Séquence 2 - Le blog de M. Jalenques

Séquence 2
Une boucle de régulation nerveuse
Pratiquer une activité physique en
préservant sa santé
Sommaire
1. La boucle de régulation nerveuse de la pression artérielle
2. Pratiquer une activité physique en préservant sa santé
3. Synthèse de la séquence
4. Exercices
Séquence 2 – SN20
1
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1
La boucle de régulation nerveuse
de la pression artérielle
Pour s’interroger
Des questions
Ce
paramètre varie-t-il dans
d’autres circonstances ?
Comment la pression artérielle
varie-t-elle au cours d’une journée « ordinaire » ?
Dans le chapitre 2 de la séquence 1, nous avons étudié les modifications physiologiques se produisant
lors d’un effort.
Nous avons été amenés à définir la pression artérielle
et nous avons constaté que ce paramètre, comme
plusieurs autres, est modifié au cours de l’effort : la
pression artérielle subit une augmentation lorsque
l’on réalise un effort.
Souvenons-nous que la pression artérielle est définie par deux chiffres :
la pression artérielle systolique et la pression artérielle diastolique (Voir
chapitre 2 de la séquence 1).
Document 1
Les variations de la pression artérielle au cours d’une journée
Pression artérielle
(mm de mercure)
PA systolique
140
120
100
80
60
40
Déjeuner
14
16
Sortie
18
20
22
24
Télévision
Coucher
02
PA diastolique
Temps
04
06 (heures)
Sommeil
Lever
variations tout au long de la journée : elle varie en fonction de l’activité.
Certaines causes font augmenter ses valeurs, d’autres les font diminuer.
Activité 1
Déterminer, à partir du document 1, parmi les causes listées ci-après,
celles qui font augmenter et celles qui font diminuer les valeurs de la
pression artérielle. Liste des causes à envisager : activité musculaire,
sommeil, repas, émotions.
Séquence 2 – SN20
3
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Pour s’interroger
À retenir
La pression artérielle subit de nombreuses variations
liées à notre activité. Cependant, toutes sont de courte
durée et de faible amplitude et, au final, la pression
artérielle est maintenue dans d’étroites limites,
autour d’une valeur moyenne (à savoir autour de 120
mm de mercure pour la PAS et 80 pour la PAD).
Cette relative constance de
la valeur de la pression artérielle résulte d’un système de
contrôle en permanence actif :
on dit que la pression artérielle
est un paramètre régulé.
Ceci est indispensable car hypotension et hypertension durables sont préjudiciables à l’organisme car
préjudiciables à l’approvisionnement sanguin des
organes (voir chapitre 2 de la séquence 1).
Le système de contrôle, nommé
système de régulation permet,
dès qu’une cause modifie la
pression artérielle, de ramener
très rapidement celle-ci à son
niveau « normal ».
Comment
la pression artérielle est-elle régulée, c’est-à-dire
maintenue dans les étroites limites compatibles avec le fonctionnement de l’organisme ?
En quoi consiste le système de régulation de la pression
artérielle ?
Le système de régulation doit en premier lieu comporter un ou des éléments capables de détecter les éventuels écarts de valeur de la pression
artérielle par rapport à sa valeur « normale ».
Où
sont situés les capteurs de pression artérielle ? comment fonctionnent-ils ? Comment l’organisme réagit-il après
détection d’une modification de la pression artérielle par ces
capteurs ?
A
La détection des variations de
pression artérielle et la réponse
de l’organisme à ces variations
En 1924 Héring, un médecin autrichien, a réalisé des expériences qui lui
ont permis de mettre en évidence l’existence de capteurs capables de
détecter les variations de pression artérielle. Voyons comment.
Héring a réalisé des ligatures (c’est-à-dire qu’il a noué un fil) au niveau
des artères carotides d’un animal.
4
Séquence 2 – SN20
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Les carotides sont des ramifications de l’artère aorte qui conduisent le
sang dans la tête (elles passent dans le cou). Il y en a deux : une à gauche, une à droite.
Elles prennent naissance dans la crosse aortique c’est-à-dire là où l’aorte
forme un arc peu après la sortie du cœur, et ont chacune un renflement
nommé sinus carotidien.
Document 2
L’artère aorte et les ramifications aortiques
Document 3
Les expériences de Héring
Séquence 2 – SN20
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Modification locale de la pression sanguine dans les sinus carotidiens
pour chaque niveau de ligature :
Modification de la fréquence cardiaque de l’animal dans chaque cas :
Fréquence
cardiaque
Fréquence
cardiaque
A : pose de
la ligature
B : suppression
de la ligature
A
B
Temps
Dans le cas de la ligature basse
Activité 2
Questions
A
B
Temps
Dans le cas de la ligature haute
Raisonner : recenser, extraire et organiser des informations
Rechercher, dans le document 3, les informations qui montrent la pré-
sence de capteurs de variation de pression dans les sinus carotidiens.
Montrer que la modification de la fréquence cardiaque déclenchée dans
chaque cas est une réponse adaptée à la cause qui l’a déclenchée.
Les barorécepteurs carotidiens ne sont pas les seuls, il y en a également dans
la crosse aortique (voir document 2) : ce sont les barorécepteurs aortiques.
À retenir
Une hausse ou une baisse de la pression sanguine
dans les sinus carotidiens est suivie d’une modification de la fréquence cardiaque.
Il y a donc, au niveau des sinus carotidiens, des capteurs sensibles à la pression du sang : on les nomme
barorécepteurs.
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Séquence 2 – SN20
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Remarque
Les expériences de Héring décrites ici
ne permettent pas de montrer l’existence de barorécepteurs dans la crosse
aortique.
Activité 3
Questions
Raisonner : éprouver une hypothèse
Proposer une expérience qui permettrait de mettre en évidence l’exis-
tence de barorécepteurs dans la crosse aortique.
Indiquer les résultats (observations) attendus qui prouveraient que
les variations de pression artérielle ont bien été détectées.
Les barorécepteurs sont situés dans la paroi de l’aorte et des sinus carotidiens. Ils ne réagissent pas à la pression elle-même mais à la distension de la paroi provoquée par la pression du sang éjecté du ventricule
gauche à chaque systole.
