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Comprendre l'origine de la chaleur interne du corps et ses différents echanges avec l'exterieur

Le bilan thermique du corps humain

C'est parti!

RAPPELS

Corps HUMAIN et FLUX DE CHALEUR

ACTIVITE 1

Production de chaleur par le corps humain

ACTIVITE 2

BILAN THERMIQUE DU CORPS HUMAIN

ACTIVITE 3

Entrainement

SOMMAIRE

BILAN

RAPPELS

Dans ton cours, rappelle ce que tu sais déjà en répondant aux question liées à ceux deux documents.

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CORrige

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Manuel Enseignement scientifique 1ere BORDAS

Manuel Enseignement scientifique 1ere BORDAS

Les aliments sont composés, en proportions variables, de molécules chimiques comme les lipides, les glucides et les protides. Ils doivent couvrir les besoins énergétiques. Les aliments sont transformés en nutriments assimilables le long du tube digestif.

Présenter les conséquences possibles d'un déséquilibre entre les apports énergétiques alimentaires et les dépenses journalières.

Les nutriments peuvent être assimilés par nos cellules pour participer à leur croissance, mais aussi pour apporter de l'énergie sous forme d'ATP.

Comparer les deux types de métabolisme que nos cellules peuvent réaliser.

COrrection des rappels

Conséquences d'un déséquilobre alimentaire

Rappel 1: Les aliments sources d'énergie

Si apports énergétiques > aux dépenses --> PRISE DE POIDS


Si les apports énergétiques > aux dépenses --> PERTE DE POIDS

Deux types de métabolismes énergétiques

Rappel 2: Réactions métaboliques et production d'énergie

Dans les deux cas, le glucose est la molécule utilisée pour produire l'énergie sous forme d'ATP.


La respiration cellulaire utilise du dioxygène (a lieu dans un milieu oxygéné) et a lieu dans la mitochondrie. Ce qui n'est pas le cas de la fermentation.

La respiration cellulaire produit une plus grande quantité d'énergie que la fermentation.

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Activite 1:

CORPS HUMAIN ET FLUX DE CHALEUR

Tempr Labor

L’Homme, comme tous les mammifères, est homéotherme : il doit conserver une température constante (37 °C) pour garantir le fonctionnement normal de ses organes. Or, son milieu de vie est rarement à cette température et comme tout système physique, il va tendre vers une température égale à celle du milieu.

➜ Quels sont les paramètres à prendre en compte pour faire le bilan thermique du corps humain ?

1

Bilan

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2

Se dit d'un organisme dont la température interne est à peu près constante. Les autres organismes sont dits poïkilothermes ou, par souci de cohérence linguistique, hétérothermes.


CORrige

Manuel Enseignement scientifique 1ere BORDAS

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1. Décrire les variations de la température corporelle au cours du temps.

2. Toutes les parties du corps n'ont pas la même puissance thermique: relever les zones du corps humain les plus chaudes et celles les plus froides.


3. Identifier ce que l'on nomme le noyau thermique et l'enveloppe thermique du corps.

4. Calculer la puissance thermique dégagée par chacun de ces deux ensembles et la puissance thermique globale du corps.

CORRIGE de l'activité 1, Partie 1:

1. La teméparture corporelle varie au cours de la journée. En effet, on remarque que celle-ci est comprise entre 36,6°C et 37,1°C. Elle est la plus basse au cours de la nuit, entre 2 et 6 heures du matin et est plus importante entre 18 et 20h. Celle-ci est donc un paramètre régulé dont l'évolution suit un rythme journalier.


2. Les parties les plus chaudes sont: reins, cœur, poumons, cerveau et viscères les plus froides sont la peau, les muscles et d’autres organes, comme le squelette.

3. le noyau thermique est la partie du corps qui émet le plus de chaleur, qui la produit: reins, cœur, poumons, cerveau et viscères. L'enveloppe thermique comprend les organes périphérique: peau, muscles et d’autres organes.

4. D'après les données du tableau, la puissance thermique du compartiment central est de 72,4 W (7,7 + 10,7 + 4,4 + 16 + 33,6) et celle du compartiment périphérique de 27,6 W (1,9 + 15,7 + 10).
On constate également que la puissance thermique globale du corps humain est de 100 W.

RetOUR

CORrige

Les voies de transfert de chaleur

Les échanges d'énergie entre le corps humain et son environnement peuvent se faire de différentes manières:

Temporbre

Tempor Labore

Tempo Labore

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Visionner la vidéo puis reproduire et compléter le schéma en remplaçant 1,2,3 et 4par le processus d'échange impliqué et sa définition.

