Thème 5 : Comportements, mouvement et système nerveux
Activité 1: Etude de cas cliniques
=> L’étude de différents cas cliniques permet de comprendre que les lésions/pathologies du système nerveux ont des conséquences différentes selon la localisation.
Rappels
La commande du mouvement est assurée par le système nerveux qui met en relation les organes sensoriels et les muscles. Un mouvement peut répondre à une stimulation extérieure, reçue par un organe sensoriel : le récepteur. Le message nerveux sensitif correspondant est transmis aux centres nerveux (cerveau et moelle épinière) par un nerf sensitif. Les messages nerveux moteurs sont élaborés et transmis par les centres nerveux et les nerfs moteurs jusqu’aux muscles : les effecteurs du mouvement.
La perception de l’environnement et la commande du mouvement supposent des communications au sein d’un réseau de cellules nerveuses appelées neurones.
Point vocabulaire
Accident Vasculaire Cérébral (AVC) : perturbation de l’irrigation cérébrale pouvant entraîner des lésions cérébrales
Nerf : Ensemble d’axones emballé dans un tissu de protection qui relie le système nerveux central à différentes parties du corps
Comment l’association du système nerveux et musculo-articulaire permet-elle une motricité adaptée ?
Comment une réponse réflexe à un stimulus se met-elle en place ?
Chapitre 1 : Des commandes nerveuses involontaires des muscles
I - Stimulus et réponses des muscles lors d’un réflexe
Activité 2: Stimulus et réponses des muscles lors d’un réflexe
Résultat et conclusion de l'expérience
Application : Etude d’un cas clinique
Pb de réflexe achilléen, on sait que le centre nerveux est la moelle épinière
=> IRM bas de la colonne vertébrale pour vérifier l’intégrité du centre nerveux.
L’IRM en coupe sagittale de M.X montre une hernie discale entre les vertèbres L5 (dernière vertèbre lombaire) et S1 (1ère vertèbre sacrée). Le disque intervertébral joue le rôle d’amortisseur entre 2 vertèbres. Or dans le cas du patient, le disque est sorti de son logement et forme une bosse = saillie dans le canal rachidien où est située le nerf sciatique.
L’IRM en coupe axiale montre que la hernie bouche le trou de conjugaison gauche par lequel passe le nerf sciatique relié à la moelle épinière. La compression du nerf sciatique bloque la communication entre organe récepteur et effecteur lors du réflexe achilléen et provoque les douleurs de M.X.
Bilan
Le réflexe achilléen repose sur le fait que le muscle extenseur du pied se contracte en réponse à la percussion du marteau sur le tendon. Le tendon du muscle est l’organe récepteur du stimulus, le muscle est l’organe effecteur, qui répond au stimulus.
Le réflexe myotatique est le réflexe de contraction d’un muscle en réponse à son propre étirement.
Le centre impliqué dans le réflexe myotatique est la moelle épinière.
Point vocabulaire
Réflexe myotatique : mouvement involontaire entraînant la contraction d’un muscle en réponse à son propre étirement
Quelles sont les structures intervenant dans le transport du message nerveux ? Quel est le trajet suivi par l’information nerveuse ?
II - Support et trajet de l’information
Activité 3 : Le trajet de l’information nerveuse lors du réflexe myotatique
Point vocabulaire
Fuseau neuromusculaire : récepteur sensoriel du muscle sensible à l’étirement
Motoneurone : neurone situé dans le système nerveux central et dont l’axone se projette sur des cellules musculaires. Appelé aussi neurone moteur
Muscle antagoniste : muscle qui permet de réaliser le mouvement inverse d’un autre muscle. Lorsque l’un se contracte, l’autre se relâche et inversement
Neurone : cellule polarisée est excitable qui produit des messages nerveux et les véhicule le long de son de son axone jusqu’à ses extrémités synaptiques
Synapse : zone de contact entre deux neurones ou entre un neurone et une cellule effectrice
Bilan
Le circuit que parcourt l’information de l’organe récepteur (le tendon) à l’organe effecteur (le muscle extenseur du pied) comprend deux neurones.