En réponse à la détection d’une variation de pression par les barorécepteurs
il se produit une modification du rythme cardiaque qui aboutit, en modifiant
le débit cardiaque, à la correction de la variation de la pression artérielle.
Que
se passe-t-il entre la détection d’une variation de valeur
de la pression artérielle par les barorécepteurs et la modification de la fréquence cardiaque ?
B
La transmission de l’information
des barorécepteurs au cœur
1. Le rôle des barorécepteurs
Les barorécepteurs aortiques et carotidiens sont en relation avec des
nerfs nommés respectivement nerf de Cyon (nerfs aortiques) et nerf de
Héring (nerfs sinusaux).
Document 4
Schéma de l’innervation1 de l’artère aorte et des sinus carotidiens
1. L’innervation d’un organe est l’ensemble des nerfs reliés à cet organe.
Séquence 2 – SN20
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Les barorécepteurs des sinus carotidiens créent des messages nerveux
qui circulent dans les nerfs de Héring et les barorécepteurs aortiques
créent des messages nerveux qui circulent dans les nerfs de Cyon.
Document 5
Les messages nerveux enregistrés dans les nerfs de Hering selon la
pression sanguine dans les sinus carotidiens
Les messages nerveux sont des trains de signaux de nature électrique.
Chaque trait vertical dans le document ci-dessous correspond à un de
ces signaux. L’ensemble des traits verticaux d’une ligne est un train de
signaux qui correspond au message nerveux circulant dans les nerfs
lorsque la pression sanguine dans les sinus carotidiens a la valeur indiquée à gauche.
Activité 4
Indiquer le nombre de signaux électriques transportés par le nerf de
Héring pendant la durée de l’enregistrement (document 5), lorsque la
pression sanguine dans les sinus carotidiens est de 60 mm de mercure et lorsqu’elle est de 100 mm de mercure.
Indiquer comment une augmentation et une diminution de la pression
artérielle dans les sinus carotidiens se retrouvent « traduites » dans le
message nerveux des nerfs de Héring.
À retenir
Sous l’effet d’une augmentation de la pression sanguine, les barorécepteurs sont stimulés et,
en réponse, émettent davantage de signaux nerveux que lorsque la pression est normale : les
messages nerveux circulant dans les nerfs de Héring et de Cyon deviennent donc plus intenses
en cas de hausse de pression sanguine.
À l’inverse, lorsque la pression sanguine diminue, les barorécepteurs sont moins stimulés et
créent moins de signaux nerveux : les messages nerveux des nerfs de Héring et de Cyon deviennent donc moins intenses que lorsque la pression sanguine est normale.
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Séquence 2 – SN20
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La valeur de la pression sanguine détectée par les barorécepteurs se
retrouve donc « traduite » sous forme d’intensité du message nerveux
sensitif.
Les
messages nerveux qui sont créés par les barorécepteurs
circulent dans les nerfs de Héring et de Cyon : où arrivent-ils ?
2. Le trajet des nerfs de Héring et de Cyon
Les nerfs de Héring et de Cyon ne sont pas reliés au cœur !
Ils sont reliés à une région de l’encéphale nommée bulbe rachidien. Le
bulbe rachidien est situé dans la partie inférieure de l’encéphale, juste
au-dessus de la moelle épinière, avec laquelle il est en continuité.
Les messages nerveux des nerfs de Cyon et Héring aboutissent dans une
zone précise du bulbe rachidien nommée centre nerveux bulbaire.
Document 6
Schéma du trajet des nerfs de Héring et de Cyon
Remarque
Pour s’interroger
On appelle encéphale l’ensemble constitué par le cerveau, le
bulbe rachidien et le cervelet.
Sur le schéma ci-dessus, seuls les
nerfs de Héring et de Cyon situés
du côté droit ont été représentés.
Nous avons vu que, en réponse à une modification
de la pression artérielle, la fréquence cardiaque est
modifiée. Cependant, les messages nerveux créés par
les barorécepteurs arrivent dans le bulbe rachidien et
non pas au cœur !
Comment
la fréquence cardiaque est-elle modifiée ?
Séquence 2 – SN20
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3. La modification de la fréquence cardiaque
par le système nerveux
L’innervation cardiaque
Deux types de nerfs, prenant naissance dans le bulbe rachidien (au
niveau de zones nommées centres nerveux cardiaques) sont reliés au
cœur : ce sont les nerfs cardiaques. Chacun d’eux existe du côté droit et
du côté gauche.
L’un a pour nom nerf sympathique : il s’agit d’un nerf rachidien c’est-àdire relié à la moelle épinière.
L’autre a pour nom nerf parasympathique (nommé aussi nerf pneumogastrique ou nerf vague). Il s’agit d’un nerf crânien c’est-à-dire relié à
l’encéphale et non à la moelle épinière.
Document 7
Schéma de l’innervation cardiaque
nerf A
Remarque
nerf B
Sur ce schéma, seuls les nerfs
du côté droit sont représentés.
Questions
À partir des informations du texte qui précède le document 7, déterminer
le nom réel des nerfs nommés A et B dans le schéma de ce document.
Activité 5
Les nerfs sympathiques et parasympathiques conduisent des messages
nerveux créés par le centre nerveux bulbaire cardiaque, jusqu au cœur.
Quel
est l’effet des messages nerveux des nerfs sympathiques
et des nerfs parasympathiques sur le cœur ?
10
Séquence 2 – SN20
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L’effet produit par les messages nerveux des nerfs
sympathiques et parasympathiques sur le cœur
Des expériences de section et de stimulation des nerfs permettent de découvrir l’influence, sur le cœur, des messages nerveux circulant dans ces nerfs.
Une section est une action définitive qui consiste à couper un nerf.
Une stimulation est une action qui permet de créer, grâce à des électrodes, des messages nerveux artificiels à l’endroit souhaité sur un nerf. Les
messages ainsi créés circulent comme les messages nerveux naturels.
