doc François
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Préparation Agrégation interne SVTU 2012/2013 François Maricourt La pression artérielle, une grandeur contrôlée grâce à une boucle de régulation nerveuse (2de) Leçon : Activités pratiques et travail de classe Cadre programme : thème 3 « corps humain et santé : l'exercice physique » Montrer que la pression artérielle est une grandeur contrôlée par plusieurs paramètres et en particulier par la fréquence cardiaque. Montrer que la régulation de la pression artérielle se traduit par un maintien de la PA autour d'une valeur repère. Montrer que cette régulation présente les particularités d'une boucle de régulation, avec des capteurs, un centre régulateur et un effecteur. Dans le cas de cette régulation, seul le contrôle nerveux de la fréquence cardiaque est traité. Acquis : école élémentaire / culture générale : l'activité cardiaque et ses modifications en fonction de l'activité physique 5ème : le fonctionnement du cœur et les bases de la circulation sanguine 4ème : les bases de la communication nerveuse Les élèves savent donc que l'activité cardiaque varie et qu'il existe des communications entre organes, communications qui peuvent être nerveuses et/ou hormonales. 2de : dans le chapitre précédent, les élèves ont traité des modifications physiologiques liées à l'effort et en particulier des modifications de l'activité cardiaque. Objectifs : il s'agit ici de montrer que la PA est un paramètre qui est régulé par voie nerveuse ; il faudra donc montrer que la PA est dépendante de l'activité cardiaque elle-même contrôlée par voie nerveuse. Au final, ce système de régulation doit être présenté comme une boucle dans laquelle le paramètre qui constitue le stimulus de la régulation est régulé à son tour par l'activité de ce système de régulation. La PA est maintenue globalement constante au cours du temps (graphique) …. comment expliquer cette situation ? Comment ce paramètre est-il régulé ? Poste 1 : la pression artérielle est régulée par l'activité cardiaque matériel : système d'enregistrement de la PA et de l'activité cardiaque OC : montrer que la pression artérielle dépend de l'activité cardiaque et donc que la régulation de la pression artérielle dépend de la régulation de l'activité cardiaque. OM : utilisation de dispositifs d'enregistrement de l'activité cardiaque et de la pression artérielle ; exploitation de données par l'intermédiaire de tableur (traitement de données brutes) ; mise en relation de données Questionnement élève et activités proposées nous avons vu précédemment (chapitre 1) que l'activité cardiaque variait en fonction de l'activité physique ; parmi les autres paramètres mesurés, on peut s'intéresser à la pression artérielle (à définir) On cherche à déterminer les variations de cette pression et ses éventuelles relations avec l'activité cardiaque. 1. réaliser des enregistrements couplés de l'activité cardiaque et de la pression artérielle (pression systolique et pression diastolique) d'un individu au repos, puis en activité ; enregistrer les données dans un fichier de type tableur 2. déterminer pour chaque temps de mesure la pression artérielle moyenne PA moy, en sachant que PA moy = [PS + 2PD]/3. 3. présenter vos résultats sous la forme de graphiques Préparation Agrégation interne SVTU 2012/2013 François Maricourt 4. mettre en relation les données obtenues pour identifier d'éventuelles relations entre les deux paramètres étudiés (PA moy et rythme cardiaque). Ressource : fiche d'utilisation des tableurs + rappels du principe de la mesure de la pression artérielle Bilan de l'activité L'activité cardiaque et la pression artérielle varient parallèlement ; compte tenu des résultats obtenus et de l'origine de la pression artérielle, on peut envisager que les variations de la PA et donc sa régulation dépendent en particulier des variations de l'activité cardiaque. (d'après http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003450908000424) courbe supérieure : pression artérielle (axe de gauche en mmHg) courbe inférieure : fréquence cardiaque (axe de droite en bpm) Critiques/difficultés probables : réalisation des mesures : fiabilité des enregistrements ; enregistrement en continu pour la FC mais pas pour la PA... exploitation des données si celles-ci ne sont pas exploitables ! Exploiter les « échecs » …. établir des liens entre les programmes de SVT et de PC (pression, tension ….) Comment s'effectue la régulation de l'activité cardiaque et donc indirectement celle de la PA ? Poste 2 : l'activité cardiaque est soumise à une régulation nerveuse matériel : logiciel RegNerv + textes historiques (frères Weber, Héring ...) OC : déterminer les éléments et mécanismes nerveux de la régulation de