Homothermie chez les animaux domestiques PL Toutain 2014

Homéothermie chez les animaux domestiques PL Toutain 2014 Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse

Plan • Eléments de la balance énergétique • Lutte contre la chaleur • Lutte contre le froid 2

1 -Les définitions 3

Définitions • La température ambiante – Température radiante pour un régime de convection libre et un degré hygrométrique de 50% • La température centrale – Niveau moyen de l’énergie thermique dans l’organisme – Degrés Celsius (°C) 4

Définition: Température corporelle • Niveau moyen de l’énergie avec 2 secteurs. – Noyau central • Température constante soumise à régulation • Température du sang aortique • Estimée par la température rectale chez les animaux (conduit auditif chez l’homme) – Enveloppe (cutanée) • Zone périphérique à température variable 5

Définitions • Homéothermie – Endohoméothermie • Aptitude que possède les mammifères et les oiseaux à maintenir activement leur température centrale dans des limites qui n’excèdent pas ± 2°C • Cas particulier de l’hibernation et de la torpeur • Cas de la fièvre (hyperthermie) – Exohoméothermie • Maintien de la température interne par des facteurs externes – Parasites , poisson de lac chaud • Hétérothermie 6

Homéothermes vs. hétérothermes Homéothermie: < ± 2°C L’excursion des températures corporelles peut aller au-delà de ± 2°C chez les animaux adaptés à la vie aride (ici l’oryx) notamment en cas de déshydratation ou de mauvaise nourriture 7

Signification biologique de l’homéothermie • Importance phylogénétique – Facteurs majeurs d’indépendance par rapport à l’environnement – Triomphe écologique des mammifères et des oiseaux à vivre dans tous les environnements 8

2 -La température rectale 9

Température rectale • Se repère avec un thermomètre • Typiquement 37 -39°C chez les mammifères • Typiquement 39 -42°C chez les oiseaux – Difficulté pour obtenir des valeurs justes – Cheval (grandeur de l’ampoule rectale) – Chien (stress) 10

Température centrale chez les mammifères domestiques Animal Valeur moyenne (°C) étendue Etalon 37. 6 37. 2 -38. 1 Jument 37. 8 37. 3 -38; 2 Poulain (quelques j ) 39. 3 Vache à viande 38. 3 36. 7 -39. 1 Vache laitière 38. 6 38. 0 -39. 3 Mouton 39. 1 38. 3 -39. 9 Chèvre 39. 1 38. 5 -39. 7 Porc 39. 2 38. 7 -39. 8 Chien 38. 9 37. 9 -39. 9 Chat 38. 6 38. 1 -39. 2 Lapin 39. 5 38. 6 -40. 1 11

Température centrale des oiseaux Espèces Passériformes Non passériformes Canard Poulet Poule Pigeon Valeurs moyennes 40. 7 41. 7 40. 8 41. 8 -43 Etendues physiologiques 39 -40 40. 5 -43. 0 40. 6 -43. 0 40. 5 -43. 0 41 -44. 1 12

Exemples de facteurs de variation de la température centrale 13

Température corporelle: Influence de l'âge • Généralement supérieure chez les jeunes – Veau à la naissance = 39°C – Porcelet = 39 -40. 5°C – Chevreau = 38. 5 -40°C – Poulain = 39°C 14

Température corporelle: Influence de la race • • Moutons à cornes ont une température inférieure Mérinos ont une température supérieure de 0. 3°C 15

Température corporelle: Influence du niveau de production • Influence majeure – Veau en batterie – Vache allaitante 16

Température corporelle: Influence de l’exercice muscullaire L’augmentation de la température centrale est une adaptation favorable à la réalisation d’un exercice musculaire (réactions enzymatiques accélérées). Un exercice est souvent précédé d’une séquence d’échauffement 17

Température corporelle : Influence d’une anesthésie Pendant une anesthésie générale, les mammifères perdent leurs capacités thermorégulatrices; on observe une chute de la température rectale et un possible grelottement (inspiratoire) au réveil notamment chez les peites espèces ou une trémulation des peauciers (cheval) 18

Température corporelle : influence de la fièvre Influence d’un syndrome fièvre sur la température rectale, l’abreuvement et la prise de nourriture (challenge toxinique à T 0). La fièvre est un syndrome dont l’hyperthermie n’est que l’un des symptômes 19

Température corporelle Rythmes circadiens • Variations diurnes de la température T (°C) 39. 1 38. 9 38. 7 38. 5 Temps (h) 38. 3 8 14 20 2 8 J Vet Med A 2005, 52: 377 20

3 -Éléments de l’équilibre thermique 21

Eléments de l’équilibre thermique • Le maintien de la température centrale à une valeur constante exige l’égalité de 2 processus – La thermogénèse ou production de chaleur – La thermolyse ou déperdition de chaleur – Thermogénèse et thermolyse ont la même dimension et se mesurent en Joule • 1 Cal=4. 18 Joules • 1 Joule par seconde= 1 Watt (W) 22