✂
✂
Section du nerf
Stimulation
électrique
Document 8
Condition expérimentale
Fréquence cardiaque mesurée (battements par minute)
Innervation normale
76
Nerfs parasympathiques sectionnés
108
Nerfs parasympathiques et sympathiques sectionnés
92
Résultats des expériences de stimulation des nerfs cardiaques :
Condition expérimentale
Fréquence cardiaque mesurée (battements par minute)
Tous les nerfs sont sectionnés, pas de
stimulation
92
Tous les nerfs sont sectionnés, stimulation des nerfs parasympathiques
48
Tous les nerfs sont sectionnés, stimulation des nerfs sympathiques
132
Séquence 2 – SN20
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Activité 6
Grâce à une analyse rigoureuse des expériences de section détermi-
Questions
ner l’influence des messages nerveux de chacun des deux nerfs cardiaques sur la fréquence cardiaque.
Indiquer pourquoi on peut dire que le cœur est un organe automatique.
Analyser les expériences de stimulation afin de déterminer si les conclu-
sions obtenues à partir des expériences de section sont confirmées.
Aide à la réalisation
À retenir
Les nerfs sympathiques et parasympathiques sont deux nerfs antagonistes (= aux effets opposés) :
Les messages nerveux qui circulent dans les nerfs sympathiques
ont un effet accélérateur sur le
cœur (action cardio-accélératrice).
Les messages nerveux qui circulent dans les nerfs parasympathiques ont un effet ralentisseur sur le
cœur (action cardio-modératrice).
Analyser les expériences de manière rigoureuse, cela
signifie :
– Comparer chaque expérience à celle qui est « son
témoin ».
– Pour chaque comparaison réalisée, écrire des constats
sur la différence de fréquence cardiaque entre l’expérience et son témoin, en citant des valeurs chiffrées.
– Pour chaque comparaison réalisée déduire de la
différence entre les valeurs chiffrées, l’effet produit
par les messages nerveux, en tenant compte de la
manipulation réalisée (section ou stimulation).
Comment
ces deux nerfs interviennent-ils pour rétablir la
pression artérielle suite à une variation de celle-ci ?
L’intervention des nerfs cardiaques dans la correction
des variations de la pression artérielle
Document 9
Messages nerveux dans les nerfs cardiaques parasympathiques et sympathiques en fonction de la pression artérielle.
pression artérielle
12
pression inférieure
à la normale
pression supérieure
à la normale
Messages nerveux
dans les nerfs
parasympathiques
t
t
t
Messages nerveux
dans les nerfs
sympathiques
t
t
t
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pression normale
Activité 7
Comparer les messages nerveux circulant dans les nerfs parasympa-
Questions
thiques lorsque la pression artérielle est supérieure à la normale et
lorsqu’elle est normale.
Utiliser vos connaissances sur l’effet des messages nerveux de ces
nerfs pour indiquer quelle modification de la fréquence cardiaque ce
nerf provoque en cas d’augmentation de la pression artérielle.
Comparer les messages nerveux circulant dans les nerfs sympathiques
lorsque la pression artérielle est supérieure à la normale et lorsqu’elle
est normale. Utiliser vos connaissances sur l’effet des messages nerveux de ces nerfs pour indiquer quelle modification de la fréquence
cardiaque se produit en cas d’augmentation de la pression artérielle.
Montrer que la modification de la fréquence cardiaque permet de cor-
riger la hausse de la pression artérielle.
Refaire l’ensemble de ce travail (questions 1,2, 3 et 4) pour le cas
d’une diminution de la pression artérielle.
À retenir
Suite à une augmentation ou une diminution de la
valeur de la pression artérielle, il se produit une modification coordonnée des messages nerveux dans les
nerfs cardiaques sympathiques et parasympathiques.
Il en résulte une modification appropriée de la fréquence cardiaque, ce qui rétablit une pression artérielle normale.
C
Nous avons vu séparément, comment
les variations de la pression artérielle sont détectées, comment l’information est transmise, comment la
réaction du cœur est commandée.
Il est temps maintenant de dresser un bilan l’organisation du système de régulation de la pression
artérielle, et de montrer son fonctionnement dans son ensemble !
Le système de régulation nerveuse
de la pression artérielle et son
fonctionnement
1. L’organisation de la boucle nerveuse assurant la régulation de la pression artérielle
En classe de 4e vous avez étudié la commande du mouvement par le système nerveux, suite à la perception d’une stimulation extérieure, et décrit
l‘organisation du circuit nerveux dans lequel l’information transite.
Ce circuit, qui met en relation les organes sensoriels et les muscles, comprend plusieurs composants. Souvenez vous, il comporte :
– Des organes sensoriels (ou sensitifs) tels que les yeux, le nez, contenant des
récepteurs sensoriels qui reçoivent une stimulation extérieure (stimulus).
Séquence 2 – SN20
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– Des nerfs sensoriels (nerf optique, nerf olfactif, …) qui transmettent les
messages nerveux sensitifs créés par les récepteurs aux centres nerveux.
– Des centres nerveux (cerveau et moelle épinière sont des centres nerveux) qui reçoivent les messages nerveux sensitifs et élaborent des
messages nerveux moteurs.
– Des nerfs moteurs qui transmettent les messages nerveux moteurs aux
organes effecteurs.
– Des organes effecteurs qui reçoivent les messages nerveux moteurs et
y réagissent. Il s’agit, dans le cas étudié en classe de 4e, des muscles
squelettiques puisque ce sont eux qui sont responsables du mouvement qui est la réaction au stimulus.
Un circuit nerveux organisé de cette manière se nomme boucle nerveuse.
Document 10
Schéma de la boucle nerveuse conduisant à une réaction suite à la perception
d’un stimulus
Stimulus
RÉCEPTEUR
SENSORIEL
CENTRES
NERVEUX
À retenir
Le système de régulation
de la pression artérielle
que nous avons décrit est
lui aussi une boucle nerveuse.
Activité 8
Questions
Réaction
Montrer que, dans le sys-
tème de régulation de la
pression artérielle, on
retrouve les mêmes composants que dans le circuit nerveux décrit en 4e.
Construire, en vous inspirant
du schéma présenté dans le
document 10, un schéma
présentant l’organisation du
système de régulation de la
pression artérielle en indiquant les noms précis des
différents éléments impliqués (nerfs, centre nerveux,
récepteurs, effecteur).
