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THERMOREGULATION

À l’effort

Cours de thermorégulation fait par AOUADI Ridha- 2012 - Master ISSEP

Equilibre thermique au repos

en matière de t°:pour bien fonctionner, l’organisme doit avoir une t°interne de 37°C (98°F: Fahrenheit).

Bornage cellulaire de fonctionnement: 36.8 -37.2°C


pour convertir les °C en °F :

(t° C x 1,8) + 32 = t° en °F

Exp: (37 x 1,8)+32= 66,6+32≈ 98

Echelle de t° la plus répandue est le °C,mais les pays anglo-saxons utilisent le °F.


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Les zones de températures tolérables et

non tolérables à l’effort


De 37.2 à 38.2°C : zone favorable pour l’effort

Cas d’hyperthermie à l’exercice

De 40 à 41°C: zone à risque important deconvulsions.

De 41 à 41.5°C: zone mortelle, la mort varieselon les individus (de 41 à 42°C)


De 36.8°C - 36°C: ralentissement de tous lesmétabolismes favorables à l’effort.

de 36°C -35°C: on s’endort

Aux alentours de 32 à 35°C : coma

Entre 27 et 25°C: arrêt cardiaque

Cas d’hypothermie


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• la plage de survivre en hyperthermie: 37-41°C(> 41: la mort)

• la plage de survivre en hypothermie:• Plage plus large: on peut résister beaucoup plusen hyporthermie.

• Une t° centrale de 25 à 27°C peut êtremaintenue de 12 à 24 H.

Cours de thermorégulation fait parAOUADI Ridha- 2012 - Master ISSEP

L’organisme est capable de produire de la chaleurdans une ambiance < 37°C. Il est capabled’éliminer la chaleur dans une ambiance > 37°C.


C’est la notion d’homéostasie thermique(équilibre thermique): l’organisme doit semaintenir impérativement à 37°C.

Quels sont nos moyens de production de chaleur?

Pour qu’il y ait production de chaleur, il faut qu’ily ait une réaction chimique dite exothermique

Dans l’organisme, 2 processus exothermiques:Cours de thermorégulation fait par AOUADI Ridha- 2012 - Master ISSEP

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1- Le métabolisme cellulaire


MESURE DE L’ENERGIE

La calorie «cal»: quantité de chaleur nécessaire

pour élever de 1°C un gramme d’eau (ou 1 ml) de

14.5 à 15.5°C.

Système international de mesure : le joule (J).

1 Joule = 0.239 cal;

1calorie = 4.185 J.


Devenir de l’énergie libérée par hydrolyse de l’ATP

Différentes formes de travail biologiqueCours de thermorégulation fait parAOUADI Ridha- 2012 - Master ISSEP

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1- Le métabolisme cellulaire


2- La contraction musculaire


P



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Les moyens de production de chaleurDans l’organisme, 2 processus exothermiques:

• 1- Le métabolisme cellulaire:• l’énergie est en partie transformé en ATP et enpartie en chaleur

2- La contraction musculaire:par dégradation de l’ATP libère de l’énergie et de lachaleur


Au repos: la quantité de chaleur produite est faible parrapport à celle produite pendant l’effort.

la chaleur due à l’effort est minime

La majeure partie de la chaleur est d’originecellulaire


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Les systèmes fonctionnels sont: système nerveux système cardiorespiratoire système de maintien du tonus musculairesystème digestif : très bon producteur de chaleur


SN


Pyramide de la quantité de chaleur produite chez la personne normale (sédentaire)

c-à-d à activité normale

• SN• Sys cardio-respiratoire• Tonus et digestion


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• faible activité

musculaire



• faible activité

musculaire


• activité

musculaire


Chez la personne normale (sédentaire)à activité normale


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Chez le sportif



Eau Chaude Radiateur

Eau froide

Chaudière

Pompe

Notion de noyau et de transfert


L’organisme humain


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Il faut 1 pompe

Il faut un radiateur


Rôle de la pompe:noyau et évaporateurs: système de transfert dela chaleur du noyau vers la périphérie.

Pompe: fait tourner le liquide dans le système.