Température ambiante, Température centrale, thermogenèse et thermolyse Hypothermie Homéothermie Hyperthermie Energie Température centrale Thermolyse = Thermogénèse Froid T. létale inf. Température ambiante T. létale sup Chaud

Zones d’homéothermie, d’hypothermie et d’hyperthermie • Homéothermie : étendue des températures ambiantes pour lesquelles la température centrale est maintenue constante par une égalité de la thermogénèse et de la thermolyse • Hypothermie : la thermolyse est supérieure à la thermogénèse – Température létale inférieure • Hyperthermie : la thermogénèse est supérieure à la thermolyse – température létale supérieure 24

Zone d’homéothermie • Dans la zone d’homéothermie le maintien de la température centrale peut se faire pour différents niveaux de la thermogénèse et de la thermolyse avec la définition de 3 zones : – La zone de neutralité thermique – La zone de lutte contre le froid – La zone de lutte contre la chaleur 25

Thermogenèse & thermolyse dans la zone d’homéothermie et définition des températures critiques (TC) Homéothermie Energie Lutte contre le Neutralité froid thermique Lutte contre la chaleur Thermolyse insensible Thermolyse totale TLI TCS TCI Température ambiante TLS Thermolyse sensible

Zone de neutralité thermique • Définition : Etendue des températures ambiantes pour laquelle (i) La thermogénèse et la thermolyse sont à leur minimum et (ii) La thermolyse n’est assurée ni par sudation ni par une augmentation de la fréquence respiratoire c’est-à-dire par une augmentation de la thermolyse insensible (évaporation d’eau) • La zone de neutralité thermique est bornée par 2 températures critiques: la température critique inférieure (TCI) et la température critique supérieure (TCS) 27

La température critique inférieure (TCI) et la température critique supérieure (TCS) • Définitions: – TCI : Température ambiante pour laquelle l’animal doit augmenter le niveau de sa thermogénèse pour compenser une augmentation de sa thermolyse – TCS : Température ambiante pour laquelle l’animal doit augmenter le niveau de sa thermolyse insensible (évaporation de l’eau) pour compenser une réduction de la thermolyse sensible 28

4 -Les mécanismes de la thermogénèse et de la thermolyse • Thermogénèse • Thermolyse – Sensible • Conduction • Convection • Rayonnement – Insensible ou par évaporation • Perspiration • Sudation 29

La thermogénèse • Définition : ensemble des productions d’énergie • Mesure : par calorimétrie indirecte avec la mesure de la consommation d’oxygène (VO 2) et du rejet de de gaz carbonique (VCO 2). Avec VO 2 et VCO 2 en m. L par min 30

Origine de la thermogénèse • Thermogénèse obligatoire – Métabolisme de base (MB) • Thermogénèse facultative – Toutes les autres dépenses liées aux activités 31

Thermogénèse obligatoire – Métabolisme de base (MB) • Métabolisme minimal chez un sujet à jeun, au repos et en zone de neutralité thermique • Cas des ruminants et des rongeurs – Coût de la permanence de la vie cellulaire • Rein : 25% ; Cœur : 5 -15% ; Respiration : 5 -15% Relation allométrique vs. loi des surfaces 100 W 40 W 7 W 32

Relation allométrique entre le poids corporel (kg) et le métabolisme de base 33

Consommation d’oxygène par Kg de poids vif et par heure en fonction du poids corporel 34

Thermogenèse & thermolyse basale Espèce Poids (kg) KJ. 24 h-1. kg-1 Watt Homme 64 134. 2 100 Vache 600 54. 9 380 Mouton 46. 4 112. 9 60 Porc 128 79. 8 120 Cheval 441 47. 2 240 Chien 15 214. 85 37 Chat 3. 0 211. 8 7. 3 Rat 0. 282 416. 5 1. 35 Souris 0. 02 886. 2 0. 20 Cobaye 0. 410 357. 8 1. 70 Lapin 2. 98 234. 2 8. 0 Rhésus 4. 2 206. 0 10 Poule 2. 0 296. 8 7 35

Thermogenèse facultative liée aux activités Activité Thermogenèse (KJ. 24 h-1) % du total Prise de nourriture (9 h) 846. 5 12. 5 Rumination (8 h) 50. 2 0. 7 Position debout (12 h) 150. 5 2. 2 Marche (6 km) 752. 4 11. 0 Métabolisme de base 5016 73. 6 36

Thermolyse • Ensemble des différentes déperditions énergétiques – Se mesure par calorimétrie directe (joule, Watt) • Deux types de thermolyse: – Thermolyse sensible • Perçue par l’individu (sensation de chaud/froid) • 3 mécanismes: Conduction, convection & rayonnement – Thermolyse insensible • Non perçue par l’individu • Evaporation de l’eau 37

Thermolyse sensible: conduction – Exige un milieu matériel au contact de l’enveloppe – Faible importance sauf en décubitus 38

Thermolyse sensible : convection – Exige un renouvellement de l’air ou de l’eau autour de l’enveloppe Convection libre autour d’une main Photographed using schlieren equipment. Convection forcée 39