14
Séquence 2 – SN20
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nerf sensitif
ORGANE
EFFECTEUR
nerf moteur
Aide pour la question 1
Organisez vous en traçant au brouillon
un tableau à 2 colonnes et 7 lignes.
– Dans la colonne de gauche écrire,
grâce au texte qui précède le document 10, la liste des 5 composants
d’une boucle nerveuse, ainsi que
dans la 1re ligne le mot stimulus et
dans la dernière le mot réaction.
– Compléter la colonne de droite avec
les noms précis de ces éléments dans
le cas de la régulation de la pression
artérielle. Au besoin, relisez le chapitre depuis le début.
À retenir
Vous devez absolument retenir la correction de l’activité 8, qui n’est pas
reprise ici, et savoir refaire le schéma de l’organisation de la boucle de
régulation de la pression artérielle présenté dans cette correction (ou un
schéma équivalent).
Le bulbe rachidien est un centre nerveux au même titre que cerveau et
moelle épinière. C’est le centre nerveux impliqué dans la régulation de la
pression artérielle. La régulation nerveuse de la pression artérielle ne fait
pas intervenir le cerveau !
Le rétablissement de la pression artérielle à sa valeur normale suite à
une variation est prévisible (stéréotypée), involontaire et immédiate (très
rapide) : elle relève donc de mécanismes réflexes.
La boucle nerveuse est, pour cette raison, qualifiée de boucle réflexe.
Comment
cette boucle nerveuse réflexe fonctionne-t-
elle ?
2. La correction des variations de pression artérielle par la mise en jeu de la boucle réflexe
Activité 9
Compléter le tableau ci-dessous en utilisant les symboles donnés
Questions
dans la légende pour compléter les cases relatives aux messages nerveux (si besoin, reprendre le chapitre depuis le début afin de trouver
les documents qui permettent de remplir le tableau).
Valeur de la pression artérielle
Niveau de stimulation des barorécepteurs
Intensité des messages nerveux
normale
Inférieure à
la normale
normal
Nerfs de Héring et de Cyon
++
Nerfs cardiaques sympathiques
++
Nerfs cardiaques parasympathiques
++
Fréquence cardiaque
Supérieure
à la normale
normale
Légende :
++ : intensité des messages nerveux lorsque la pression artérielle est « normale ».
+ : messages nerveux moins intenses qu’en situation normale
+++ : messages nerveux plus intenses qu’en situation normale
Séquence 2 – SN20
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Rédiger un texte organisé et construit, pour expliquer l’enchaînement
des événements qui permet de corriger une hypotension.
À retenir
Vous devez retenir la correction de l’activité 9, qui n’est pas reprise ici,
c’est-à-dire présenter l’enchaînement des événements qui se produisent
dans la boucle nerveuse suite à une baisse brutale de la pression artérielle.
Ces événements conduisent rapidement à une hausse de pression artérielle qui vient corriger, contrer, la baisse qui a tout déclenché !
De la même façon, vous devez savoir présenter l’enchaînement des événements qui se produisent dans la boucle nerveuse suite à une augmentation
brutale de la pression artérielle.
Ces explications peuvent également être représentées sous forme d’un schéma !
Il s’agit d’un schéma qui expose le fonctionnement d’un système : on parle de
schéma fonctionnel.
Voici, en exemple, un schéma fonctionnel qui présente le fonctionnement de la
boucle nerveuse de régulation consécutif à une hypertension.
Document 11
Schéma fonctionnel de la boucle nerveuse de la régulation de la pression artérielle.
récepteurs
davantage stimulés
AUGMENTATION de la valeur
de la pression artérielle
nerfs de
Cyon
barorécepteur
aortiques
barorécepteur
sinusiens
DIMINUTION de la valeur
de la pression artérielle
nerfs de
Héring
Messages nerveux
comprenant
PLUS de signaux
bulbe
rachidien
diminution du
débit cardiaque
Messages nerveux comprenant
MOINS de signaux nerfs
sympathiques
diminution de la
fréquence cardiaque
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Séquence 2 – SN20
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COEUR
nerfs
parasympathiques
Messages nerveux comprenant
PLUS de signaux
Conclusion
La régulation de la pression artérielle met en jeu des informations nerveuses qui permettent de corriger les variations brutales de la pression artérielle
qui se produisent tout au long de la journée.
La correction se réalise par modification de la fréquence cardiaque dont la pression artérielle dépend par l’intermédiaire du débit.
Ces mécanismes nerveux de contrôle de la fréquence cardiaque sont des mécanismes réflexes à action rapide. Ils sont efficaces dans de très brefs délais.
La mise en jeu de la boucle réflexe de contrôle de la fréquence cardiaque est
initiée par une modification brutale de la pression artérielle. Celle-ci est en
en permanence « surveillée » par les barorécepteurs situés dans la paroi de
l’aorte et dans celle des sinus carotidiens. Ils sont sensibles à la valeur de la
pression artérielle.
La boucle réflexe a pour effecteur le cœur. La correction de la modification de
la pression artérielle consiste en une modification de la fréquence cardiaque
entraînant une modification du débit cardiaque, qui ramène la pression artérielle à la valeur moyenne dont elle ne doit pas s’éloigner.
L’activité cardiaque n’est pas le seul paramètre contrôlant la valeur de la
pression artérielle. Celle-ci est une grandeur dont la valeur dépend également
d’autres facteurs. Nous n’avons donc présenté dans ce chapitre que l’un des
éléments d’un ensemble complexe dont l’étude sera complétée dans une classe
ultérieure.
Lors d’un effort, la pression artérielle subit une augmentation. Celle-ci est indispensable à la réalisation de l’effort car elle contribue à assurer un débit sanguin
correct dans les différents organes notamment les muscles en activité.
Il ne faut donc pas que le système de régulation que nous avons présenté dans
ce chapitre se mette en route tant que l’effort n’est pas terminé !
En fait lors d’un effort, l’organisme s’écarte de la situation standard que nous
avons décrite dans ce chapitre. C’est l’existence de ce fonctionnement momentanément différent du fonctionnement « de base » qui fait que nous pouvons
pratiquer une activité physique en ayant une pression artérielle adaptée à l’effort que nous réalisons !