Passage s’effectue toujours du milieu le pluschaud vers le milieu plus froid.



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Production de chaleur

Noyau Transfert Périphérie

évacuation

Condition d’évacuation: radiateur plus chaudque l’extérieur.

Mais, doit aussi fonctionner dans l’autre sens


Exemple: En été (soleil), t° ambiante > t°l’organisme (37°C) mais il doit continuer à évacuerde la chaleur vers l’extérieur.

Pour comprendre ce phénomène, on doit passerpar l’équation d’homéostasie thermique

Equation = zéro, t° de l’organisme reste à 37°C.


Signification des paramètres de l’équation de l’homéostasie thermique

• M (Métabolisme): production de chaleur parl’organisme .

M est toujours positif

• faible au repos• très importante à l’effort


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R: Radiation

Tout corps émet un rayonnement dans toutes lesdirections, y compris le corps humain qui émet etreçoit de la lumière des objets qui l’entourent.

Au repos, R = 1er moyen utilisé par l’organismepour perdre de la chaleur.


Thermogrammes du corps humain: variations de chaleur radiante sur un sujet de face (a) et de dos (b) à la fois avant (gauche) et après (droite) avoir couru dehors à une t° =30°C et 75% d’humidité.

Couleur chaude en rouge foncé, les plus froides en jauneou en vert Cours de thermorégulation fait par

AOUADI Ridha- 2012 - Master ISSEP

R donc dépend des surfaces exposées: Plus onexpose, plus on irradie donc plus on perd de lachaleur.


• C: Conduction: type de transfert le plus simple;transfert de chaleur par contact direct du milieu le pluschaud vers le milieu le plus froid.

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La conduction peut être positive ou négative:

• Le sujet A a perdu de la chaleur (conductionnégative)

• Tandis que le sujet B a gagné de la chaleur(conduction positive) .

Conduction nulle si t° du sujet A= celle du sujet B.

Plus la surface de contact est grande, plus on vaéliminer ou gagner de la chaleur.

Organisme nu: élimination importante.

Organisme couvert: faible élimination.Cours de thermorégulation fait par AOUADI Ridha- 2012 - Master ISSEP

• K: Convection, transfert de chaleur mais sanscontact direct. En se mettant à proximité duradiateur sans le toucher.

K: mouvement les molécules d’air, qui viennentvibrer vers notre peau et le chauffent.



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• E: Evaporation, le type de transfert de chaleurle plus important. Dans tous les cas E seranégative

Transformation d’eau en vapeur d’eau (enutilisant de la chaleur).

L’organisme produit la vapeur de deux façons: la sueur la perspiration insensible (de la respiration)


Conclusion

plus l’organisme est nu:

•Plus C est importante,

• plus K est importante.

• plus R est importante.


Estimation des pertes caloriques et des

mécanismes de pertes de chaleur

au repos et lors de l’exercice prolongé


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Mécanisme des pertes de chaleur

Repos Exercice

% total Kcal/min % total Kcal/min

Conduction &

Convection20 0.3 15 2.2

Radiation 60 0.9 5 0.8

Evaporation 20 0.3 80 12

Total 100 1.5 100 15


R + C + K : paramètres non contrôlables par l’organisme,

l’individu peut les contrôler en s’habillant plus ou moins.


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L’équation devient:

Si on imagine qu’on a réussi à s’habiller de telle façon queles paramètres R, C et K soient neutralisés

Or Evaporation (E) = sueur + perspiration insensible


Les facteurs non ajustables


perspiration insensible: facteur non ajustable

On ne peut pas ajuster la perspiration insensiblepuisqu’on ne peut pas choisir en respirantd’éliminer plus ou moins de vapeur d’eau.

Ce paramètre dépend de Fr: Plus on respire viteplus on élimine de la vapeur d’eau.

Mais comme on est dans le cas de l’effort, on nepeut pas contrôler la Fr.


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La sueur: facteur non ajustable

On ne peut pas choisir volontairement de suerou de ne pas suer.

Conclusion:Métabolisme (production de chaleur): facteur nonajustable et dépend entièrement de l’effort.

Evaporation (PI): facteur non ajustable ; dépend de la Fret de la sueur.