Le premier neurone est le neurone sensitif (ou neurone afférent), dont le corps cellulaire se trouve dans le ganglion rachidien (=spinal). Le second est le motoneurone (ou neurone efférent) dont le corps cellulaire se trouve dans la substance grise de la moelle épinière. Ces deux neurones sont séparés par une synapse, qui se trouve dans la corne antérieure de la substance grise.
Dans les centres nerveux, les neurones sont reliés entre eux par des synapses. Comme la synapse est unique, on parle de circuit monosynaptique.
C’est une structure réceptrice qui transmet le stimulus au nerf. Celle-ci se trouve dans le muscle : c’est le fuseau neuro-musculaire qui lie de façon intime des fibres musculaires et des fibres nerveuses. Quand le tendon est percuté par le marteau, ceci étire le muscle et donc le fuseau neuro-musculaire. Les fibres musculaires ainsi étirées transmettent le stimulus aux fibres nerveuses.
Au niveau de la réponse, les fibres nerveuses des motoneurones doivent transmettre l’information aux fibres musculaires. Ceci se fait par l’intermédiaire d’une synapse particulière, une synapse neuro-musculaire, autrement appelée plaque motrice.
Le muscle extenseur du pied a donc une double fonction dans le réflexe myotatique, il est à la fois le récepteur du stimulus, et l’effecteur de la réponse. Le muscle antagoniste, lui, est uniquement un effecteur.
Quelle est la nature du message nerveux ?
III - Nature du message nerveux
A) Au niveau du neurone
Activité 4: Codage du message nerveux au niveau du neurone
Il existe un différence de potentiel (ddp) de -65mV entre l’intérieur et l’extérieur de la membrane de l’axone : c’est le potentiel de repos
Le potentiel d’action est une inversion transitoire de la polarité membranaire. Le potentiel d’action garde des propriétés au cours de sa propagation le long de l’axone.
Une valeur seuil de stimulation est nécessaire afin de déclencher le potentiel d’action. Passé le seuil, l’amplitude du potentiel reste constante quel que soit la valeur de stimulation.
Le message circule sous forme électrique
Le message nerveux au niveau d’une fibre nerveuse est un train de potentiels d’action (= une succession de PA), d’amplitude constante : les potentiels d’action se succèdent avec une fréquence qui augmente avec l’intensité du stimulus. On dit que le message nerveux est codé en fréquence de potentiels d’action.
Conclusion : Le message nerveux neuronal est donc constitué d’un train de PA codé en fréquence.
Comment est codé ce message au niveau de la synapse, lors du passage d’un neurone à un autre ?
Point vocabulaire
Axone : appelé aussi fibre nerveuse, c’est le prolongement du corps cellulaire du neurone qui conduit des potentiels d’action vers les synapses
Codage électrique en fréquence : se dit du codage de l’information nerveuse au niveau de l’axone d’un neurone, qui est codée par la fréquence des signaux électriques que sont les potentiels d’action
Dendrite : prolongement du neurone qui reçoit des stimulations et conduit les potentiels d’action vers le corps cellulaire
Potentiel d’action : inversion transitoire de la différence de potentiel entre l’extérieur et l’intérieur d’un neurone (dépolarisation)
B) Au niveau des synapses
Activité 5: La transmission du message nerveux d’un neurone à l’autre
Lorsque le train de potentiel d’action (PA) arrive au niveau de la synapse, le neurone pré-synaptique déverse des neurotransmetteurs, qui sont des molécules chimiques (comme l’acétylcholine), dans la fente synaptique par exocytose.
Au niveau de la synapse, le message nerveux électrique pré-synaptique codé en fréquence de PA est traduit en message chimique, codé en concentration de neurotransmetteurs. La relation est la suivante : plus la fréquence de PA est élevée, plus la concentration de neurotransmetteurs est élevée.
Les neurotransmetteurs se fixent sur des récepteurs spécifiques de la membrane post-synaptique. Cette fixation entraine un changement de l’activité du neurone post-synaptique. Ce changement d’activité est à l’origine d’un nouveau message électrique.
