Pourquoi notre température corporelle reste une énigme

En plein effort ou au repos, sous la neige ou en pleine canicule, notre corps affiche, dans l’idéal, une température avoisinant les 37 °C. L’espèce humaine n’est bien sûr pas la seule à avoir une température constante, autrement dit à être « homéotherme ». Mais l’être humain est aussi, comme la plupart des mammifères, « endotherme » : il produit naturellement de la chaleur, notamment grâce à un métabolisme très actif.

Notre organisme a ainsi la capacité de maintenir sa température interne constante, quelle que soit la température extérieure, contrairement à d’autres animaux chez qui la stabilité thermique est liée à l’absence de variation de la température de leur environnement (c’est par exemple le cas de certains poissons, qui vivent dans des eaux dont la température ne varie jamais de plus de 1 à 2 °C).

Nous, Homo sapiens, possédons un système de thermorégulation complexe dont le thermostat est réglé autour de 37 °C. Cette stabilité est primordiale. Une variation de 5 °C en plus ou en moins peut avoir de graves conséquences et entraîner des troubles métaboliques et neurologiques parfois fatals.

Si ce nombre de 37 °C est familier à quiconque a déjà utilisé un thermomètre pour mesurer sa température, il n’en demeure pas moins une énigme évolutive.

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Quand notre corps souffle le chaud et le froid

Parmi les éléments aujourd’hui bien connus qui interviennent dans notre thermorégulation, on peut compter les mécanismes biologiques dont notre organisme dispose pour, d’une part, évaluer les variations de température de l’environnement et, d’autre part, produire ou éliminer de la chaleur en interne selon le besoin du moment.

Des capteurs sensibles au chaud et au froid, ou « thermosenseurs », sont situés dans des neurones (cellules nerveuses) qui innervent l’ensemble de notre organisme, avec une distribution particulière : les neurones sensibles au froid se trouvent ainsi majoritairement en périphérie (sous la peau) et aux extrémités de l’organisme (pieds, mains…), lesquels sont plus sensibles au refroidissement. Les neurones sensibles au chaud sont quant à eux surtout localisés dans notre buste, zone métaboliquement la plus active qui, de fait, produit le plus de chaleur.

L’information captée par ces thermosenseurs est transmise jusqu’à notre système nerveux central (SNC, soit l’encéphale et la moelle épinière), en particulier vers l’hypothalamus – région du cerveau qui agrège d’informations et régulateur de nombreuses grandes fonctions comme le sommeil, la soif, la faim, etc. Selon la situation, trop chaud ou trop froid, le SNC active différentes voies de régulation à travers le corps et sélectionne les « effecteurs de la thermorégulation » ad hoc « thermo-effecteurs ».

Ce terme recouvre l’ensemble des processus qui permettent d’ajuster notre température corporelle : comportements, mécanismes, organes et tissus spécialisés… Ainsi, les effecteurs de la thermogénèse (génération de chaleur) limitent l’élimination de la chaleur et favorisent sa production, quand ceux de la thermolyse favorisent, à l’inverse, son élimination et limitent sa production.

Certains thermo-effecteurs sont plus efficaces que d’autres, et sont généralement plus coûteux en énergie à mettre en œuvre. Leur sélection est donc hiérarchisée et s’effectue après mise en balance des besoins et de la dépense énergique nécessaire à leur utilisation.

Pour de fines régulations, l’organisme privilégie des mécanismes peu énergivores, comme la régulation du diamètre des vaisseaux sanguins périphériques, situés sous la peau. Leur réduction (constriction) limite la perte de chaleur, leur augmentation (dilatation) la favorise. Efficace à moindres frais, cette maîtrise du « tonus vasomoteur » est largement sollicitée sous nos latitudes tempérées.

Lorsqu’il faut répondre à des stress thermiques importants, notre corps doit employer de plus grands moyens, plus efficaces, mais aussi plus coûteux. Par grand froid, le frissonnement permet d’augmenter la production de chaleur par des contractions musculaires involontaires (lesquelles sont gourmandes en énergie). Et lors de grosses chaleurs, la sudation permet de diminuer notre température (mais elle est très consommatrice en eau…).

Ce qui amène la question sur laquelle bloquent toujours les spécialistes : pourquoi notre organisme dépense-t-il autant d’énergie pour maintenir ces fameux 37 °C, qui est une température largement supérieure à celle de notre environnement, en particulier en zone tempérée où ladite température est en moyenne plus proche de 15 °C ?

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Pourquoi 37 °C ?

Il est fréquemment suggéré que la température de 37 °C aurait été sélectionnée au cours de l’évolution parce qu’elle est optimale pour l’activité biologique : pour l’action des enzymes, pour la stabilité des protéines ou encore pour la fluidité des membranes de nos cellules. On peut pourtant s’interroger.