Séquence 2 – SN20
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2
Pratiquer une activité physique
en préservant sa santé
Pour s’interroger
Des questions
Au cours des activités sportives, les muscles, les os,
les articulations sont particulièrement sollicités, et
certaines pratiques sportives peuvent-être à l’origine
de blessures.
A
Quels
sont les accidents musculo-articulaires les plus fréquents ?
Comment fonctionne le système musculo-articulaire ?
Comment pratiquer une activité sportive dans de bonnes
conditions de santé ?
Les accidents musculo-articulaires
les plus courants
Entorses, déchirures musculaires…sont des traumatismes courants pour
les sportifs.
Comment
Quels
les diagnostiquer ?
sont les tissus endommagés ?
1. Diagnostics d’accidents musculo-articulaires
Activité 1
Saisir des données en relation avec le problème posé, utiliser un
vocabulaire scientifique précis et adapté et utiliser les modes de
représentation des sciences expérimentales.
Questions
Recensez sur les documents suivants les différents types de
traumatisme pouvant affecter le système locomoteur.
Complétez le document 5, en localisant d’un trait rouge l’élément lésé
par les différents traumatismes relevés précédemment (inspirez-vous
de l’exemple indiqué).
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Séquence 2 – SN20
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Document 1
Extrait d’un compte-rendu médical concernant le patient 1
IRM des cuisses du patient 1
(imagerie par résonnance magnétique)
Document 2
« .. Le patient, âgé de 24 ans, est handballeur
professionnel. Au cours d’un match, il saute pour
marquer un but puis retombe brutalement au sol.
Son état nécessite un examen approfondi…
L’IRM d’une de ses cuisses montre une
discontinuité musculaire complète... »
Cette discontinuité se situe le plus souvent à la
jonction musculo-tendineuse, avec fréquemment
un moignon rétracté, repéré en blanc.
Éléments d’un compte-rendu médical concernant le patient 2
Le patient âgé de 18 ans est skieur occasionnel…
…voici les premiers éléments pouvant faire penser à une double fracture
du cubitus et du radius (os de l’avant-bras) :
Le
problème fait suite à un choc brutal au cours d’une chute de ski ;
Une
douleur très vive est apparue brusquement et est localisée au
niveau de l’avant-bras ;
Le
patient est dans l’impossibilité d’effectuer des mouvements du
bras droit ;
Le bras est déformé par un œdème (gonflement) et par angulation du
membre (l’alignement normal bras-avant-bras n’est plus respecté) ;
Présence
possible d’un hématome (poche de sang)
Radiographie de face
Radiographie de côté
Radiographie du bras du patient 2
Document 3
Éléments d’un compte-rendu médical concernant le patient 3
Le patient est âgé de 30 ans, footballeur professionnel, il a effectué une
hyper-extension lors d’un tir dans le vide …
Séquence 2 – SN20
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…Les signes cliniques de ce patient sont les suivants :
apparition soudaine et violente d’une douleur vive « comme un coup
de poignard » du muscle de la cuisse ;
immobilité totale du membre ;
apparition d’un hématome (poche de sang) suite à la lésion.
L’ensemble de ces éléments laisse penser à une déchirure musculaire
(aussi appelé claquage) qui correspond à l’élongation traumatique du
muscle et la destruction d’une ou plusieurs fibres musculaires.
La déchirure peut être mise en évidence par une échographie et/ou une
IRM pour les cas les plus graves.
Document 4
Extrait d’un compte-rendu médical du patient 4
Le patient est âgé de 28 ans.
Joueur de tennis amateur, il a subi
une rupture complète du tendon
rotulien. Cette grave entorse a
nécessité
une
réparation
chirurgicale du tendon…
Sur la radiographie ci-jointe du
genou droit on distingue son
tendon de synthèse visible en
blanc et repéré par la flèche
rouge.
Document 5
Les différentes lésions possibles d’un membre (à compléter)
ligament
tendon
muscle
os
20
Séquence 2 – SN20
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Entorse
(rupture des ligaments)
2. Les tissus endommagés
Les accidents musculo-articulaires s’expliquent par une détérioration du
tissu musculaire, des tendons ou de la structure articulaire. Le muscle et
les articulations constituent un système fragile qui doit être protégé.
La plupart du temps ces lésions entraînent une impossibilité de
mouvement des membres concernés par le traumatisme (en dehors de
l’immobilisation décidée par un médecin).
Quel
est donc le rôle des éléments du système musculoarticulaire dans la réalisation des mouvements ?
Le maintien de l’intégrité de notre système locomoteur nous conduit ainsi
à nous intéresser au fonctionnement du système musculo-articulaire.
B
Le fonctionnement du système
articulo-musculaire.
Comment se déroule un mouvement ?
Quel
est le rôle des muscles dans la réalisation d’un mouvement ?
Comment
fonctionne une articulation ?
1. Le travail musculaire
Nous avons vu précédemment que des lésions musculaires (déchirure,
rupture des tendons), conduisent à une immobilité. Ces muscles sont
donc indispensables à la réalisation de nos mouvements.
Comment
le muscle participe-t-il à la réalisation des mouvements ?
1.1. Mise en évidence expérimentale du rôle des muscles
Les muscles participant à la réalisation des mouvements permettant
le déplacement des segments osseux, sont qualifiés de muscles
squelettiques. Le biceps, par exemple, qui relie l’omoplate au radius est
un muscle squelettique ; par contre le cœur qui n’est rattaché à aucun
os n’en est pas un.
Activité 2
Saisir des données en relation avec le problème posé,
é utiliser un
vocabulaire scientifique précis et adapté.
Pour déterminer le rôle des muscles dans l’élaboration des mouvements, une
dissection de patte de grenouille est réalisée, avec quelques manipulations.
Séquence 2 – SN20
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Questions
Repérez sur la photo (document 6) les trois parties constituant la patte
de grenouille (cuisse, jambe et pied).
Les muscles de la jambe ont été écartés (document 7).
On observe deux muscles principaux attachés chacun au pied par des
éléments blanchâtres, les tendons. Entre les muscles, on observe le
tibia et le nerf qui a l’aspect d’un fil nacré.
À partir de ces informations, légendez la photo proposée (document 7)
à l’aide des mots en orange.
