thermoregulation

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animaux ectotherme vs endotherme

les endodermes régulent eux même leur température grâce à de l’énergie qui vient du métabolisme, ils ont un petit range de température qu’ils tolèrent.

les ectodermes utilisent la température de l’extérieur pour se réchauffer, ils supportent de plus grandes variations de température. Leur physiologie doit s’adapter à la température extérieure

température comme facteur limitant

la distribution des espèces est en partie définie par des facteurs abiotiques comme la température

heat flux

c’est l’échange d’énérgie thérmique, dépend de la conductivité thérmique, différence de température et est inversemment proportionnel à la distance

matériaux avec haute conductivité

pierre et glace

les quatres processus physique par lesquels il y a des échanges de chaleur

• radiation (la plus utilisé pour chauffer)

• conduction

• convection

• évaporation

type de stratégie “thermale”

souce d’énergie pour leur température corporelle:

• endotherme: auto régule

• ectotherme: énergie de l’environnement

variabilité de la température interne selon les changements extérieurs:

• homéothermes: température interne constante

• poïkilothermes: température interne varie avec conditions extérieures

on peut faire différentes combinaisons, par exemple les mammifères sont endotherme et homéotherme (investissent de l’énergie et n’aiment pas les variations) tandis que les polar fish sont ectotherme et homéotherme (pas d’investissement d’énergie mais n’aime pas les changements de température, il faut que ce soit toujours froid)

thérmorégulation via insolation

• poil

• plume

• couche de graisse (particulièrement sur les muscles car ils sont plus conducteurs que la graisse et on veut pas qu’ils laissent échapper de l’énergie)

thermorégulation par ajustement des couches thermiques

• raising feathers

• sécrétion d’huile

• goose bumps

• changement de fourrure avec les saisons

comment la peau joue un rôle dans la thermorégulation

présence d’une couche de graisse isolante (garde chaleur)

présence de glandes sudoripares (raffraichi)

thérmorégulation à l’aide de la peau chez les mammifères marins

ils ont d’abord une épaisse couche de graisse, la partie la plus à l’extérieur en contact avec l’eau est à une basse température puis plus on va en profondeur plus sa température corporelle augmente.

Quand on arrive assez profond aux couches de muscles, la température se rapproche de 28°C et continu à augmenter jusqu’à ~34°C

régulation de la température en fonction de la contraction des artères

vasoconstriction vs vasodilatation

conservation de la chaleur grâce à un système de contrecourant

c’est souvent employé chez les animaux dans l’eau (dauphin ou oiseau) et les puissant nageur car l’eau refroidi beaucoup et on veut une activité optimale des mucles

on réduit la perte de température en rapprochant les artères et les veines, quand le sang se rend aux extrémités par les artères, il perd de sa température. L’idée c’est de ne pas donner cette énergie à l’environnement mais aux veines adjacentes comme ça quand le sang remonte il est automatiquement réchauffé. Lorsqu’il rentre dans le “centre” du corps, il est presque à la bonne température et le métabolisme n’a pas besoin de le rechauffer entièrement.

endothermie partielle

chez les poissons qui sont des très bon nageurs

l'animal est capable de maintenir certaines parties de son corps à une température plus élevée que l'environnement, mais pas de manière aussi étendue et régulée que les endothermes

c’est un peu l’inverse du contre courant, on prend cette fois le sang veineux qui est chaud après avoir traversé les muscles de la nage et il rechauffe le sang artériel froid qui s’y dirige. ça permet d’améliorer la pérformance musculaire.

Les veines et les artères s’entremêlent beaucoup.

raffraichissement par évaporation

→ évaporation sur les surfaces comme la peau ou le système respiratoire car l’eau absorbe une grande quantité d’énergie quand elle s’évapore

contrôle de la température par réponse comportementale

• obelisk posture: l’animal se met de façon a minimiser sa surface au soleil

• orientation towards heat sources → inorder to warm up

• social behaviour such as pinguins in a group where they are too warm in the middle, to cold in the borders so they move in a convection way

thermogènese des insects

ils utilisent les échanges en contre courrant pour maintenir une certaine température dans le thorax. Le matin il fait froid et les insectes sont lents. Ils ont besoin de se réchauffer pour pouvoir voler alors ils font aller les ailes (donc bouger les grands muscules de vol)

