Séquence 7 — Partie II – L’organisme débordé dans ses capacités d’adaptation ACTIVITÉ 1 – Stress chronique et modifications des structures cérébrales PRÉSENTATION Introduction : Nous avons vu dans la première partie de la Séquence 7 les caractéristiques du stress aigu avec la phase d’alarme (libération d’adrénaline) et la phase de résistance (libération de cortisol). Le stress aigu est une situation ponctuelle puisqu’un rétrocontrôle négatif permet une résilience de l’organisme et un retour à des paramètres physiologiques normaux et stables. Il convient de s’interroger sur une autre forme de stress, qui s’installe dans le temps : le stress chronique. Problématique : Quels sont les caractéristiques du stress chronique et ses effets sur les structures cérébrales ? Temps indicatif : Le temps conseillé pour cette séance est de 90 minutes. Résumé de la séance : Cette séance va nous permettre de comprendre ce qu’est le stress chronique et comment il peut conduire à un dysfonctionnement de la boucle de régulation tout en modifiant certaines structures cérébrales. Objectifs : Interpréter des données cliniques et expérimentales pour caractériser le stress chronique et montrer ses effets sur la boucle de régulation du cortisol et sur les structures cérébrales. CNED - TERMINALE - SVT – SÉQUENCE 7 – Partie II – Activité 1 1 ACTIVITÉS 1. Les caractéristiques du stress chronique Document 1 : Expériences de stress chronique chez la souris Des souris sont immobilisées à l’intérieur d’un tube aéré. Cette procédure, facile à mettre en œuvre, n’inflige aucune douleur physique aux animaux mais génère un stress aigu dans le cas du lot 1 et un stress chronique dans le lot 2. Lot témoin : Pas d’immobilisation Lot 1 : L’immobilisation dure 5 minutes par jour, pendant 15 jours Lot 2 : L’immobilisation dure 5 heures par jour, pendant 15 jours Résultats Lot 1 2 Résultats : variation de la masse en % par rapport au témoin Thymus Rate Ganglion lymphatique Corticosurrénale -1 % +2 % -1 % +1 % - 50* % - 51* % - 55* % + 35* % À noter : Le thymus, la rate et le ganglion lymphatique sont des organes du système immunitaire. * : Différence significative Document 2 : Les causes d’un stress chronique Par définition le stress devient chronique lorsque l’état de stress dure dans le temps et/ou qu’il est trop intense. L’organisme est capable de s’adapter à un stress aigu (Séquence 7, première partie) mais dans le cas d’un stress chronique il est dépassé et n’arrive pas à s’adapter à la situation. L’éventail des situations qui peuvent conduire à un stress chronique est assez large : un traumatisme important que l’on surmonte mal (syndrome post-traumatique), la pression au travail, une pathologie chronique (psoriasis, cancer, …), les périodes d’examens scolaires, … SPI : Belin Education/Humensis, 2020 Manuel SVT Terminale spécialité CNED - TERMINALE - SVT – SÉQUENCE 7 – Partie II – Activité 1 2 Document 3 : Les symptômes du stress chronique dans la population humaine À noter : Les symptômes ne sont pas spécifiques de la situation ayant conduit à l’état de stress chronique. Question 1 D’après le document 1, décrire et interpréter les variations de la masse des organes étudiés dans le cas d’un stress aigu et d’un stress chronique. Question 2 En mettant en relation les documents 1 et 2, identifier la cause expérimentale du stress chronique et expliquer en quoi la réponse n’est pas adaptée. Question 3 En mettant en relation les documents 1 et 3, identifier les conséquences sur l’organisme d’un stress chronique. Transition : Comment expliquer l’absence de résilience dans le cas du stress chronique ? CNED - TERMINALE - SVT – SÉQUENCE 7 – Partie II – Activité 1 3 2. Le dysfonctionnement du rétrocontrôle négatif de l’axe corticotrope À la suite d’un stress aigu, la formation du complexe récepteur-cortisol au niveau du cortex préfrontal, de l’amygdale et de l’hippocampe favorise le rétrocontrôle négatif de l’axe hypothalamo-hypophyso-corticosurrénalien pour permettre de retrouver une concentration de cortisol normale et une résilience de l’organisme. Document 1 : Représentation schématique de l’axe corticotrope Rappel : CRH = corticolibérine Document 2 : Expression des récepteurs au cortisol Question À partir de l’analyse rigoureuse des documents, expliquer pour chaque structure cérébrale, comment le stress chronique peut conduire à un dysfonctionnement du rétrocontrôle négatif de l’axe corticotrope. Transition : Quelles seront les conséquences de l’excès de cortisol sur les structures cérébrales ? CNED - TERMINALE - SVT – SÉQUENCE 7 – Partie II – Activité 1 4 3. Effet du stress chronique sur les structures cérébrales Document 1 : Stress chronique et variation du volume de différentes