En effet, les animaux endothermes homéothermes, dont nous sommes (et qui comprennent notamment les mammifères et oiseaux), représentent moins de 1 % de la biomasse de notre planète. Si le maintien d’une température corporelle de 37 °C représentait un avantage évolutif fort, ce mécanisme n’aurait-il pas dû apparaître d’innombrables fois, dans d’autres branches que celles des mammifères et des oiseaux ?

Un thermomètre.

Source : Pxhere/Domaine public (photo recadrée)

La grande majorité des espèces animales sont « ectothermes » : elles ne produisent pas ou peu de chaleur. Par conséquent, leur température corporelle est proche de celle de leur environnement. Si 37 °C était le Graal des fonctions biologiques, la majorité de ces espèces devrait donc se concentrer dans les habitats où la température s’en rapproche. Or, si la vie animale est certes très dense dans la zone intertropicale, des biodiversités impressionnantes se déploient aussi dans des régions bien moins favorisées au niveau du thermomètre, comme les océans et terres septentrionales.

Et n’oublions pas que certains ectothermes, les reptiles par exemple, peuvent supporter des variations de température corporelle de plus de 20 °C, alors que nous sommes nous-mêmes très sensibles à toute variation de notre thermostat interne !

Quant à imaginer que ces 37 °C pourraient être un héritage évolutif, un témoignage de l’environnement dans lequel les cellules se sont formées il y a plus de 2 milliards d’années, on peut en douter. On sait en effet aujourd’hui que pendant la première moitié de l’histoire de la Terre, la température des océans était plutôt proche de 80 °C… Qui plus est, l’apparition des animaux endothermes homéothermes s’est produite à une époque bien plus récente, dans un environnement terrestre où la température était bien inférieure à 40 °C.

L’énigme de notre température reste donc entière. Et surtout, le sacro-saint 37 °C ne l’est en fait pas tant que ça… En effet, à l’échelle macroscopique, notre température corporelle n’est pas parfaitement homogène : entre température périphérique et profonde, on peut compter plus de 10 °C d’écart !

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Température profonde, température périphérique

Chez l’être humain, la température profonde – celle des régions viscérales et de la boîte crânienne, où siègent les organes vitaux – est effectivement maintenue précisément à 37 °C. Mais ce n’est pas le cas de la température périphérique, autrement dit la température des tissus qui sont en contact avec l’environnement. Celle-ci est très hétérogène, et connaît d’importantes variations. La température de nos mains et pieds, par exemple, peut facilement descendre sous la barre des 30 °C !

La frontière entre températures périphérique et profonde évolue, de fait, constamment. Elle peut s’étendre ou se réduire en fonction de la température environnante et des thermo-effecteurs activés. Et ce n’est pas tout : à l’échelle microscopique, de récentes données suggèrent aussi une hétérogénéité de la température au sein même de la cellule.

En effet, chaque cellule humaine, à l’exception des hématies (globules rouges), possède des mitochondries, qui sont en quelque sorte leur centrale énergétique. Or, la température des mitochondries peut culminer à près de 50 °C, soit plus de 10 °C au-dessus de la température de leur hôte ! Cette observation nous impose de reconsidérer notre regard sur la température corporelle. En effet, une température intramitochondriale de 50 °C va à l’encontre de l’hypothèse suggérant que les fonctions biologiques seraient optimales à 37 °C…

À l’image d’un radiateur placé dans une pièce mal isolée, les mitochondries constitueraient la source de chaleur requise pour le maintien de nos cellules à 37 °C. Ceci soulève la question de l’existence de mécanismes de thermorégulation qui contrôleraient la température cellulaire et mitochondriale, et donc, in fine, la température corporelle humaine de 37 °C.

Ces questions et hypothèses peuvent paraître bien éloignées de toute problématique pratique. Pourtant, les implications sont en fait bien plus générales. Dans le contexte actuel de réchauffement climatique, nous et notre système de thermorégulation serons confrontés à des conditions de plus en plus contraignantes : mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la régulation de la température cellulaire et corporelle pourrait donc devenir un enjeu majeur. L’identification de nouvelles voies de gestion de notre température (pharmacologiques, comportementales, sociétales…) augure de possibles adaptations, ponctuelles ou de long terme, aux futures variations des conditions climatiques.

Guy Lenaers, Directeur de l’équipe MitoLab, CNRS UMR 6015, INSERM U1083, MitoVasc, CHU d’Angers, Université d’Angers; César Mattei, , Université d’Angers et Florian Beignon, Etudiant en thèse, Université d’Angers

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.