Ils peuvent aussi réguler leur flux sanguin pour éviter d’overheat

Cette thérmogènese est aussi utilisée comme technique évolutive de défense par les abeilles asiatiques

thermogènèse

production de chaleur, souvent par activité musculaire comme le mouvement ou les frissons

la mitochondrie peut augmenter le métabolisme pour produire plus de chaleur à la place d’ATP

contrôle de la température par negative feedback

dans l’hypothalamus il y a un senseur pour la thermorégulation, normalement maintient une température stable

en cas d’infection provoque de la fièvre par relachement de pyrogènes par le corps. Ceux ci atteignent l’hypothalamus ce qui augment le point de consigne (l’hypothalamus "croit" maintenant que la température corporelle normale devrait être plus élevée)

BAT

brown adipose tissu

ils se trouvent principalement chez les mammifères, dans le cou et les clavicules, autour des reins et glandes surrénales, entre les omoplates et le long de gros vaisseaux sanguins du thorax et de l’abdomen

Ils servent à la thermongènese non frissonnante

hibernation et estivation

ce sont des adaptations pour que les animaux qui ne tolèrent pas bien une saison puisse la passer en retrait.

hibernation:

• adaptation au froid et diminution de la nourriture

• la température corporelle diminue, par exemple celle de l’artic ground squirrel passe en dessous de 0°C

• l’activité métabolique diminue jusqu’à 20x

estivation:

• adaptation pour de longues période de hautes températures et moins d’eau disponible

• activité métabolique plus lente

adaptation des animaux ectothermiques aux grands froid

prévention de cristaux intracellulaires (les cristaux de glace dans la cellule sont mauvais car ils peuvent abimer la membrane et provoquer la mort cellulaire tandis que les cristaux extracellulaire ne sont pas dangereux et sont préférés)

• grâce à des cryoprotecteurs comme le glycérol ou sorbitol

  ces molécules abaissent le point de congélation des fluides corporels et peuvent aussi lier les molécules d’eau, interférant avec la nuléation (point de départ de la formation des cristaux de glace).

• en évitant les "noyaux" qui pourraient initier la formation de cristaux de glace.

  Ils se débarassent des noyaux qui pourraient commencer la formation de particules de glace et comme ça les fluides corporels peuvent se refroidir plus bas sans geler.

• à l’aide de protéines antigel

  ces protéines se lient aux petits cristaux de glace qui commencent à se former et inhibent leur croissance, empêchant la formation de gros cristaux dommageables.

• Accélération de la formation de cristaux de glace extracellulaires

  ils fournissent des noyaux à l’extérieur des cellules, le fluide extracellulaire non gelé augmente sa valeur osmotique ; cela attire l'eau hors de la cellule, abaissant le point de congélation intracellulaire

avantages et désavantages de l’ectothermie

avantage:

• moins besoin d’énergie pour leur métabolisme de base car il est 1/10 de celui des endothermes.

• plus d’énergie disponible pour la reproduction

• moins besoin d’eau

• les petits animaux ectothermiques peuvent survivre dans des habitats froid

désavantage:

• la rapidité, force et duration de l’effort dépend de la température extérieure

Circadian Regulation of body temperature (chez les endothermes)

pendant la journée la température augmente et pendant la nuit elle diminue

Membrane fluidity selon la température

de façon générale, plus il fait chaud plus la membrane est fluide

chez les poissons d’eau froide, la fluidité commence à une tempétature plus base que chez les mammifères ou les oiseaux.

comment augmenter la fluidité de la membrane cellulaire

les chaines des phospholipides peuvent être plus courtes ou insaturé

la tête des phospholipides peut être polarisée

protéine antifreeze

elles ne sont pas produite en permenance, seulement quand les températures se refroidissent beaucoup

plus leur concentration augmente, plus la température de congélation du plasma diminue car elle réduisent le point de solidification

fonctionnement des BAT

Contrairement au tissu adipeux blanc, qui stocke l'énergie sous forme de triglycérides, le TAB est riche en mitochondries et contient une protéine unique appelée UCP1 (Uncoupling Protein 1), également connue sous le nom de thermogénine.

Le fonctionnement du TAB repose sur le découplage de la phosphorylation oxydative dans les mitochondries:

1. Stimulation par le froid et le système nerveux sympathique

2. Lipolyse et libération d'acides gras dans le cytoplasme

3. Activation de l'UCP1 dans la membrane mitochondriale interne

4. Découplage de la phosphorylation oxydative

   En temps normal, dans les mitochondries, la chaîne de transport d'électrons crée un gradient de protons (H+). Ce gradient de protons est ensuite utilisé par l'enzyme ATP synthase pour produire de l'ATP. L'UCP1 agit comme un canal alternatif pour les protons, permettant aux protons de refluer de l'espace intermembranaire vers la matrice mitochondriale sans passer par l'ATP synthase.

   →production de chaleur au lieu d'ATP