structures cérébrales Document 2 : Stress chronique et expression d’un gène de la plasticité cérébrale Le gène Ntrk2 code une protéine impliquée dans la survie, la prolifération, la migration et la différenciation des cellules nerveuses, ainsi que dans la formation des synapses. Document 3 : Ramification dendritique de différentes structures cérébrales CNED - TERMINALE - SVT – SÉQUENCE 7 – Partie II – Activité 1 5 Question 1 Décrire les variations du volume des structures cérébrales étudiées dans le cas d’un stress chronique et émettre une hypothèse pour en expliquer l’origine. Question 2 À partir de l’analyse rigoureuse des documents 2 et 3, expliquer les mécanismes qui entrainent une modification du volume de l’hippocampe. Question 3 À l’aide des informations tirées de la partie 2 (Le dysfonctionnement du rétrocontrôle négatif de l’axe corticotrope), réaliser un schéma de causalité expliquant comment le stress chronique peut conduire à des modifications de l’amygdale et du cortex préfrontal. CNED - TERMINALE - SVT – SÉQUENCE 7 – Partie II – Activité 1 6 CORRECTION 1. Les caractéristiques du stress chronique Question 1 D’après le document 1, décrire et interpréter les variations de la masse des organes étudiés dans le cas d’un stress aigu et d’un stress chronique. Éléments de réponse : • Dans le cas d’un stress aigu (lot 1), on observe une variation de plus ou moins 2 % de la masse des organes par rapport au témoin. Il n’y a pas donc pas de variation significative de la masse des organes. • Dans le cas d’un stress chronique (lot 2), on observe une diminution moyenne de 52 % de la masse des organes du système immunitaire par rapport au témoin. Il y a aussi une augmentation significative (+35 %) de la masse des glandes corticosurrénales. • On en déduit que le stress aigu n’a pas d’influence significative sur la masse des organes alors que le stress chronique entraine des variations significatives sur les organes étudiés, entrainant probablement des conséquences physiologiques à long terme. Question 2 En mettant en relation les documents 1 et 2, identifier la cause expérimentale du stress chronique et expliquer en quoi la réponse n’est pas adaptée. Éléments de réponse : • Les deux lots sont soumis à des situations stressantes quotidiennes. Dans le lot 1, la situation stressante dure 5 minutes alors que dans le lot 2 elle dure 5 heures. Ce n’est donc pas la récurrence, ni l’intensité (similaire) qui est en jeu mais la longueur de l’épisode stressant. • L’inadaptation correspond dans l’expérience à la variation de la masse des organes dans le cas du stress chronique. Cette variation montre qu’il n’y a pas de résilience puisque des écarts significatifs de la masse sont observés par rapport au témoin qui ne subit pas de stress. Il n’y a donc pas de « retour à la normale » mais des conséquences durables sur l’organisme. Question 3 En mettant en relation les documents 1 et 3, identifier les conséquences sur l’organisme d’un stress chronique. Éléments de réponse : • L’expérience montre que dans le cas d’un stress chronique, des organes sont modifiés dans leur masse (atrophie ou hypertrophie). Comme ces organes sont impliqués dans des fonctions spécifiques (défense immunitaire et sécrétion de cortisol) il est probable que leur fonction soit affectée, entrainant des troubles à l’échelle de l’organisme. • Le document 3 présente des troubles à l’échelle de l’organisme en distinguant trois catégories de symptômes : physique, mental-émotionnel et comportemental. Le stress chronique peut donc avoir de lourdes conséquences sur la santé de l’individu. CNED - TERMINALE - SVT – SÉQUENCE 7 – Partie II – Activité 1 7 2. Le dysfonctionnement du rétrocontrôle négatif de l’axe corticotrope Document 1 : Représentation schématique de l’axe corticotrope Document 2 : Expression des récepteurs au cortisol Question À partir de l’analyse rigoureuse des documents, expliquer pour chaque structure cérébrale, comment le stress chronique peut conduire à un dysfonctionnement du rétrocontrôle négatif de l’axe corticotrope. Éléments de réponse : • Un stress chronique a pour conséquence une diminution (environ 50 %) du nombre de récepteurs au niveau de l’hippocampe et du cortex préfrontal. La diminution de la sensibilité au cortisol va diminuer l’activation de leurs neurones sur les neurones préoptique (NPO) de l’hypothalamus. • Le nombre de récepteurs au cortisol au niveau de l’amygdale ne varie pas au cours d’un stress chronique mais l’augmentation de la concentration de cortisol va stimuler davantage les neurones de l’amygdale qui vont augmenter leur action inhibitrice sur les NPO. • Pour ces trois structures cérébrales, la conséquence d’un stress chronique est