Thermolyse sensible: rayonnement 40

Thermolyse sensible: rayonnement • Tout corps émet des rayonnements électromagnétiques dont la longueur d’onde est fonction de la température de la zone d’émission • Visible : 450 -750 nm; Infra-rouge : 10 000 nm Image thermographique donnant une image globale de la répartition des températures cutanées ; un code couleur (à droite) donne la correspondance entre les couleurs et la température 41

Thermolyse sensible • Somme des thermolyses par conduction, convection et rayonnement • Fonction du gradient de température • Exige pour être efficace que Tenveloppe >>Tambiante • En cas d’ élévation importante de la température ambiante une autre modalité de déperdition de l’énergie devient nécessaire: la thermolyse insensible 42

Thermolyse insensible • Evaporation de l’eau – L’évaporation d’un gramme d’eau nécessite (emporte) 2400 J ou 530 Cal – Se fera selon deux grandes modalités chez les animaux domestiques • Par sudation • Par polypnée thermique 43

5 -A partir de quelles températures ambiantes les animaux luttent-ils contre la chaleur et contre le froid? 44

Les températures critiques (TC) Lutte contre le froid TCI Neutralité Thermique TCS Lutte contre la chaleur

Notion d’isolation thermique • Par analogie à la loi d’Ohm, on a voulu calculer des valeurs d’isolation thermique ayant une dimension de résistance – L’isolation thermique est la résistance offerte à l’écoulement de l’énergie générée par la thermogénèse. 46

Isolation thermique d’un bovin • La thermogénèse d’un bovin à jeun de 500 kg est de 347 W; sa température rectale est de 38°C; on le place dans un calorimètre et on baisse la température ambiante jusqu’à ce que la thermogénèse de base commence à augmenter; cette température (10°C) est par définition la TCI Cela veut dire qu’il faut un gradient de 0. 08°C pour dégager 1 W (1 J par sec) 47

Conductance thermique • L’inverse de l’isolation thermique Espèces Vache Mouton mérinos Mouton Cheviot Porcelet Conductance: W par m 2 et par °C 10. 5 4 -4. 8 (toison fermée) 8. 2 (toison ouverte) 40 (ni poil ni graisse) 48

Conductivité de différents milieux • En Calories par seconde par cm et par °C) Matière conductivité Argent 0. 97 Aluminium 0. 92 acier 0. 11 verre 0. 0025 Sol sec 0. 0008 caoutchouc 0. 0004 bois 0. 0003 eau 0. 0014 Tissu adipeux 0. 00051 Air 0. 000057 Fourrure 0. 000091 49

Calcul des différentes températures critiques inférieures (TCI) pour un niveau donné de thermogénèse (HP) Quelle est la TCI d’un bovin dont la thermogénèse (HP) est augmentée de 30% (451 W) et dont le pelage a une isolation thermique de 0. 08°CW-1? Quelle est la TCI pour une vache produisant 30 L de lait? HP=900 W 50

Quelques facteurs de variation de la température critique inférieure Toison en mm TCI en °C 0 31 7 (tonte à ras) 27 40 -40° Age TCI en °C Nouveau-né 27 -33 Sevrage 24 Fin engraissement 0 Poids (Kg) TCI°C 40 (nouveau-né) 9 150 -2 350 -26 450 (fin engraissement) -36 51

Températures critiques inférieures Toison Vent (m/sec) Ration HP W par m 2 TCI °C 5 0 À jeun 41 +31 10 5 10 60 60 humide 40 0. 2 0 0. 9 4. 3 A jeun entretien Ad libitum 50 60 90 90 90 150 +25 +28 +13 -3 +12 -40 52

Le métabolisme de sommet (MS) • Le MS (environ 5 fois le MB) est inférieur à celui qui est vu au cours d’un exercice physique maximal Espèces Rapport Homme 5 Mouton 7 Agneau 5 kg 5 Porcelet NN 2 Chien 3. 5 Chaton 2 Lapin 3. 5 Canard 4. 9 53

Les températures létales inférieures • Peuvent se calculer comme les TCI • La TLI est la température ambiante pour laquelle un animal peut encore maintenir sa température rectale pendant 1 h grâce à son MS 54

Températures létales Adulte Nourri Enlainé -100°C Adulte Nourri Laine de 7 mm -56°C Adulte Nourri Laine 7 mm Vent 7 m par sec -11°C Adulte Nourri Laine 7 mm Vent 7 m par sec Toison mouillée +14°C Agneau 5 Kg -70°C Agneau Vent fort -25°C Agneau Vent & Pluie +4°C 55

La température critique supérieure • Plus difficile à établir car elle dépend des réserves en eau, des capacités d’évaporation etc. 56

Températures létales supérieures Espèces Température corporelle Température létale supérieure Monotrème (échidné) 30 -31°C 37°C Marsupiaux 35 -36°C 40 -41°C Insectivores (hérisson) 34 -36°C 41°C Homme 37°C 43°C Mammifères euthériens 36 -38°C 42 -44°C Oiseaux non passériformes 39 -40°C 46°C Oiseaux passériformes 40 -41°C 47°C Il est plus fréquent de voir des températures létales supérieures que des températures létales inférieures 57