24.6 Équilibre énergétique et thermique
Objectifs d'apprentissage
À la fin de cette section, vous serez capable de :
- Décrire comment le corps régule la température
- Expliquer l'importance du taux métabolique
Le corps régule étroitement sa température par un processus appelé thermorégulation, par lequel le corps peut maintenir sa température dans certaines limites, même lorsque la température ambiante est très différente. La température centrale du corps reste stable autour de 36,5–37,5 °C (ou 97,7–99,5 °F). Lors du processus de production d'ATP par les cellules du corps, environ 60 % de l'énergie produite est sous forme de chaleur utilisée pour maintenir la température corporelle. La thermorégulation est un exemple de rétroaction négative.
L'hypothalamus dans le cerveau est l'interrupteur principal qui fonctionne comme un thermostat pour réguler la température centrale du corps (Figure 24.23). Si la température est trop élevée, l'hypothalamus peut initier plusieurs processus pour la réduire. Ceux-ci incluent l'augmentation de la circulation du sang à la surface du corps pour permettre la dissipation de la chaleur à travers la peau et l'initiation de la transpiration pour permettre l'évaporation de l'eau sur la peau afin de refroidir sa surface. Inversement, si la température descend en dessous de la température centrale définie, l'hypothalamus peut initier des frissons pour générer de la chaleur. Le corps utilise plus d'énergie et génère plus de chaleur. De plus, l'hormone thyroïdienne stimulera une plus grande utilisation d'énergie et production de chaleur par les cellules dans tout le corps. Un environnement est dit thermoneutre lorsque le corps ne dépense ni ne libère d'énergie pour maintenir sa température centrale. Pour un humain nu, il s'agit d'une température ambiante d'environ 84 °F. Si la température est plus élevée, par exemple, en portant des vêtements, le corps compense avec des mécanismes de refroidissement. Le corps perd de la chaleur par les mécanismes d'échange de chaleur.
Mécanismes d'échange de chaleur
Lorsque l'environnement n'est pas thermoneutre, le corps utilise quatre mécanismes d'échange de chaleur pour maintenir l'homéostasie : la conduction, la convection, le rayonnement et l'évaporation. Chacun de ces mécanismes repose sur la propriété de la chaleur de s'écouler d'une concentration plus élevée vers une concentration plus basse ; par conséquent, le taux de chacun des mécanismes d'échange de chaleur varie en fonction de la température et des conditions de l'environnement.
La conduction est le transfert de chaleur par deux objets en contact direct l'un avec l'autre. Elle se produit lorsque la peau entre en contact avec un objet froid ou chaud. Par exemple, en tenant un verre d'eau glacée, la chaleur de votre peau réchauffera le verre et fera fondre la glace. Alternativement, par une journée froide, vous pourriez vous réchauffer en enveloppant vos mains froides autour d'une tasse de café chaud. Seulement environ 3 % de la chaleur du corps est perdue par conduction.
La convection est le transfert de chaleur à l'air entourant la peau. L'air réchauffé s'élève loin du corps et est remplacé par de l'air plus frais qui est ensuite chauffé. La convection peut également se produire dans l'eau. Lorsque la température de l'eau est inférieure à celle du corps, le corps perd de la chaleur en réchauffant l'eau la plus proche de la peau, qui s'éloigne pour être remplacée par de l'eau plus froide. Les courants de convection créés par les changements de température continuent d'éloigner la chaleur du corps plus rapidement que le corps ne peut la remplacer, ce qui entraîne une hypothermie. Environ 15 % de la chaleur du corps est perdue par convection.
Le rayonnement est le transfert de chaleur via les ondes infrarouges. Cela se produit entre deux objets lorsque leurs températures diffèrent. Un radiateur peut réchauffer une pièce par chaleur radiante. Par une journée ensoleillée, le rayonnement du soleil réchauffe la peau. Le même principe s'applique du corps à l'environnement. Environ 60 % de la chaleur perdue par le corps est perdue par rayonnement.
L'évaporation est le transfert de chaleur par l'évaporation de l'eau. Parce qu'il faut beaucoup d'énergie à une molécule d'eau pour passer de l'état liquide à l'état gazeux, l'eau qui s'évapore emporte avec elle une grande quantité d'énergie de la peau. Cependant, le taux auquel l'évaporation se produit dépend de l'humidité relative — plus de sueur s'évapore dans les environnements à faible humidité. La transpiration est le principal moyen de refroidir le corps pendant l'exercice, tandis qu'au repos, environ 20 % de la chaleur perdue par le corps se produit par évaporation.
Taux métabolique
Le taux métabolique est la quantité d'énergie consommée moins la quantité d'énergie dépensée par le corps. Le métabolisme de base décrit la quantité d'énergie quotidienne dépensée par les humains au repos, dans un environnement à température neutre, en état post-absorptif. Il mesure la quantité d'énergie dont le corps a besoin pour une activité quotidienne normale et de base. Environ 70 % de toutes les dépenses énergétiques quotidiennes proviennent des fonctions de base des organes du corps. 20 % supplémentaires proviennent de l'activité physique, et les 10 % restants sont nécessaires à la thermorégulation ou au contrôle de la température corporelle. Ce taux sera plus élevé si une personne est plus active ou a plus de masse corporelle maigre. Avec l'âge, le TMB diminue généralement à mesure que le pourcentage de masse musculaire diminue.