Le document 8 vous montre une patte arrière de grenouille à laquelle
on a fait effectuer un mouvement de flexion et un mouvement
d’extension.
Repérez quand le muscle indiqué est contracté et relâché et comparez
les longueurs et largeurs du muscle avant de la jambe dans les deux
cas. Ces dimensions sont repérées par des tirets colorés. Exprimer
en % le changement de taille mesuré entre les deux états.
Vous pouvez vous-même réaliser des mouvements de flexions et
d’extension de votre pied et comparer l’état des muscles de votre jambe.
Document 6
La patte postérieure de grenouille
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Séquence 2 – SN20
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Document 7
L’organisation musculo-squelettique
d’une jambe de grenouille
Document 8
Deux positions d’une patte de grenouille
muscle à mesurer
état 1 épaisseur
état 1 longueur
état 2 épaisseur
état 2 longueur
À retenir
Au cours d’un mouvement, les muscles mobilisés se
contractent : ils se raccourcissent et grossissent.
En
quoi l’organisation cellulaire du muscle permet-elle sa
contraction ?
1.2. L’organisation cellulaire d’un muscle
Activité 3
Utiliser un vocabulaire scientifique précis et adapté.
Utiliser les modes de représentation des sciences expérimentales
(réaliser un dessin d’observation).
Un morceau de muscle a été prélevé puis observé respectivement à
la loupe binoculaire (document 9) et au microscope optique (x 400)
(document 10).
Questions
Réalisez un dessin d’observation de la photo au microscope optique.
Décrire avec des mots l’aspect de ce tissu biologique.
Les structures allongées sont des fibres musculaires, calculer le
diamètre de l’une de ces fibres musculaires (trait noir).
Séquence 2 – SN20
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Document 9
Document 10
Muscle de patte de grenouille observé à la loupe binoculaire (x 40)
Muscle de patte de grenouille observé au microscope optique (x 400)
À retenir
Les muscles squelettiques sont constitués de fibres allongées et striées ;
de ce fait on les qualifie de muscles squelettiques striés.
Ces fibres sont des cellules géantes parcourant toute la longueur du muscle. Elles peuvent atteindre une longueur de 30 cm pour les plus longues.
1.3. Rôle des fibres musculaires au cours la contraction
musculaire
Comment
se comportent les fibres musculaires au cours
de la contraction d’un muscle ?
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Séquence 2 – SN20
© Cned – Académie en ligne
Activité 4
Saisir des données en relation avec le problème posé, utiliser un
vocabulaire scientifique précis et adapté.
On compare au niveau microscopique l’état des fibres musculaires au
repos et au cours d’une contraction (document 11 et document 12).
Questions
Mesurez sur le document 12 la longueur des différents secteurs de
la portion considérée. Déduisez-en une explication possible du
raccourcissement de la fibre toute entière lors d’une contraction
musculaire.
Utilisez les observations précédentes au niveau de la fibre pour
expliquer la contraction d’un muscle.
Document 11
Du membre à la fibre musculaire
Document 12
Observation au microscope électronique à transmission d’une portion
de fibre musculaire d’un muscle relâché puis contracté
Échelle : 1μm = 1 cm.
Séquence 2 – SN20
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À retenir
Au cours de la contraction, chaque fibre musculaire se raccourcit et donc
tout le muscle également.
Comment
fonctionne l’ensemble du système articulo-musculaire pour réaliser un mouvement, quel est le rôle des
muscles ?
2. Le rôle des muscles dans la réalisation d’un
mouvement
Activité 5
Saisir des données en relation avec le problème posé.
Utiliser un vocabulaire scientifique précis et adapté.
Utiliser les modes de représentation des sciences expérimentales
(réaliser un schéma fonctionnel).
Nous avons vu précédemment que le membre postérieur est constitué
de trois parties : la cuisse, la jambe et le pied. Ces trois parties peuvent
réaliser des mouvements les unes par rapport aux autres et nous avons
vu que l’ensemble de ces mouvements aboutit à des flexions ou à des
extensions de la patte.
Nous allons voir quels sont les éléments actifs pour réaliser ces
mouvements.
Questions
Ajoutez au niveau des flèches du document 13 les mots flexion de la
jambe ou extension.
Le document 14 présente des expériences menées afin de déterminer
les mécanismes d’un mouvement.
Utilisez les résultats de ces expériences et vos connaissances sur le rôle
d’un muscle pour déterminer comment se déroule un mouvement.
Légendez le document 15 en utilisant les mots suivants : humérus, muscle
contracté, muscle relâché, tendon, biceps, triceps et donner un titre.
Réalisez un schéma sur le même modèle au cours d’une flexion du bras.
Rédigez une phrase expliquant le rôle du muscle dans le mouvement
réalisé.
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Séquence 2 – SN20
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Document 13
Les positions des segments de la patte de grenouille au cours des mouvements.
Document 14
Importance des tendons dans le mouvement.
Document 15
Séquence 2 – SN20
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À retenir
Au cours d’une contraction, le muscle se raccourcit et exerce une force sur
les tendons et donc sur les os sur lesquels ils sont accrochés. Cette contraction va donc rapprocher les deux os en faisant jouer l’articulation.
Nous avons vu précédemment que des lésions au niveau des articulations
(entorse, par exemple) entraînent une immobilité du membre. La réalisation
d’un mouvement nécessite donc aussi le fonctionnement des articulations.
Quelles
sont les propriétés d’une articulation, rouage
nécessaire à la réalisation de mouvements ?
3. Le rôle des articulations
Activité 6
Saisir des données en relation avec le problème posé.
Adopter une démarche explicative
À partir des manipulations possibles et observations sur le squelette de
la grenouille (voir photos des document 16 ) et des documents proposés
(à compléter) mettre en évidence la localisation des articulations, leur
rôle et leurs propriétés.
Document 16
Différentes vues du squelette de grenouille
La dissection de la grenouille se poursuit en enlevant tous les muscles
de la patte.