CORRIGE de l'activité 1, Partie 2:

CONVECTION: transport d'énergie associé à un déplacement de matière

EVAPORATION: tranfert d'énergie nécessaire au changement d'état de l'eau, passage de l'état liquide à l'état gazeux

RAYONNEMENT: transport d'énergie sous forme d'onde électromagnétique émise par tous objet

CONDUCTION: transfert d'énergie de proche en proche, sans déplacement de matière.

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BILAN:

- Rappeler ce que tu as constate concernant la température corporelle Globale et celle des differentes zones du corps.

- Rappeler Ce qu'est la puissance thermique et celle du corps.
- Rappeler les différentes voies de flux de chaeur entre le corps et l'environnement.
- Mettre en evidence lA question qui emerge de ces différentes observations

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Corrigé

RetOUR

BILAN:

Quantité d'énergie évacuée par le corps par unité de temps est d'environ 100 Watts

Puissance thermique

le corps n'est pas thermiquement homogène, en effet on note une température du noyau central plus élevée que celle de l'enveloppe thermique, cependant au cours du temps la température corporelle présente une situation globale STABLE.

Température corporelle constante

éléments de bilan

Mécanismes de perte de chaleur

Elles sont de quatre types:

- rayonnement infrarouge
- conduction
- évaporation de l'eau
- convection

Problème?

La temprature corporelle reste constante au cours du temps, or le corps perd en permanence de la chaleur du fait de ses échanges avec l'environnement... Comment le corps produit-il l'énergie nécessaire au maintien de la température corporelle?

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ACTIVITE 2:

Production de chaleur par le corps humain

Tempor Lor

Le corps humain perd en permanence de la chaleur de differentes façons. Cependant, sa température corporelle reste stable, car il compense ces pertes thermiques par une production de chaleur.

Comment le corps produit-il cette chaleur?

1

2

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3

bilan

Manuel Enseignement scientifique 1ere BORDAS

Corrigé

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Décrire comment le corps humain produit de la chaleur afin de maintenir sa température corporelle stable.

Tempor Lor

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Calculer son métabolisme de base

Next

1. Rechercher la définition de la notion de métabolisme de base.


2. Calculer votre métabolisme de base.


3. Lister les facteurs qui font varier le métabolisme de base.


4. Rechercher des facteurs qui font varier les besoins énergétiques journaliers.



Méthode de calorimerie indirecte

La calorimétrie indirecte consiste à mesurer le dioxygène consommé à chaque ventilation, en comparant le volume d’O2 inspiré et celui expiré. Cette mesure est ensuite utilisée pour calculer la dépense énergétique lors d’activités diverses, ce qui n’aurait pas été possible par calorimétrie directe

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Corrige

5. Expliquer pourquoi le métabolisme peut être estimé en mesurant la consommation de dioxygène.

Alimentation et équilibre énergétique

L'énergie du corps humain provient des aliments consommés.

On appelle bilan énergétique la différence entre l'énergie apportée par les aliments et l'énergie dépensée par notre corps.

Pour estimer l'apport énergétique d'un aliment, on réalise sa combustion complète dans un calorimètre. La chaleur alors dégadée est égale à l'énergie contenue dans l'aliment et est exprimée en kcal ou kJ.

La quantité d'énergie réellement utilisable par l'organisme est cependant inférieure à celle mesurée car les aliments ne sont jamais totalement digérés.

à noter 1 kcal = 4,18 kJ

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CORRige

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1. Etablir dans quelle conditions le bilan énergétique d'une personne est équilibré.


2. Dans le logiciel Equil'al (lien bouton suivant)

- Saisir vos caractéristiques.

- Noter la valeur du métabolisme basal correspondant.

- Indiquer votre niveau d'activité.

- Noter la valeur du besoin énergétique global journalier.

- Saisir les différents apports alimentaires d'une journée ordinaire ( une journée à l'internat).

- Comparer le résultat obtenu au besoin énergétique global et indiquer si votre bilan est équilibré.

- Représenter votre bilan énergétique.

1. Grace à leur métabolisme: respiration cellulaire ou fermentation, les cellules produisent de l'énergie sous forme d'ATP, elles récupèrent ainsi 40%de l'énergie contenue dans les nutriments. Les 60 % restants sont perdus sous forme de chaleur qui permettent de maintenir la température corporelle stable.
De plus, l'utilisation de l’ATP produit par la respiration et la fermentation est également à l’origine d’un dégagement de chaleur, équivalent à la moitié de l’énergie qu’il contient.
Au final, plus de 80 % (60 + (40/2) ) de l’énergie contenue dans les aliments absorbés est à l’origine de la chaleur interne du corps humain.

RETOUR

Il correspond à l'énergie dépensée pour assurer le fonctionnement minimal de l'organisme (circulation sang, travail cérébral, respiration..) Il est mesuré au repos, à jeûn, à neutralité thermique.