la diminution de l’activité des synapses inhibitrices des NPO qui va donc augmenter l’activité des neurones du noyau paraventriculaire de l’hypothalamus, sécréteur de CRH (corticolibérine). • L’augmentation de la production de CRH va provoquer une augmentation de la production de cortisol par les glandes corticosurrénales. Le dysfonctionnement du rétrocontrôle négatif du cortisol induit par le stress chronique va donc empêcher la résilience de l’organisme. CNED - TERMINALE - SVT – SÉQUENCE 7 – Partie II – Activité 1 8 3. Effet du stress chronique sur les structures cérébrales Document 1 : Stress chronique et variation du volume de différentes structures cérébrales Document 2 : Stress chronique et expression d’un gène de la plasticité cérébrale Le gène Ntrk2 code une protéine impliquée dans la survie, la prolifération, la migration et la différenciation des cellules nerveuses, ainsi que dans la formation des synapses. Document 3 : Ramification dendritique de différentes structures cérébrales Question 1 Décrire les variations du volume des structures cérébrales étudiées dans le cas d’un stress chronique et émettre une hypothèse pour en expliquer l’origine. Éléments de réponse : • Une hypersécrétion de cortisol a pour conséquence une diminution du volume de l’hippocampe et du cortex préfrontal mais une augmentation du volume de l’amygdale. • Les observations réalisées à la partie précédente permettent de proposer une hypothèse : Une diminution de la sensibilité au cortisol lié à la diminution du nombre de récepteurs aux glucocorticoïdes permettrait d’expliquer la diminution du volume de l’hippocampe et du cortex préfrontal. L’augmentation du volume de l’amygdale pourrait s’expliquer par une suractivation au cortisol. CNED - TERMINALE - SVT – SÉQUENCE 7 – Partie II – Activité 1 9 Question 2 À partir de l’analyse rigoureuse des documents 2 et 3, expliquer les mécanismes qui entraînent une modification du volume de l’hippocampe. Éléments de réponse : • Le stress chronique a pour conséquence une diminution de l’expression du gène Ntrk2 qui code une protéine impliquée dans la prolifération des cellules nerveuses ainsi que dans la formation de nouvelles synapses (Document 2) et une diminution du nombre de ramifications dendritiques par neurones dans l’hippocampe (Document 3). • Au cours d’un stress chronique, la diminution du volume de l’hippocampe provient d’une diminution des ramifications dendritiques qui provient elle-même d’une diminution de l’expression du gène Ntrk2. Question 3 À l’aide des informations tirées de la partie 2 (Le dysfonctionnement du rétrocontrôle négatif de l’axe corticotrope), réaliser un schéma de causalité expliquant comment le stress chronique peut conduire à des modifications de l’amygdale et du cortex préfrontal. Éléments de réponse : CNED - TERMINALE - SVT – SÉQUENCE 7 – Partie II – Activité 1 10 BILAN Activité 1 – Stress chronique et modifications des structures cérébrales Les caractéristiques du stress chronique Le stress devient chronique lorsque les stimuli stressants durent trop longtemps ou sont trop intenses et que l’organisme n’arrive plus à s’adapter. Le stress chronique entraîne des troubles physiologiques conduisant à des symptômes physiques, cognitifs et comportementaux. Le dysfonctionnement du rétrocontrôle négatif de l’axe corticotrope Au cours d’un stress chronique, il y a une diminution du nombre de récepteurs au cortisol qui entraîne une baisse du rétrocontrôle négatif sur l’axe corticotrope. Le dysfonctionnement du rétrocontrôle négatif du cortisol empêche un retour à une cortisolémie basale et empêche ainsi la résilience de l’organisme. Effet du stress chronique sur les structures cérébrales Les trop fortes concentrations de cortisol modifient des structures neuronales du système limbique (hippocampe, amygdale) et du cortex préfrontal. Les modifications cérébrales induites par le stress chronique ne permettent pas de s’adapter aux agents stresseurs, on parle de plasticité mal-adaptative. VOCABULAIRE À RETENIR Cortex préfrontal : Zone cérébrale qui joue un rôle majeur dans l’adaptation comportementale aux situations stressantes. Mal-adaptation : Modification phénotypique ne correspondant pas à un fonctionnement normal de l’organisme. Résilience : Capacité d’un organisme (ou d’un écosystème) à retrouver un fonctionnement normal après une perturbation. Stress chronique : Réponse mal-adaptative de l’organisme à un stresseur qui persiste dans le temps et qui peut conduire à diverses pathologies. Système limbique : Ensemble des zones cérébrales (hippocampe, amygdale…) impliquées dans la régulation des émotions et la mémorisation. CNED - TERMINALE - SVT – SÉQUENCE 7 – Partie II – Activité 1 11