L’arrière-train de la
grenouille
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Séquence 2 – SN20
© Cned – Académie en ligne
Le fémur dégagé du bassin
Vue d’ensemble du fémur
Document 17
La structure du genou humain
L’articulation du genou est une articulation mobile. Elle est maintenue
solidement par des ligaments qui unissent les os, fémur, tibia, péroné
et rotule. Pour éviter l’usure des extrémités osseuses en contact,
ces dernières sont recouvertes d’un cartilage. Les mouvements sont
facilités par la présence d’une substance visqueuse et lubrifiante,
appelée synovie.
Questions
Imaginez une manipulation avec le squelette pour montrer le rôle des
articulations dans la mobilité des membres.
A partir des manipulations envisagées et des observations du
squelette, identifiez les différentes articulations de la patte.
Observez le bassin au niveau où le fémur vient s’y attacher et observez
le fémur au niveau de son extrémité. Quelles constatations pouvezvous faire ?
Ces zones sont recouvertes d’un tissu osseux plus souple appelé
cartilage que l’on peut distinguer par sa couleur blanche. Quel peutêtre le rôle de ce cartilage ?
Complétez la légende du document 17 à l’aide des mots en orange.
Séquence 2 – SN20
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© Cned – Académie en ligne
Bilan
À retenir
Une articulation se situe au niveau de la jonction de
deux segments osseux. Elle permet à ces deux os
d’être mobiles l’un par rapport à l’autre.
La complémentarité de forme des os permet leur
mobilité relative, la présence de synovie favorisant
les mouvements. Des tendons limitent le mouvement
et maintiennent les éléments en position.
Le muscle strié squelettique et
les articulations constituent un
système adapté à la réalisation
de mouvements, mais ce système
est fragile et doit être protégé.
L’articulation est donc un système emboîté et lubrifié
qui permet le mouvement relatif des os.
Comment
se livrer à un exercice physique dans de bonnes
conditions de santé ?
C
Activité 7
Questions
Pratiquer une activité physique
sans danger
Relever des informations et les mettre en relation avec ses connaissances
Réaliser une synthèse
Relevez dans le texte ci-dessous (document 18), les pratiques
inadaptées de madame X et identifier la lésion dont elle souffre.
Proposez des conseils et un programme d’entraînement adapté à une
personne qui souhaiterait effectuer des activités sportives dans de
bonnes conditions.
Document 18
Témoignage de madame X
…Chaque année, plus de 8,5 millions d’amateurs de glisse s’amusent
sur le domaine skiable français. Mais cet engouement présente une
contrepartie inquiétante du point de vue de la santé publique : quelques
165 000 accidents sont à déplorer, nécessitant environ 55 000
interventions des services de secours.
On compte chaque année des milliers d’entorses, fractures et autres
traumatismes.
Voici le témoignage de Madame X, parisienne de 40 ans :
«Les sports d’hiver constituent ma seule activité physique de l’année, je
mène une vie sédentaire, travail de bureau, ascenseur, métro…
Après trois jours de ski intensif, l’accident est arrivé le matin sur la piste à peine
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Séquence 2 – SN20
© Cned – Académie en ligne
les pieds dans les skis. Une chute, puis une douleur vive localisée au niveau de la
jambe. Très vite un œdème est apparu, il m’était impossible de bouger la jambe.
Les secours sont arrivés très vite. Heureusement, il n’y a apparemment
pas de fracture…»
À retenir
Des pratiques inadaptées ou excessives d’exercices musculaires augmentent le risque d’accidents musculo-squelettiques.
Conclusion
Les muscles striés squelettiques sont constitués de fibres allongées. Au cours de la
contraction, chaque fibre se raccourcit, et donc le muscle tout entier également.
La force exercée tire sur le tendon et fait jouer une articulation, ce qui conduit
à un mouvement.
L’articulation est un système emboîté et lubrifié qui permet le mouvement relatif des os.
La complémentarité de forme des os permet leur mobilité relative, la présence
de liquide favorise ces mouvements.
Le muscle strié squelettique et les articulations constituent un système fragile
qui doit être protégé. Les accidents musculo-articulaires (claquage, entorse,
déchirure…) s’expliquent par une détérioration du tissu musculaire, des tendons, ou de la structure articulaire.
Des pratiques inadaptées ou dangereuses augmentent la fragilité du système
musculo-articulaire et peuvent provoquer des accidents.
Activité 8
Question
Restituer des connaissances
Utiliser les modes de représentation des sciences expérimentales
Complétez le document 19 en reliant les structures du schéma à leur
nom par des flèches, et en remplissant les cases de façon à indiquer
pour chaque élément son rôle et les lésions possibles.
Document 19
Schéma Bilan
Rôle
Lésions possibles
Tendon
Muscle
Os
Articulation
Séquence 2 – SN20
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3 Synthèse de la séquence
Une boucle de régulation nerveuse
La pression artérielle est une grandeur de l’organisme perturbée par nos
activités quotidiennes qui sans cesse provoquent des variations brutales. Cette grandeur est contrôlée par plusieurs paramètres dont l’un est
l’activité cardiaque : la modification de la fréquence cardiaque apporte
la correction nécessaire pour que la pression artérielle reste constante
malgré tout.
Ainsi la pression artérielle est un paramètre régulé. Ce n’est pas le seul.
D’autres grandeurs de notre organisme sont également sous contrôle :
nous pouvons par exemple citer la glycémie (taux de glucose dans le
sang) qui maintenue aux alentours de 1 g.L-1 malgré les repas et les
périodes de jeûne entre deux repas, et la température corporelle qui est
maintenue à 37°C quelle que soit la température extérieure !
La constance de ces différents paramètres est un enjeu important pour
notre organisme : nos cellules ont en effet besoin, pour assurer leurs
activités, de conditions physico-chimiques précises et donc stables malgré les fluctuations qui affectent notre milieu extérieur.
L’un des premiers chercheurs à avoir travaillé sur les mécanismes qui
permettent la constance du milieu intérieur (constance appelée homéostasie) fut le médecin et physiologiste français Claude Bernard dans les
années 1860.
Chaque paramètre de notre organisme qui est régulé l’est par le fonctionnement d’une boucle de régulation.
Puisque de nombreux paramètres de notre organisme sont régulés, cela
signifie qu’il existe de nombreuses boucles de régulation qui fonctionnent en permanence !