1. Métabolisme de base

L’énergie dépensée par le corps (travail musculaire, l’activité des organes ou thermogenèse) , provient de la respiration cellulaire. Chaque joule d’énergie libérée correspond donc aussi à une consommation de dioxygène. Cette équivalence est appelée coefficient thermique du dioxygène. Il diffère légèrement selon le type de nutriment utilisé mais, en moyenne, on peut considérer qu’un litre d’O2 consommé correspond à la libération de 4,8 kcal. En mesurant le dioxygène consommé, on peut estimer la dépense énergétique de l'individu est donc son métabolisme.

- sexe

- âge
- taille
- poids

2. Cacul individuel

3. Paramètres de variations du métabolisme de base

4. Paramètres de variations des besoins globaux journaliers

- activité physique

- température extérieure
- digestion
- situation physiologique (croissance, grossesse...)

4. Estimation métabolisme par calorimétrie indirecte:

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la différence entre l'énergie apportée par les aliments cosommés et l'énergie dépensée par notre corps est nulle.

Minim eniam

Tempr Labore

1. Un bilan energetique est equilibré quand...

2. Un bilan energetique individuel

RetOUR

Tepor Labor

BILAN:

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- Rappeler l'origine de l'énergie thermique du corps.

- Envisager les conséquences possibles des bilans déséquilibrés

corrige

Les pertes d’énergie liées à la thermolyse doivent être compensées par un apport, qui provient majoritairement de la conversion de l'énergie chimique des aliments. Les aliments ingérés, riches en énergie chimique, sont digérés et les nutrimenst qui en sont issus sont oxydés par la respiration cellulaire.

Ils sont ainsi convertis en une forme d’énergie utilisable par les cellules de l’organisme (ATP), Au cours de la respiration cellulaire et de l'utilisation de l'ATP par l'organisme, une grande partie de cette énergie contenue dans les aliments (80%) est convertie en chaleur, ce qui correspond à la thermogenèse.

BILAN

ELEMENTS DE BILAN

retour

Ainsi le corps produit et perd en permanence de la chaleur. Pour maintenir sa température constante le bilan thermique de celui-ci doit être nul.


Mais comment l'organisme assure-t-il cet équilibre quelles que soient les conditions de l'environnement?

BilaN Thermique du corps humain

1

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2

Bilan

Le bilan thermique du corps

manuel enseignement scientique 1ere, Bordas

manuel enseignement scientique 1ere, Bordas

CORRIGE

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1. Définir ce qu'est le bilan thermique du corps.


2. Etablir quand celui-ci est équilibré.

3. Expliquer l'impact d'une variation de température extérieur sur le bilan thermique du corps.

CORRIGE

1. Le bilan thermique du corps est la difference entre les pertes et les apports de chaleur de celui-ci.


2. lorsque la production est équilvalente aux pertes alors les bilan est equilibré et la température corporelle reste stable

3. On constate que, quelle que soit la température de la pièce, les pertes par conduction sont faibles et négligeables, c’est-à-dire inférieures à 3 W. Les pertes de chaleur par évaporation respiratoire sont stables et égales à 10 W.
Par contre, si la température augmente, les pertes de chaleur par convection et rayonnement diminuent. Cela s’explique par le fait que la chaleur s’évacue alors principalement par évaporation d’eau par la sudation, laquelle représente presque 80 % de la puissance dissipée à 35 °C.

Dans ce cas, le bilan thermique sera desequilibré, l'organisme va régair.

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RETOUR

Bilan thermique déséquilibré: Réactions de l'organisme

corrigé

Le cas particulier de la fièvre:

Organe de contrôle et réactions:

1. A partir des documents et de vos connaissances, lister les réactions du corps à une augmentation de température extérieure. Les classer en réactions physiologiques et comportementales.


2. Faire de même en cas de baisse de température extérieure.


4. Identifier les organes prépondérants dans la réponse de l'organisme aux variations.


3. Indiquer les conséquences d'un déséquilibre thermique d'origine interne.


5. Définir la notion de système thermorégulateur.


4.

manuel enseignement scientifique 1ere, Magnard

COrrige

2

1

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5

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Réactions physiologiques: vasodilatation des vaisseaux; augmentation de la transpiration.


Réactions comportementales: se découvrir, diminuer son activité, s'hydrater...

l'hypothalamus et la peau sont les principaux organes qui entrent en jeu

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Réactions physiologiques: vasoconstriction des vaisseaux; frisson, "chair de poule".


Réactions comportementales: se couvrir, augmenter son activité physique...

Ceci peut entrainer des réactions telles que la fièvre par exemple. ces réactions peuvent avoir des conséquences importantes sur le fonctionnement de l'organisme

Ensemble des mécanismes et des organes qui permettent à l'organisme de maintenir sa température a une valeur de référence

La contraction musculaire ayant un rendement énergétique faible, une grande partie de l’énergie est perdue sous forme de chaleur. Le frisson correspond donc à une réaction physiologique au froid : les fibres musculaires se contractent de façon répétitive, et bien qu’elles ne génèrent pas de travail musculaire significatif, une chaleur supplémentaire est produite, conduisant à une augmentation de la thermogenèse.