Conclusion: notre organisme n’a qu’un seul facteur quipeut l’ajuster: c’est la transpiration (sueur).

L’individu a un seul facteur qui peut l’ajuster volontairement:c’est l’habit (facteur négligeable: 5% du travail)


Un deuxième facteur qu’on peut quelque fois l’ajuster :c’est la facteur ambiant (choix de la t° à laquelle on faitun exercice).

Ce 2ème facteur est un peu plus important que l’habit.

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Sueur = H2O + NaCl

Ce qui nous amène à parler de l’équilibrehydrique de l’organisme


Température de la neutralité thermique: T° à la quelleon se sent bien (lorsque l’organisme est presque nu oudécouvert): 30°C

Avec 2 facteurs:• Vitesse du vent : 0.1 m/sec• 70% d’humidité (air parfaitement sec)

Plus l’humidité augmente plus la neutralité thermiquese modifie parce que on va avoir un problème detransfert.


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Equilibre thermique au cours de l’exercice


Pourquoi accumulation de chaleur en début d’exercice ?

Accumulation de chaleur: avantage, carl’augmentation de t° du corps en début d’exercicefavorise la réussite de l’exercice.


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faible élasticité

Pourquoi une augmentation de la t° jusqu’à 38.2°C est-elle favorable pour l’exercice ?


L’augmentation de t° permet de: augmenter la viscosité tissulaire

augmenter l’élasticité tendineuse:

le claquage se fait à froid

augmenter la vitesse de conduction nerveuse:

augmenter l’activité enzymatique musculaire:

Vasodilatation au niveau musculaire: apportsanguin plus important (apport important d’O2).


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Exercice en ambiance chaude


Parfois, la t° amb > t° cutanée et même la t°centrale du corps.

Equilibre hydrique & sudation

R, C et K : facteurs de gains de chaleur.

M (à l’effort) nous apporte de la chaleur.

Donc en ambiance chaude, ne reste à l’organismeque d’augmenter E.


Transpiration max chez l’homme : 2L d’eau/h(élimination)

(débit sudoral max: 10 à 15 L/jour)

Exemple:

Pour un match de 1H 30min: 3 litres

Pour un marathon de 4H: 8 litres


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Exercice en ambiance chaude = augmenter E= perte d’eau

Conséquence-1 = diminution de la volémie= déshydratation= diminution du volume sanguin

• Performance réduite

• Risque d’hyperthermie à long terme.


Conséquence 2 = perte de sel = NaCl (surtout)

De plus, la perte d’H2O plus importante que celledu sel: hyperosmolarité mais avec perte de sel(NaCl)

Sueur = H2O + NaCl


Sudation max = 2L/h(Max d’élimination)

si M > E : production de chaleur > évaporation

Donc: M – E > 0 ; Si on poursuit l’exercice audessus de 2 L/h

Conséquence 3 = augmentation de t° centrale+ hypovolémie


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En débutant l’effort avec un déséquilibre hydrique,on ne peut pas perdre 2 L/h

Donc E ne peut pas varier et la t° augmente

Très vite la t° va dépasser 38°C et donc c’est la mort.

En ambiance chaude: déconseillé d’effectuer desexercices de longue durée sans hydratationnormale.


En ambiance chaude, intérêt de consommer desliquides pendant l’exercice (de longue durée).

En débutant l’effort avec hydratation normale(perdant 2L/h) et sans compenser les pertes aucours de l’effort prolongé.

À un moment: déficit de l’organisme en eau.

et ne peut plus suer : hypovolémie

la t° centrale continue à augmenter

VO2 Max continue à diminuer jusqu’à unniveau entraînant la mort.


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Contrôle des variations thermiques: établi parl’hypothalamus qui règle la transpiration, la Frafin de l’adapter au mieux à la t°.

Contrôle nerveux de la t°




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Différences individuelles de tolérance:selon caractéristiques morphologiques, l’âge, etle sexe (moins important) et selon l’acclimatation.

• Sujet maigre: perd + facilement de la chaleurqu’un obèse.

• En vieillissant: capacité de thermorégulationdiminue.