Dans la régulation de la pression artérielle que nous avons étudiée, la
boucle de régulation est une boucle nerveuse.
L’intervention du système nerveux permet d’apporter presque immédiatement la correction nécessaire pour contrer les variations brutales et
incessantes de la pression artérielle provoquées par nos activités quotidiennes.
Le système nerveux est l’un des systèmes de communication entre organes. Il assure la commande de la contraction des muscles striés squelettiques lorsque nous réalisons un mouvement, volontaire ou non (réflexe)
mais également du cœur qui n’est pas un muscle squelettique !
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Séquence 2 – SN20
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D’autres boucles de régulation ne font pas intervenir le système nerveux
mais d’autres dispositifs.
Pratiquer une activité en préservant sa santé :
Le muscle strié squelettique et les articulations constituent un système
fragile qui doit être protégé. Les accidents musculo-articulaires (claquage, entorse, déchirure…) s’expliquent par une détérioration du tissu
musculaire, des tendons, ou de la structure articulaire.
L’articulation est un système emboîté et lubrifié qui permet le mouvement relatif des os.
La complémentarité de forme des os permet leur mobilité relative, la présence de liquide favorise les mouvements.
Les muscles striés squelettiques sont constitués de fibres allongées. Au
cours de la contraction, chaque fibre se raccourcit, et donc le muscle tout
entier également.
La force exercée tire sur le tendon et fait jouer une articulation, ce qui
conduit à un mouvement.
Des pratiques inadaptées ou dangereuses (exercice musculaire) augmentent la fragilité du système musculo-articulaire et/ou provoquent
des accidents.
Séquence 2 – SN20
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4 Exercices
Exercice 1
Utiliser ses connaissances pour exploiter un document.
Le document 1 montre, en parallèle, la variation de la pression artérielle
(à l’échelle des secondes) et l’intensité des messages nerveux dans les
nerfs de Héring.
Questions
Rappeler la cause des variations de la pression artérielle visibles dans
ce graphique.
Expliquer l’évolution des signaux nerveux dans les nerfs de Héring.
Document 1
Variation de la pression artérielle et intensité des messages nerveux
dans le nerf de Héring.
Pression artérielle
(mm de mercure)
120
100
80
Signaux nerveux
dans le nerf
de Héring
0
0,8
1,6
Temps (s)
Aide à la réalisation
– Dans les deux questions on vous demande d’expliquer des variations :
vous ne devez jamais oublier qu’il faut d’abord présenter, décrire ce que
l’on doit expliquer.
– Se rappeler également qu’expliquer signifie qu’il faut dire ce qui provoque les variations décrites.
– Pour la question 1 : ces variations ont été expliquées dans le chapitre 2
de la séquence 1 du cours.
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Séquence 2 – SN20
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Exercice 2
Pratiquer un raisonnement
Le document 2 montre l’intensité des messages nerveux dans les nerfs
de Héring et dans les nerfs de Cyon en fonction de la pression artérielle.
Questions
Rappeler les caractéristiques (nom, localisation, stimulus) des
récepteurs sensoriels au niveau desquels prennent naissance les
nerfs de Héring et les nerfs de Cyon.
Utiliser le document 2 pour montrer que les récepteurs dont sont issus
les nerfs de Cyon et ceux dont sont issus les nerfs de Héring n’ont pas
la même sensibilité.
Document 2
Intensité des messages nerveux dans les nerfs de Héring et dans les
nerfs de Cyon en fonction de la pression artérielle.
Remarques
L’intensité des messages nerveux
est indiquée en unité arbitraire,
c’est-à-dire une unité qui ne correspond à aucune unité communément utilisée. (On choisit les
unités arbitraires pour simplifier
la lecture des courbes).
Hg est le symbole du mercure.
Aide à la réalisation
Aide à la réalisation de la question 2 :
– Choisir 3 ou 4 valeurs de la pression artérielle et comparer pour chacune
d’elle l’intensité des messages nerveux dans les deux nerfs.
– Lors de la rédaction, ne pas oublier de commencer par ces constats en
citant des valeurs chiffrées précises.
Exercice 3
Utiliser ses connaissances. Adopter une démarche explicative
Rappeler les noms des nerfs cardiaques et l’effet produit par les
messages nerveux qu’ils transportent.
Utiliser vos connaissances pour retrouver sur quel nerf cardiaque
chaque action indiquée dans le document 3 a été réalisée.
Document 3
Résultats d’expériences réalisées sur un chien.
On a réalisé des expériences de stimulation puis de section sur les deux
nerfs cardiaques d’un chien, tout en mesurant sa fréquence cardiaque.
On rappelle qu’une stimulation d’un nerf vise à y créer des messages
nerveux.
Séquence 2 – SN20
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Aide à la réalisation
Aide à la réalisation de la question 2 :
– Soyez méthodique, organisé = traitez les actions une par une, l’une après
l’autre.
– Pour chacune des actions, indiquez la valeur de la FC avant l’action et
après.
– Mettez en relation la nature de l’action réalisée (stimulation ou section),
la conséquence observée (la modification de la FC) et vos connaissances sur l’effet des messages nerveux dans chacun des deux nerfs cardiaques.
Exercice 4
Savoir utiliser ses connaissances
Compléter les phrases suivantes.
a) Un muscle strié squelettique est constitué de …………………, qui
parcourent toute la longueur du muscle.
b) Au cours de la réalisation d’un mouvement le muscle mobilisé,
en se contractant exerce une …………………, sur l’os, entraînant son
déplacement.
c) Au niveau d’une articulation, la ………………… de forme des os
permet leur mobilité relative, la présence de ………………… favorise
les mouvements.
Présenter deux lésions affectant le système musculo-squelettique
Exercice 5
Savoir utiliser des modes de représentation des sciences expérimentales
et utiliser ses connaissances.
Utiliser les figurés suivants pour schématiser un mouvement de
flexion du pied. Légender le schéma avec les termes suivant : muscle
(relâché ou contracté), tendons, segments osseux.
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Séquence 2 – SN20
© Cned – Académie en ligne
Rédiger un texte court expliquant la réalisation de ce mouvement.
Sur le schéma précédent localiser deux articulations et présenter les
propriétés de ces structures.
■
Séquence 2 – SN20
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