elle est concentrée en sels minéraux. Par exemple lors d’exercices intenses, il y a une perte de 1.5 à 2.5 litres de sueur par heure. Le débit sudoral maximal par jour est compris entre 10 et 15 l.jour-1.

Quand la quantité de plasma diminue, il y a aussi diminution de la performance.

Les quantités sudorales peuvent atteindre 6 à 10% du poids corporel. Par exemple, une perte de 2% du poids corporel entraîne une diminution de 10% de la VO2max et une perte de 4% entraîne une diminution de 20% de la VO2max. Ceci explique une diminution de VES max.

La déshydratation peut être limitée par un approvisionnement et un réapprovisionnement en eau avant et pendant l’exercice.

Aussi lors de l’exercice physique, on perd des sels minéraux : K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, Na+. Cela joue un rôle dans la diminution de la performance. Par exemple une perte de calcium provoque une diminution du potentiel d’action au niveau des fibres musculaires. De même une perte des sels minéraux est une des causes de l’apparition des crampes.

Ces deux pertes induisent des ajustements au niveau de l’organisme pour garder un maximum d’eau :

·        Production d’hormone anti-diurétique : L’ADH : L’urine est plus concentrée, c’est-à-dire que le corps garde plus d’eau.

·        L’adolstérone, qui est produite par les glandes corticosurrénales : Permet de retenir plus d’eau et de retenir en plus au niveau des reins et des glandes sudoripares du sodium.

4-2-3 : Le métabolisme :

En ce qui concerne la consommation sous maximale d’oxygène :

·        En ambiance chaude, la consommation d’oxygène sous maximale augmente car le mécanisme de la thermorégulation consomme aussi de l’oxygène.

·        L’apport d’oxygène est plus faible. Il y a alors intervention du métabolisme glycolytique. Les muscles consomment plus de glycogène et produisent plus d’acide lactique. Il y a production d’ions H+ et l’apparition de la fatigue est plus précoce.

4-3 : RISQUE DE L’EXERCICE EN AMBIANCE CHAUDE :

4-3-1 : Crampes musculaires :

Les crampes sont liées à la perte de sels minéraux et à la déshydratation.

4-3-2 : Epuisement :

L’épuisement est lié à la chaleur : C’est un réflexe du système cardio-vasculaire pour faire face. Lors de cet épuisement les mécanismes thermorégulateurs fonctionnent encore mais pas assez vite pour éliminer la chaleur produite par les muscles.

Il y a ainsi augmentation de la fréquence cardiaque, diminution de la pression artérielle et des étourdissements. Il s’agit donc d’une faiblesse généralisée.

4-3-3 : Coup de chaleur :

C’est une urgence médicale qui nécessite l’intervention d’un médecin. Il s’agit d’une élévation trop importante de la température (Supérieure à 40°C). C’est le résultat d’une défaillance des mécanismes thermorégulateurs.

4-4 : FACTEURS INFLUENCANT LA TOLERANCE A LA CHALEUR :

4-4-1 : Caractéristiques morphologiques :

·        Le rapport surface cutanée / Poids corporel : Plus il est grand et plus les pertes de chaleurs seront facilitées et inversement.

·        L’épaisseur des tissus adipeux sous-cutanés : Il diminue les pertes de chaleur par l’organisme.

4-4-2 : L’âge :

Un enfant produit une moins grande quantité de sueur par quantité de surface par rapport à l’adulte : Le débit par glandes sudoripares est plus faible. Le débit sudoral chez l’enfant est deux fois moins grand que chez l’adulte. Cette moindre sudation de l’enfant sera compenser par une dilatation plus grande : Risque d’hyperthermie.

Les personnes âgées ont une dilatation des artérioles cutanées et les débits sudoripares diminuent avec l’âge. Il y a donc moins d’évacuation de la chaleur.

4-4-3 : Le sexe :

Le mécanisme est un peu différent chez l’homme et chez la femme :

·        La sudation commence à une température plus grande.

·        La dilatation des artérioles est plus grande.