Donc, plus on est âgé, moins on peut s’adapteraux variations thermiques.


L’acclimatation: présence permanente enambiance chaude améliore la tolérance tissulaireà l’augmentation de la t°.

Sujet vivant en ambiance chaude: tolère le travailà t° élevée et peut même faire passer sa t°centrale tolérable à 41°C.

Adaptations cardiovasculaires: surviennent engénéral dans les 3 à 5 jours

Adaptations sudorales: nécessitent jusqu’à 10 j.Cours de thermorégulation fait par AOUADI Ridha- 2012 - Master ISSEP

L’adaptation à la chaleur dépend de:

• conditions d’exposition,

• durée d’exposition

• production interne de chaleur.

L’acclimatement permet d’améliorer :

le délai: production de sueur plus rapide

le débit (3L/h): capacité de sudation peut doublerla circulation sanguine

d’augmenter VESCours de thermorégulation fait par AOUADI Ridha- 2012 - Master ISSEP

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moins de sel perdu: les pertes d’électrolytes dans

la sueur peuvent diminuer à moins du 1/3 chez un

sujet acclimaté

de diminuer la t° centrale et FC d’exercice

L’efficacité intellectuelle diminuée :


Méthode d’adaptation


• L’intensité d’exercice:

• Entraînement le matin ou le soir !

L’exercice en ambiance chaude:

Séances doivent être réparties en fonction de leurintensité.

• La moindre alerte: stopper l’entraînement etboire autant que possible.


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CONCLUSION:

Une période de 10j (15j Max): très bonne

acclimatation au travail dans une ambiance

chaude, et peut persister jusqu’à 3 semaines

après l’arrêt d’exercices en ambiance chaude.


Remarque:

Meilleurs marathoniens: des Kenyans• ils sont très minces,• habitués à travailler en altitude (kenya: 1000-2000m)

• vivent en ambiance sèche (durant 2/3 de l’année)• vivent à température élevée (en hiver, au minimum24 à 25°C à 1000m).

Les kenyans: favorisés quand ils viennent enambiance froide


• En ambiance très chaude: espacer les périodesd’exercices de 20 min par des périodes de reposde 10 min.


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Exercice physique & humidité

Lors d’exercice musculaire: E est le moyen majeurde transfert de chaleur vers l’ambiance.

Si environnement saturé: humidité élevée, E sefait très mal même à basse t°.

Exemple: la sensation de chaleur dans l'airhumide à 30°C serait plus ou moins la même quedans de l'air sec à 40 degrés.


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En ambiance froide: Au repos, sudationnégligeable (réduite à la perspiration insensible).

Malgré barrière d’habit, il y a souvent transfertde froid de l’extérieur vers l’intérieur.

But: limiter au max les transferts de chaleur (R, C& K) vers l’extérieur: s’habiller.

Exercice en ambiance froide


Comment faire pour réduire le froid ambiant ?


1-Vasoconstriction: Réduire circulation sanguinevers la peau.

But : Interrompre les contacts entre sang etmilieu extérieur (moins de perte de chaleur).

pompe

radiateurs

• Sys. Tissu

• sys. Digestif

• Sys. musc


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Vasoconstriction: diminuer d’une manièreimportante le débit sanguin dirigé vers la peau

le sang n’est plus refroidis par son passage auniveau de la peau

Durée de vasoconstriction faible: pas de risque.

Durée longue: gelure de froid (mort tissulaire).


Vasoconstriction:

mécanisme de sauvegarde pour éviter les

déperditions de chaleur à l’extérieur

pouvant entraîner la mort tissulaire.


a- Le frisson thermique:Mécanisme physiologique involontaire sansaucune efficacité physique (ne permet pas lemouvement) mais a un objectif thermique

2- Augmenter la production de chaleur

Inconvénient :a)- le frisson: dépense d’énergie sans aucunerentabilité en terme d’effort (frissonner ne faitjamais courir).


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3)- Effet de la diminution de la t° (hypothermie):

• ralentit la vitesse de conduction nerveuse

• Ralentissement des métabolismes enzymatiques.

