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Comment le corps humain résiste au froid
Par temps froid, avant même que nous cherchions un abri ou enfilions des vêtements chauds, la toute première réponse de notre corps est le frisson – des contractions rapides et involontaires de certains muscles situés sous la peau. Ce phénomène produit de la chaleur, comme un petit moteur qui se met en marche.
« La contraction musculaire génère beaucoup de chaleur, observe Felix Viana, chercheur à l’Institut de neurosciences d’Alicante. C’est pourquoi nous frissonnons quand nous avons froid. »
L’activité physique volontaire joue ainsi également un rôle important. L’utilisation des muscles augmente la dépense énergétique et produit de la chaleur. « La nuit, nous bougeons beaucoup moins que le jour, souligne Guy Lenaers, directeur de recherche CNRS au laboratoire Physiopathologie mitochondriale et cardiovasculaire1, à Angers. C’est pourquoi nous avons davantage besoin de nous couvrir pour conserver la chaleur. »
Le froid d'abord détecté sous la peau
La mobilisation des muscles est très efficace sur le court terme. Mais elle ne suffit pas à maintenir la température corporelle pendant longtemps. Pour résister à une exposition prolongée, le corps doit mobiliser d’autres stratégies au niveau des cellules.
C’est d’abord sous la peau que le corps perçoit le froid. Là, des cellules nerveuses sensorielles appelées « thermorécepteurs » détectent les variations de température via des canaux ioniques (des sortes de portes qui s’ouvrent ou se ferment en fonction de la température). Parmi ceux-ci, le canal TRPM8 joue un rôle majeur.
« TRPM8 active les neurones sensoriels qui vont transmettre l’information vers le cerveau », décrit Guillaume Sandoz, directeur de recherche CNRS à l’Institut de biologie Valrose, à Nice. Ce message remonte au cerveau, où plusieurs structures cérébrales participent à son intégration : hypothalamus, thalamus, cortex et amygdale. Celles-ci permettent d’avoir conscience du froid et d’organiser une réponse adaptée.
« Le cerveau va alors initier une réponse comportementale (mettre une veste, des gants), précise Felix Viana, mais aussi des réponses automatiques involontaires comme le frisson, la vasoconstriction (contraction des vaisseaux sanguins, Ndlr) ou l’activation de la thermogenèse. »
Priorité aux organes vitaux
Après le frisson, l’autre mécanisme automatique de protection est donc vasculaire. Les vaisseaux sanguins périphériques se contractent. « Quand le corps commence à se refroidir, ajoute Guy Lenaers, la circulation sanguine se concentre sur les organes vitaux comme le cerveau, le cœur et les poumons. »
Les extrémités telles que les mains et les pieds sont bien plus exposées et moins bien isolées. Ce sont les parties du corps qui se refroidissent le plus vite. La constriction des vaisseaux qui les irriguent d’ordinaire va empêcher le sang d’y circuler, de s’y refroidir et de propager ce refroidissement aux organes vitaux. Toutefois, l’un des effets secondaires de ce mécanisme de protection « coupe froid » est le risque d’engourdissement et d’engelures des extrémités. C’est pourquoi protéger celles-ci est essentiel lors d’épisodes de froid intense.
Au cœur des cellules, la thermogenèse
Le mécanisme central de réponse au froid réside toutefois à l’intérieur des cellules. Il est assuré par les mitochondries, ces organitesFermerOrganite : structure plurimoléculaire remplissant une fonction physiologique ou métabolique spécifique dans la cellule (source : Académie de médecine) souvent présentés comme les centrales énergétiques de la cellule. Les mitochondries produisent de l’ATP, la molécule qui fournit l’énergie indispensable aux fonctions cellulaires. Mais elles génèrent aussi de la chaleur – ce que l'on appelle la « thermogenèse ». Face au froid, la thermogenèse augmente pour compenser la chute de la température extérieure.
Pour entretenir cette thermogenèse, l’organisme requiert un apport supplémentaire de calories, notamment sous forme de lipides, plus denses en énergie que les glucides ou les protéines. Cela explique notre attrait pour les aliments gras en période hivernale.
Quand le froid devient douloureux
Chez certaines personnes, la sensation de froid est démesurée, voire douloureuse. On parle alors d’hypersensibilité au froid.
La situation est fréquente chez les patients en chimiothérapie. Les traitements peuvent endommager les nerfs sensoriels, surtout dans les extrémités du corps. Une exposition modérée au froid suffit alors à déclencher un inconfort intense.
Pour mieux comprendre ce mécanisme, les scientifiques ont reproduit cette hypersensibilité dans des modèles animaux où sont modifiés les canaux ioniques impliqués dans la détection du froid. L’objectif est double : identifier précisément ce qui dysfonctionne et, à terme, développer de nouveaux traitements pour soulager les patients. Felix Viana explique : « Saisir ce qui est déréglé en situation pathologique permet de mieux comprendre comment le système fonctionne à l’état normal. »
La vie dans le froid permanent
Dans certaines régions du globe, le froid n’est pas un épisode ponctuel, mais un environnement permanent. Des populations comme les Inuits ont donc développé, au fil du temps, des adaptations à ces conditions extrêmes. « Une hypothèse repose sur la sélection de variations génétiques où des petites mutations de l’ADN orientent le métabolisme vers la thermogenèse plutôt que la production d’ATP », détaille Guy Lenaers.
Ces adaptations biologiques s’accompagnent d’ajustements alimentaires. Les Inuits consomment notamment des poissons riches en graisse. Les mitochondries mobilisent cette alimentation hautement calorique pour produire la chaleur nécessaire au maintien de la température corporelle.
Derrière le frisson s’active ainsi une cascade de réponses comportementales et physiologiques, qui se manifestent de l’échelle de l’organisme entier jusqu’à celle de la cellule. Cette biologie discrète, mais essentielle, permet à l’organisme de maintenir son équilibre face au froid.
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- 1. Mitovasc, unité CNRS/Inserm/Université d'Angers.
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Auteur
Étudiante en master de journalisme et communication scientifique à l’université Paris Cité, actuellement en alternance à la communication de CNRS Biologie.