l'activité cardiaque (barorécepteurs, nerfs, centre bulbaire, effecteur) OM : réalisation d'une tâche complexe (exploitation et mise en relation des différentes données fournies) Questionnement élève et activité proposée : à l'aide des différentes informations extraites des documents fournis, représenter sous la forme d'un schéma, la succession des étapes qui aboutit à une régulation de la FC à la suite d'une situation où la PA est trop faible ou trop élevée. Ressource – consignes supplémentaires : chaque binôme traite d'une seule situation (régulation après PA trop faible ou après PA trop élevée). La confrontation des conclusions de deux binômes différents permettra de construire un schéma général ; le schéma doit indiquer les organes et les mécanismes impliqués lors des différentes étapes de la régulation. Préparation Agrégation interne SVTU 2012/2013 François Maricourt Critiques/difficultés probables : problèmes éventuels d'une erreur d'interprétation des résultats expérimentaux gérer la vitesse d'avancée de chaque binôme ; possibilité de différencier les activités des groupes avec des documents en langue étrangère, des présentations sous la forme de textes historiques ou au contraire de tableaux de résultats …. Bilan de l'activité L'activité cardiaque est donc régulée par un système constitué de différents organes qui communiquent entre eux par voie nerveuse. Les variations de PA sont perçues par des barorécepteurs qui transmettent leurs informations au centre régulateur bulbaire par voie nerveuse. Le centre bulbaire intègre les messages nerveux reçus et envoie à son tour des messages nerveux vers le cœur qui constitue l'effecteur de cette régulation. Selon les informations reçues, le centre bulbaire active les nerfs sympathiques afin d'accélérer le RC; dans le cas d'une PA initialement forte, le centre bulbaire répond en activant les nerfs parasympathiques ce qui provoque une diminution de la FC. Comment peut-on organiser ces différentes données pour construire un modèle de boucle de régulation de la pression artérielle ? Poste 3 : la régulation de la pression artérielle répond aux propriétés d'une boucle de régulation matériel : modélisation – logiciel « système de régulation » OC : déterminer les propriétés d'une boucle de régulation et montrer qu'elles correspondent au cas de régulation nerveuse de la PA OM : exploiter un logiciel de simulation et tester sa validité avec les données réelles observées ; réfléchir à la notion de modèles et à leurs limites. Questionnement élève et activité proposée : 1. présenter le logiciel »système de régulation » et son application à la régulation de la pression artérielle ; à télécharger sur le site : http://www.pedagogie.acnantes.fr/1170969214218/0/fiche___ressourcepedagogique/&RH=1160729734281 (logiciel Préparation Agrégation interne SVTU 2012/2013 François Maricourt 2. exploiter le schéma de régulation construit au préalable pour envisager les informations qui seraient fournies par le modèle de régulation de la pression artérielle dans différentes situations ; pour cela, prédire les enregistrements de l'activité nerveuse des différents nerfs dans le cas d'une PA initialement faible ou forte ; 3. faire fonctionner le modèle et vérifier la cohérence entre les enregistrements envisagés (question 2) et les enregistrements fournis par le logiciel (cette étape doit permettre de vérifier la bonne compréhension du fonctionnement de la boucle de régulation par les élèves). 4. vérifier la validité du modèle en comparant les données fournies par le logiciel avec des données expérimentales obtenues (voir poste 2). 5. formuler d'éventuelles critiques concernant ce modèle Critiques/difficultés probables : les élèves ont souvent tendance à « jouer » avec ce type de logiciel et non pas à les exploiter …. Bilan de l'activité Cette régulation fonctionne comme une boucle avec un paramètre régulé dont les variations constituent un stimulus déclenchant l'activation de ce système de régulation. Le modèle proposé peut être validé car il propose des résultats cohérents par rapport aux situations rencontrées. Cependant, dans le cadre d'un individu en effort physique, le modèle construit et celui du logiciel ne fonctionne plus …. comment se déroule alors la régulation ??? Références supplémentaires : - des infos sur la modélisation, dont celle de la régulation de la pression artérielle : http://modelisationsvt.free.fr/activites/pa/pa.html logiciel Heart Regulation : un autre logiciel ressemblant au logiciel RegNerv : http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_biohum_heartregulation.htm logicielVirtual Rat : autre modélisation pour la régulation de la PA http://spider.science.strath.ac.uk/sipbs/showPage.php?page=software_sims
