Thermorégulation du corps humain et métabolisme

La thermorégulation du corps humain

La température du corps reste stable parce que l'énergie qu'il libère est compensée par l'énergie dégagée par la respiration cellulaire ou les fermentations. Globalement, la puissance thermique libérée par un corps humain dans les conditions de vie courante, au repos, est de l'ordre de 100 W.

En fonction de la température ambiante et du temps passé par l'organisme à celle-ci, il peut se retrouver dans une des 3 situations suivantes :

• La zone de confort, où la thermorégulation est possible (température corporelle stable).
• L'hypothermie létale, où la thermorégulation n'est pas possible (baisse de la température corporelle, risque de mort) Exemple : 1 heure à -70°C.
• L'hyperthermie létale, où la thermorégulation n'est pas possible (augmentation de la température corporelle, risque de mort) [Exemple : 1 journée à +50°C].

Ainsi, les mécanismes de thermorégulation ne sont possibles que dans certaines conditions : celles de la zone de confort (Température, Temps passé à cette température).

Le document 4 nous apprend que des pertes d'énergie thermique sous forme de chaleur lors de la thermorégulation (convection, évaporation) s'effectuent au niveau de la peau. On en déduit que la température observée au niveau de la peau est inférieure à celle du reste du corps (de la chaleur est transférée à l'air ambiant).

Schéma des échanges d'énergie

• Réchauffement : bleu sous vert
• Rayonnement : flèches rouges
• Convections : flèche verte
• Transpiration : point sous bleu
• Conduction : flèche violette
• Objet : rond
• Évaporation : flèche bleue

Calculs et analyses énergétiques

• Énergie contenue dans les nutriments (nécessaire à la respiration cellulaire et aux fermentations) = 76,8 kJ
• Énergie thermique produite lors de la respiration cellulaire et des fermentations à partir des nutriments = 23 kJ
• Pourcentage : 23 / 76.8 * 100 = 30%

Énergie et nutriments

• Énergie produite sous forme d'ATP lors de la respiration cellulaire = Prendre la dernière ligne du tableau.
• Énergie contenue dans les glucides, protéines, lipides = Prendre la deuxième ligne du tableau (On ne réalise des pourcentages qu'avec des valeurs ayant la même unité)
  • Glucides : 1900 / 2937 * 100 = 65%
  • Lipides : 6450 / 10389 * 100 = 62%
  • Protéines : 22500 / 44237 * 100 = 51%
• Document 2 : Nous apprend que l'énergie contenue dans les nutriments est en partie convertie en ATP, le reste est dissipée sous forme d'énergie thermique.
• Ainsi, Pourcentage d'énergie thermique libérée = 100% - Pourcentage d'énergie produite sous forme d'ATP lors de la respiration cellulaire.
  • Glucides : 100 – 65 = 35%
  • Lipides : 100 – 62 = 38%
  • Protéines : 100 – 51 = 49%

Puissance thermique au repos

• Pour calculer la puissance thermique (énergie thermique libérée par unité de temps) d'un corps humain assis, au repos : On prend la ligne du métabolisme de base dans le tableau (dépense énergétique d'un sujet au repos, assis). Précisions : Valeurs pour un homme de 70 kg et 1,70 m, à 22°C.
• Le tableau nous donne des valeurs en kJ/h, or la puissance thermique est en J/s. Il faut donc convertir :
  • 1 kJ = 1000 J
  • 1 h = 3600 s
  • Puissance thermique d'un corps humain assis au repos = 1 s * 360 000 J / 3600 s = 100 J/s ou 100 W.

Variation de la température corporelle

• La nuit, la plupart des individus dorment : d'après le tableau le niveau d'activité est minimal. Peu d'énergie thermique est produite. La température baisse légèrement. On reste dans des valeurs ne nécessitant pas d'être régulées. Puis, elle augmente avec le réveil.
• La journée, la plupart des individus réalisent des activités variées, toutes ayant un niveau d'activité supérieur à celui du sommeil. Beaucoup d'énergie thermique est produite. La température augmente légèrement. On reste dans des valeurs ne nécessitant pas d'être régulées : la température corporelle ne fait qu'augmenter tout au long de la journée. Puis, on a des activités libérant moins d'énergie avant d'aller dormir, donc la température corporelle rebaisse.