Point vocabulaire
Acétylcholine : neurotransmetteur libéré au niveau de la synapse neuro-musculaire
Codage biochimique en concentration : se dit du codage de l’information nerveuse au niveau d’une synapse, qui est codée par la concentration du neurotransmetteur libéré
Neurotransmetteur : molécule produite par un neurone et permettant la transmission du message nerveux au niveau d’une synapse
Récepteur : protéine ayant une forte affinité pour une messager, et capable de produire un signal intra-cellulaire après fixation de ce messager
Que se passe-t-il au niveau de la plaque motrice ? Comment est assurée la contraction musculaire ?
Activité 6: Transmission du message nerveux au muscle et déclenchement de la contraction musculaire
La synapse neuromusculaire permet la contraction du muscle, proportionnellement à la quantité d’acétylcholine libérée par le neurone présynaptique suite à l’arrivée d’un train de potentiels d’action codé en fréquence.
La fixation de l’acétylcholine sur un récepteur membranaire de la cellule musculaire induit une dépolarisation membranaire : c’est le potentiel d’action musculaire.
La propagation de ce dernier entraine l’ouverture de canaux calciques situés sur le réticulum sarcoplasmique. Cela entraine une augmentation de la concentration cytoplasmique en ions calcium (Ca2+), puis la contraction de la cellule musculaire et, à plus grande échelle, celle du muscle en réponse à l’étirement de départ.
Point vocabulaire
Myopathie : maladies liées à des dysfonctionnements des muscles
Synapse neuro-musculaire : zone de contact entre une terminaison synaptique d’un neurone et une cellule musculaire
Quelle est l’organisation motrice du cerveau : Existe-t-il des aires motrices spécialisées pour chaque mouvement ? Chaque partie du corps ? Où vont (où se connectent) les neurones moteurs issus du cerveau ?
Chapitre 2 : Le cerveau et les mouvements
I . De la volonté au mouvement
A. Des aires cérébrales localisées
Activité 7: Commandes du mouvement par le cerveau
Protocole
-Ce qu’on cherche à faire
-Comment on va le faire
Penser à bien préciser les patients
ATTENTION A NE PAS OUBLIER LE TEMOIN = individu sain!
Si IRM fonctionnel, préciser la fonction
-Résultats attendus :
la zone touchée sur l’IRM anatomique de M.X devrait être la zone active lors de l’IRM fonctionnel du témoin bougeant sa main gauche
Interprétation des résultats
Je vois que chez M. X la zone lésée par l’AVC est située dans l’hémisphère droit, au niveau du lobe frontal. Je vois lorsqu’une personne saine effectue un mouvement de la main droite cela active une zone dans l’hémisphère gauche, et lorsqu’elle effectue un mouvement de la main gauche cela active une zone dans l’hémisphère droit, situé au même niveau que la zone lésée chez M. X.
Je sais que cette zone lésée correspond à des cellules mortes. Que les zones actives par IRM fonctionnel correspondent aux zones du cerveau responsable du mouvement réalisé
J’en déduis que les messages nerveux moteurs volontaires gauche sont contrôlé par l’hémisphère droit et que M. X ne peut plus bouger sa main gauche car la zone du cerveau déclenchant ce mouvement est morte.
Dans le cortex, il existe des aires motrices spécialisées à l’origine des mouvements volontaires. D’autres aires complémentaires interviennent également
Point vocabulaire
Aire corticale : zone du cortex cérébral impliquée dans une fonction ou un processus biologique donné
Aire motrice primaire : aire fonctionnelle du cortex cérébral qui commande l’exécution des mouvements volontaires
IRMf (fonctionnelle) : technique fondée sur l’imagerie par résonance magnétique (IRM) qui permet de détecter les zones du cerveau activées par une tâche ou une émotion
A partir de ces aires cérébrales, quel est le trajet de l’information jusqu’au muscle ?
B. Le trajet de l’information
Activité 8 : Du cerveau aux muscles
Le cerveau est constitué de neurones et de cellules gliales (astrocytes, oligodendrocytes et cellules de la microglie) qui coopèrent ensemble.
Les messages nerveux moteurs qui partent du cerveau descendent dans la moelle épinière jusqu’aux motoneurones dans des faisceaux de neurones. Le corps cellulaire du motoneurone innervant le muscle reçoit des informations diverses (en provenance du cerveau, du neurone sensitif, interneurone inhibiteur…) établies par des synapses inhibitrices et excitatrices.
