Le bilan thermique du corps humainCours

L'organisme humain perd et produit de l'énergie en permanence. Toutefois, il a une température stable de 37 °C qui est le résultat d'un équilibre entre la perte d'énergie et sa production. Le corps produit et reçoit autant d'énergie (ou chaleur) qu'il en perd. Cela permet de garantir le bon fonctionnement de son organisme. 

Comment la température interne du corps humain est-elle maintenue ? 

I

La production et la réception de chaleur

Le réchauffement du corps est permis principalement par la thermogenèse. Toutefois, les rayons du soleil reçus par le corps le réchauffent également.

A

La thermogenèse

Le corps produit de la chaleur grâce à la thermogenèse.

Thermogenèse

La thermogenèse est la production de chaleur par l'organisme.

Cette production de chaleur est rendue possible grâce à l'activité musculaire. En effet, lorsque l'être humain pratique un sport ou livre un effort physique, il produit de la chaleur.

La thermogenèse peut être modulée selon les besoins.

La thermogenèse augmente dans certains organes lors d'une exposition au froid.

B

Les rayons infrarouges solaires

Le corps reçoit des rayons infrarouges solaires par radiation. Le soleil chauffe la peau et permet ainsi au corps d'emmagasiner de la chaleur.

Lorsque l'on a froid en hiver, si on se met au soleil, on se sent mieux. Le corps perçoit les rayons infrarouges, le réchauffement de la peau permet de maintenir la température interne.

II

La perte de chaleur par thermolyse

Le refroidissement du corps est permis grâce à la thermolyse.

Thermolyse

La thermolyse correspond aux différents mécanismes qui permettent le refroidissement du corps.

Pour un individu en bonne santé et au repos, les pertes thermiques représentent une valeur approximative de 100 W. Ces pertes thermiques s'effectuent principalement au niveau de la peau, qui constitue une surface d'échanges thermiques de 1,73 m2 en moyenne. 

Une approximation de la surface corporelle peut être donnée à l'aide de la formule de calcul suivante :

\text{Surface corporelle (en m}^2)=\sqrt{\frac{\text{Masse (en kg)}\times\text{Taille (en cm)}}{\text{3 600}}}

A

La conduction et la convection

Le corps perd de la chaleur par conduction. Lors d'un contact, de la chaleur est transmise : le corps se refroidit.

Lorsqu'on se baigne dans un lac froid, le corps se refroidit au contact de l'eau.

Le corps perd de la chaleur par convection : il s'agit d'un transfert de chaleur par circulation de l'air ou d'un liquide. Plus l'air se déplace, plus la chaleur se disperse. L'individu transpire, il sue.

Lorsque l'on court, le corps en mouvement est au contact du vent qui se déplace : il y a convection et perte de chaleur.

Le système vasculaire peut être lié à la convection. En effet, en cas de vasodilatation (dilatation des vaisseaux sanguins), l'individu devient rouge et les pertes caloriques sont plus importantes : l'individu transpire alors.

L'état inverse est la vasoconstriction : l'individu est plus pâle et les pertes caloriques sont limitées.

B

Les autres pertes de chaleur

Le corps perd de la chaleur par radiation, c'est-à-dire en émettant lui-même des rayons infrarouges. Enfin, la sudation (transpiration abondante) et l'évaporation entraînent également le refroidissement du corps.

Les pertes thermiques chez l'homme

Les pertes thermiques chez l'homme

Les 3 mécanismes qui présentent le plus de pertes thermiques sont :

  • la radiation (35 à 40 % du total de la chaleur perdue) ;
  • la convection (30 à 35 %) ;
  • l'évaporation (25 %).

 

La conduction est responsable de 5 % de la chaleur perdue.

III

La production d'énergie pour maintenir la chaleur corporelle

Les mécanismes de production et de perte de chaleur dans le corps humain nécessitent une source d'énergie.

A

Le rôle de l'alimentation

Les nutriments contenus dans l'alimentation humaine constituent la source d'énergie principale utilisée par le corps.

Nutriment

Les nutriments sont des molécules énergétiques produites lors de la digestion à partir des protides, des lipides et des glucides. Ils sont source d'énergie pour le corps humain.

Les apports énergétiques ne sont pas les mêmes en fonction du type d'alimentation. Certains aliments apportent davantage de lipides, d'autres des lipides, d'autres encore des protides. L'énergie fournie par ces nutriments s'expriment en joules (J).

1 gramme de protide fournit 17k J. Dans 100 g de petits pois, il y a 5 g de protides, donc un apport énergétique de 255 kJ. 

Les besoins énergétiques du corps ne sont pas les mêmes en fonction de l'âge, du sexe, de la taille, de la taille, du milieu de vie, etc.

Les nutriments sont consommés par différentes activités métaboliques du corps afin de produire de l'énergie qui peut ensuite être utilisée par les cellules.

Production d'énergie à partir des aliments

Production d'énergie à partir des aliments

 Les deux principales activités métaboliques produisant de l'énergie sont : 

  • la respiration cellulaire ;
  • la fermentation lactique.
1

La respiration cellulaire

La respiration cellulaire permet la production d'énergie par oxydation. Elle se fait à partir du glucose. Le rendement énergétique de cette activité est voisin de 40 %. Cela signifie que 40 % de l'énergie du glucose (2 860 kJ/mol) est récupéré pour être utilisé par les cellules. 60 % de cette énergie est dégagé sous forme de perte calorique.

Le bilan chimique de la respiration cellulaire à partir d'une molécule de glucose est :

\ce{C6H12O6} + \text{6 }\ce{O2} → \text{6 } \ce{CO2}+ \text{6 } \ce{H2O} + \text{Énergie utilisable} + \text{Chaleur}

La chaleur produite est à l'origine du maintien de la température corporelle d'un individu.

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La fermentation lactique

La fermentation est un mode de production d'énergie sans dioxygène. Le rendement est beaucoup plus faible que celui de la respiration. La libération de l'énergie s'effectue en « cassant » les molécules carbonées des nutriments.

B

La stabilité de la température

Grâce à la production de cette énergie qui est consommée et permet la production de chaleur, la température du corps humain reste stable (on dit qu'il est un homéotherme). C'est l'équilibre entre les mécanismes de thermogenèse (réchauffement du corps) et de thermolyse (refroidissement du corps) qui détermine la stabilité de la température corporelle.

Équilibre entre thermolyse et thermogenèse

Équilibre entre thermolyse et thermogenèse

Selon la situation, l'équilibre peut changer :

  • Si la thermolyse est supérieure à la thermogenèse, l'organisme se refroidit, la température du corps diminue.
  • Si la thermolyse est inférieure à la thermogenèse, l'organisme se réchauffe, la température du corps augmente.
La thermolyse est inférieure à la thermogenèse : l'organisme se réchauffe, la température du corps augmente.

La thermolyse est inférieure à la thermogenèse : l'organisme se réchauffe, la température du corps augmente.