Thermorégulation et équilibre hydrique pendant l'exercice

L'exercice convertit la majeure partie de l'énergie chimique libérée par les muscles en activité en chaleur plutôt qu'en travail mécanique. Par conséquent, une activité soutenue charge continuellement le corps de chaleur qui doit être évacuée vers l'environnement afin de maintenir la température centrale dans une plage tolérable. Ce domaine examine comment l'être humain en exercice équilibre la production de chaleur et la perte de chaleur, et comment la perte d'eau par évaporation qui en résulte interagit avec la régulation du volume des fluides corporels.

Definition

La thermorégulation pendant l'exercice est l'ensemble des processus autonomes et comportementaux qui maintiennent la température corporelle centrale dans des limites étroites tandis que la production de chaleur métabolique augmente, et l'équilibre hydrique est le maintien de la teneur en eau et en électrolytes du corps face aux pertes sudorales qu'implique le refroidissement par évaporation.

Scope

Ce domaine oriente le lecteur vers quatre thèmes liés : la production et la dissipation de la chaleur métabolique pendant l'exercice, le contrôle neural de la thermorégulation et de la circulation cutanée, la réponse sudorale et le refroidissement par évaporation, ainsi que la perte, le déficit et le remplacement de l'eau corporelle. Il les présente comme de la physiologie intégrative — l'action coordonnée du métabolisme, du système cardiovasculaire, de la peau et des reins — plutôt que comme des prescriptions cliniques ou d'entraînement.

Sub-topics

• Perte hydrique, déshydratation et réhydratation
• Production et Dissipation de la Chaleur au Cours de l'Exercice
• Transpiration et refroidissement par évaporation
• Contrôle thermorégulateur et flux sanguin cutané

Core questions

• Comment le corps dissipe-t-il la charge thermique importante générée par les muscles en exercice ?
• Comment la température centrale est-elle détectée et régulée, et comment le flux sanguin vers la peau est-il contrôlé ?
• Comment la sudation produit-elle un refroidissement par évaporation, et qu'est-ce qui le limite ?
• Comment les pertes de fluides et d'électrolytes dues à la sudation affectent-elles la fonction physiologique, et comment l'eau corporelle est-elle restaurée ?

Key concepts

• Production de chaleur métabolique et équation du bilan thermique
• Voies de perte de chaleur : rayonnement, convection, conduction, évaporation
• Température centrale et cutanée
• Point de consigne thermorégulateur et contrôle par rétroaction
• Flux sanguin cutané et vasodilatation active
• Sudation et refroidissement par évaporation
• Dérive cardiovasculaire et compétition pour le volume sanguin
• Déshydratation, hypohydratation et remplacement des fluides
• Acclimatation à la chaleur

Mechanisms

Pendant l'exercice, les muscles actifs libèrent de la chaleur qui est transportée par la circulation vers la surface du corps ; l'hypothalamus intègre les signaux de température centrale et cutanée et active deux effecteurs principaux : la vasodilatation cutanée, qui augmente le flux sanguin cutané et le transfert de chaleur par convection vers la surface, et la sudation, qui élimine la chaleur par évaporation. Ces réponses partagent le débit cardiaque et le volume sanguin limités avec le muscle en exercice, de sorte que le stress thermique et la perte progressive de liquide due à la sudation imposent un coût cardiovasculaire : le volume plasmatique diminue, la peau et les muscles entrent en compétition pour la perfusion, et la fréquence cardiaque tend à augmenter pour maintenir le débit cardiaque. Lorsque le refroidissement par évaporation ne peut pas suivre le rythme de la production de chaleur, la température centrale augmente, et le déficit hydrique accumulé (hypohydratation) amplifie la contrainte cardiovasculaire et thermique. Le remplacement des liquides et, sur plusieurs jours, l'acclimatation à la chaleur restaurent une grande partie de la capacité de régulation.

Clinical relevance

La compréhension de la régulation de la chaleur et des fluides pendant l'exercice est essentielle à la reconnaissance des maladies liées à la chaleur d'effort et des perturbations de l'équilibre hydrique et sodique associées à l'exercice, et elle éclaire la manière dont la physiologie sous-jacente à l'hydratation et à la tolérance à la chaleur est décrite. Cette entrée constitue une orientation de référence sur la physiologie intégrative ; elle décrit les mécanismes et n'est pas une source de recommandations individualisées en matière d'hydratation, de refroidissement ou de traitement.

Evidence & guidelines

La physiologie intégrative résumée ici repose sur des revues classiques et contemporaines concernant l'ajustement cardiovasculaire à la chaleur et à l'exercice (Rowell, 1974), le contrôle du flux sanguin cutané (Charkoudian, 2003), la déshydratation et la performance (Cheuvront & Kenefick, 2014), et la fatigue induite par l'hyperthermie (Nybo et al., 2014). Des organismes professionnels ont publié des prises de position sur l'exercice et le remplacement des fluides (Sawka et al., 2007) ; ces documents décrivent les pratiques consensuelles et sont cités ici comme références plutôt que comme directives.

History

L'étude systématique de la thermorégulation à l'exercice a émergé de la physiologie environnementale et cardiovasculaire du milieu du XXe siècle, la synthèse de Rowell en 1974 ayant établi comment la circulation concilie les exigences concurrentes de la perfusion musculaire et de la dissipation de la chaleur. Les décennies suivantes ont affiné la compréhension du contrôle vasculaire cutané, de la fonction des glandes sudoripares et des conséquences de la perte de liquide, et les ont intégrées dans la description moderne de la manière dont les humains tolèrent et s'adaptent à l'exercice par temps chaud.

Key figures

• Loring B. Rowell
• Nina Charkoudian
• Michael N. Sawka
• Samuel N. Cheuvront
• Lars Nybo

Seminal works

• rowell-1974
• charkoudian-2003
• cheuvront-2014

Frequently asked questions

Pourquoi l'exercice génère-t-il autant de chaleur ?

La contraction musculaire n'est que modestement efficace, de sorte que la majeure partie de l'énergie libérée par le métabolisme apparaît sous forme de chaleur plutôt que de travail mécanique ; lors d'un exercice intense, cette charge thermique peut être plusieurs fois supérieure au taux de repos et doit être dissipée pour maintenir la température centrale stable.

Comment la régulation de la température et l'équilibre hydrique sont-ils liés ?

La principale façon dont le corps en exercice dissipe la chaleur est par l'évaporation de la sueur, et la sudation puise dans l'eau corporelle ; une perte de chaleur soutenue entraîne donc une perte de fluides et d'électrolytes, liant directement la thermorégulation à la régulation du volume des fluides corporels.