• Diminution de l’élasticité tendineuse

• Faible performance

• Vasoconstriction au niveau des muscles exposésau froid


En ambiance froide:

on peut jouer sur le facteur équipement et

environnement : R, C et K

En ambiance chaude:

jouer sur l’équipement, mais surtout sur la

transpiration donc sur l’hydratation.


Pour optimiser un exercice et les conditions

d’exercice, choisir la t° ambiante optimale,

l’équipement optimum et l’hydratation

optimale.


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Adaptation au froid




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Résistance périphérique :De très faibles variations du diamètre modifientconsidérablement la résistance donc, la Pa.

Résistance: inversement proportionnelle au rayondes vaisseaux élevé à la puissance 4: (1 / r4).

Si rayon est divisé par 2, la résistance estmultiplié par 16 (r4 = 2 x 2x 2 x 2) et la Paaugmente proportionnellement; d’où unediminution du débit sanguin dans les tissustouchés.


Dans l’eau froide la perte de chaleur parconduction est énorme.

Donc, la valeur métabolique d’un exercice modéréest souvent insuffisante.

Individu normal: ne peut pas supporter uneimmersion supérieure à 20-30 min dans une eau à5°C ou à 1H30 à 2H dans une eau à 15°C


Un surplus de de tissu adipeux sous-cutanéfavorise la performance d’un individu en ambiancefroide

C’est entre 26 et 30°C que l’on se départit le mieuxde la chaleur métabolique, sans pour autant geleret voir la capacité de travail réduite.


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L’être humain s’adapte moins bien au froidprolongé qu’à la chaleur prolongée.

Si vasoconstriction périphérique importante (dueau froid), la t° de la peau et des extrémités peuts’abaisser jusqu’à un niveau dangereux.

Les premiers signes d’un accident par le froid:un picotement, un engourdissement des doigts etdes orteils ou une sensation de brûlure au nez etaux oreilles.


Le vent: facteur très important car par tempsventeux, les courants d’air augmentent la perte dechaleur.

Le frisson est la première défense contre le froid.

Un individu dormant dans une ambiance froidesans être réveillé par des frissons peut mourird’hypothermie


Exemples de situations d’exercices diverses à différentes conditions

climatiques


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objectif à l’effort: avoir équilibre thermique.

On produit bcp de chaleur, mais on en éliminebeaucoup (transpiration): perte importanted’eau.

Pour diminuer la perte d’eau, on doit diminuer E ;on doit donc jouer sur: R, C et K.


Exemple: en début de marathon (hiver, t° = 12°C,production de chaleur ≈ 0 en attente de départ etsans échauffement).

Les 5 premiers km on commence à produire de lachaleur: intérêt à enlever un peu d’habits

Puis les 5 km suivant, on continue à produire de lachaleur: on enlève encore peu d’habits.


Fin du marathon (après 3 ou 4h), production dechaleur a augmenté (M) de + en + : finir en short etteeshirt même à 12°C car

donc pour éliminer la chaleur, on a augmenté de +en +, R, C et K pour réduire au max l’évaporation.

Si on commence marathon bien couvert: R, C et Kne vont rien éliminer et on va très vite transpirer.


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Si on commence marathon bien couvert: R, Cet K ne vont rien éliminer et on va très vitetranspirer.

si on commence marathon presque découvert (R, Cet K: négatifs)

On va consommer de l’énergie pour réchauffer lapeau au lieu qu’elle soit disponible pour l’effort.


Exemple d’une situation inverse:

Début de marathon en été : il fait déjà chaud+ production de chaleur dés le départ en course.

En présence d’habits: intérêt à les enlever pouraugmenter au max R, C et K et dissiper la chaleur.

Mais garder au moins une couche protectrice quiempêche R d’être positive (dû au soleil), la C d’êtrepositive (l’air chaud transfert vers l’organisme), laK d’être positive (air ambiant entourantl’organisme est très chaud). Cours de thermorégulation fait par

AOUADI Ridha- 2012 - Master ISSEP


1- Jack H. Wilmore, Jack H. Wilmore, David L. Costill, W. Larry Kenney . Physiologie du sport et de l'exercice physique. Editeur : De Boeck., 2009.

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Bibliographie

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