BILAN

Réaliser un schéma-bilan illustrant le régulation du bilan thermique du corps:


(indications: mettre en evidence la notion d'equilibre du bilan thermique et les differentstypes de reponses en cas de desequilibre)

Temor Labor

Retour

corrige

Elements de correction:

Retour

L'essentiel

ViDEO BILAN

Retour

Réaliser un schéma-bilan personnel de l'essentiel à retenir du chapitre.

Revisions

En autonomie

QUIZZ

Exercices

QCM

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Le flux thermique chez les marathoniens

Lors d’un marathon, les contractions musculaires entraînent une thermogénèse très importante. Les athlètes ont souvent une température proche des 41°C en franchissant la ligne d’arrivée, même par une température extérieure proche de 15 °C.


Junk food et apports énergétiques.

Le döner kebab, ou sandwich kebab, a été inventé par un Allemand d’origine turque en 1972 à Berlin. Inspiré d’une spécialité turque à base de viande d’agneau grillée, ce sandwich se retrouve désormais partout en Europe.

Le veau et la dinde ont remplacé l’agneau, et les frites, les sauces (ketchup, mayonnaise, etc.), accompagnées d’une boisson sucrée font aujourd’hui partie du « menu complet ».

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D'après le livrescolaire, enseignement scientifique 1ere

1. Calculez la valeur énergétique d’un sandwich kebab seul sans sauce, puis d’un « menu complet » avec sauce, frites et soda.

2. Calculez le pourcentage d'énergie fournie en un repas de ce type par rapport aux apports journaliers recommandés (2 000 kcal).

3. Combien de temps faut-il courir à 8 km·h‑1, c’est-à-dire à une puissance de 500 W, pour consommer cette énergie absorbée ? (1 kcal = 4 184 J).

D'après le livrescolaire, enseignement scientifique 1ere

1. Proposez une hypothèse expliquant la baisse de la performance en marathon lorsque la température augmente.

2. Quel est le seul mécanisme permettant la libération de chaleur au niveau de la peau, dans un environnement sec à une température supérieure à 37°C ?

3. Expliquez en quoi l’humidité ajoutée à une température importante constitue un motif de report ou d’annulation des courses.

corrige


Lorsque la température extérieure est plus importante, les performances des athlètes diminuent. Ces effets sont encore plus marqués lorsque l’humidité de l’air, c’est-à-dire sa saturation en vapeur d’eau, est importante. Une température importante ajoutée à une humidité supérieure à 80 % sont des motifs de report ou d’annulation de ce type de courses d’endurance.

CORRIGE

1. Sandwich kebab seul sans sauce :

(160 / 100) x 250 + (170/100) x 180 + (110 / 100) x 30 = 400 + 306 + 33 = 739 kcal
Menu complet :
739 + (25 / 100) x 400 + 400 + 150 = 739 + 100 + 400 + 150 = 1389 kcal

2. pourcentage apport du menu complet par rapport apports journaliers recommandés :
(1389 / 2000) x 100 = 69,45 %.
Une seul menu kebab complet correspond donc environ 70% des apports journaliers recommandés.

Junk food et apports énergétiques:


3. On cherche à calculer le temps de courses à la puissance de 500W permettant de dépenser les 1389 kcal.
On convertit d’abord l’énergie en Joules : 1389 kcal = 1389 x 4184 J = 5,812 x 106 J.
D’après la formule reliant puissance et énergie : t = E/P = 5,812 x 106 / 500 = 11 624 secondes = 194 minutes = 3 heures et 14 minutes.
Il faut donc 3h14 à 8 km/h pour dépenser l’énergie absorbée lors d’un « menu complet ».
Cette valeur est valable pour un individu de poids moyen, car tout excès de poids par rapport à cette moyenne entraîne une dépense énergétique plus importante pour garder une vitesse de 8 km/h.

suite

CORRIGE

1. Une augmentation de la température corporelle correspond à un flux thermique globalement positif vers l’intérieur du corps. Chez un marathonien, les pertes d’énergie thermique par conduction, convection, radiation et évaporation (liée à la transpiration) ne compensent plus complètement l’énergie thermique libérée lors des contractions musculaires.


2. Le seul mécanisme qui peut avoir lieu est la sudation

3. dans un environnement chaud et humide, la transpiration est ralentie. Alors le corps ne peut plus se "refroidir" corretement, c'est pour cela que les courses sont annulées quand le taux d'humidité est trop important. Laa trop faorte humidité empêche sueur de s'évaporer

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