·        Le rapport surface / Poids de corps est plus grand chez les femmes : Elles sont donc favorisées par une chaleur élevée.

Grâce au frisson thermique (Contraction isométrique involontaire du muscle squelettique), qui commence au niveau des macétaires puis peut se propager dans tout l’organisme, il y a production de chaleur 5 fois plus importante qu’au repos.

5-1-3 : Thermorégulation sans frisson :

Il y a augmentation de tous les tissus de l’organisme qui s’expliquent par une augmentation de l’activité du système nerveux orthosympathique.

5-2 : REPONSE PHYSIOLOGIQUE :

5-2-1 : Fonctionnement musculaire :

Le froid diminue l’activité des muscles. Il y a une diminution de la vitesse de contraction de la fibre et une diminution de la force de contraction de la fibre. O note donc une diminution de la performance.

5-2-2 : Fonctionnement du système cardio-vasculaire :

La constriction des artérioles permet de garder plus de sang au niveau du cœur, ce qui provoque une augmentation du volume sanguin central et donc du VES. Il y a également une diminution de la fréquence cardiaque : Pour un même exercice, la fréquence cardiaque est plus faible pour un exercice pratiqué en ambiance modérée.

Aussi il y a une augmentation de la VO2 due au frisson thermique.

Mais si la production de chaleur reste inférieure aux pertes (Températures très basses), il y a alors une diminution du métabolisme puisque la constriction des vaisseaux s’étend en profondeur jusqu’aux muscles qui reçoivent alors moins de sang, ce qui entraîne une diminution de la performance.

5-2-3 : Métabolisme :

Le frisson est une activité de type oxydative. Donc il y a diminution des substrats énergétiques pour les muscles en activité et la fatigue est donc plus précoce. De plus il y a diminution des quantités de sang au niveau de la peau : Diminution de la circulation des lipides, ce qui entraîne une plus grande utilisation du glycogène et leurs réserves diminuent plus vite.

L’augmentation de la lactatémie arrive plus tard par rapport à une ambiance modérée car le frisson peut utiliser le lactate comme substrat par exemple.

 

 

5-3 : RISQUES DE L’EXERCICE EN AMBIANCE FROIDE :

5-3-1 : L’hypothermie :

Si la température est inférieure à 34.5°C, l’hypothalamus perd sa capacité à réguler la température. Cette capacité disparaît totalement si la température passe au-dessous de 29.5°C. On observe alors une diminution des réactions métaboliques, qui entraînent une somnolence, qui peut amener au coma puis à la mort par arrêt cardiaque (Défaillance du nœud sinusal).

5-3-2 : Gelures :

Elles ont lieux si la température de la peau est inférieure à 0°C. Elles sont dues au fait qu’il y a plus de sang dans la peau (hischémie). Il y a donc plus d’apport en oxygène et de substrats au niveau des cellules. Cela peut amener à la mort des cellules par nécrose.

5-4 : FACTEURS QUI INFLUENCENT LA TOLERENCE AU FROID :

5-4-1 : Caractéristiques morphologiques :

·        Plus le rapport surface / poids corporel est faible et moins ce sujet est protégé de l’hypothermie.

·        Plus l’épaisseur de graisse sous cutanée est importante et plus il y a aura conservation de chaleur.

5-4-2 : L’âge :

Enfant : S’il y a un rapport surface / poids est grand et il perd beaucoup de chaleur.

La personne âgée : Idem.

5-4-3 : Le sexe :

La femme se refroidit plus vite à couche de graisse égale car son rapport est plus élevé. Mais elles ont une masse graisseuse supérieure et perdent donc plus de chaleur.

5-4-4 : Adaptation au froid :

L’homme s’adapte moins au froid qu’au chaud. Ces adaptations sont :

·        Une augmentation du tissu adipeux sous cutané.

·        Une diminution du flux sanguin périphérique.

·        Une augmentation de la sécrétion des hormones thyroïdiennes.

Elles augmentent le métabolisme de base de toutes les cellules de l’organisme. Il y a augmentation de production de chaleur.

 

Source : Frank