Au niveau des synapses excitatrices, la fixation du neurotransmetteur sur les récepteurs postsynaptiques provoque une dépolarisation (augmentation de la différence de potentiel membranaire) du motoneurone, tandis que celles provenant des synapses inhibitrices provoquent une hyperpolarisation (diminution de la différence de potentiel de membrane). Ces modifications de la différence de potentiel membranaire sont additionnées dans le temps et dans l’espace (sommation temporelle et spatiale). S’il en résulte une dépolarisation supérieure à une valeur seuil, le motoneurone émet un train de potentiels d’action en direction du muscle. On dit que le motoneurone a intégré les différents messages et a produit un message nerveux moteur unique. Chaque fibre musculaire reçoit le message d’un seul motoneurone.
Point vocabulaire
Cellules gliales : cellules du tissu nerveux participant à son bon fonctionnement
Cortex cérébral : partie superficielle du cerveau constituée de substance grise et formée de six couches superposées de neurones interconnectés
Intégration (nerveuse) : sommation spatiale et temporelle des potentiels d’action reçus par un neurone
Comment le cerveau se modifie-t-il au cours de notre vie et selon notre expérience individuelle ?
II - Le cerveau, un organe fragile à préserver
A. Dysfonctionnements du système nerveux
Activité 9 : Dysfonctionnements du système nerveux
Le système nerveux central est fragile, il peut être sujet à différents types de dysfonctionnements : section de la moelle épinière, AVC, maladies neurodégénératives, infections virales ou bactériennes… Ils peuvent avoir des conséquences variées et souvent graves pour la santé (paralysies, troubles de la sensibilité, troubles de la mémoire et du comportement…).
Comment expliquer les capacités motrices différentes d’un individu à un autre et le recouvrement de fonctions motrices suite à un AVC ou suite à une greffe ?
B. La plasticité cérébrale
Activité 10 : Plasticité cérébrale
Les différences entre les individus s’acquièrent au cours du développement, de l’apprentissage des gestes et de l’entrainement. Cette plasticité cérébrale permet aussi une certaine récupération du cerveau suite à un accident ayant lésé une partie du cortex cérébral. Cependant, ces capacités de remaniements et de récupération ainsi que le nombre de cellules nerveuses diminuent tout au long de la vie : c’est donc un capital à préserver et entretenir.
On remarque aussi que plusieurs aires cérébrales sont souvent sollicitées pour les activités quotidiennes (ex : lecture) et communiquent donc entre elles.
Point vocabulaire
Plasticité cérébrale : capacité d’adaptation anatomique et fonctionnelle du cerveau en fonction des expériences vécues par l’individu
Je suis un paragraphe. Cliquez ici pour ajouter votre propre texte et me modifier. C'est facile.
Comment des molécules peuvent entrainer une addiction ?
C. Action des substances exogènes sur le cerveau
Activité 11 : L’action de substances exogènes sur le cerveau
La nicotine contenue dans le tabac agit sur le système nerveux en se fixant sur le récepteur du neurotransmetteur acétylcholine et en déclenchant son activation : c’est un agoniste de l’acétylcholine (d’autres substances peuvent agir en bloquant le récepteur d’un neurotransmetteur : ce sont des antagonistes).
Le comportement addictif repose sur une perturbation du système de récompense. En augmentant la libération de dopamine, neurotransmetteur impliqué dans le système de récompense, la nicotine déclenche le désir de renouvellement de la consommation chez l’individu. Etant donné les conséquences de la consommation de ces substances (maladies cardiovasculaires, cancers, accidents de la route, violence…), la lutte contre les addictions liées à leur consommation est un enjeu important de santé publique.
La prise de substances exogènes peut entrainer la perturbation des messages nerveux et provoquer des comportements addictifs.
Point vocabulaire
Addiction : envie répétée et irrépressible de consommer quelque chose en dépit de la motivation et des efforts du sujet pour s’y soustraire
Molécule exogène : Molécule non produite par l’organisme. Les substances psychoactives (qui agissent sur le circuit de la récompense) en sont un exemple
Comment la contraction musculaire se réalise-t-elle ? Quel est le rôle de l’ATP lors d’une activité musculaire, comment est permise une contraction musculaire et d’où vient l’ATP ?
Chapitre 3 : Fonctionnement des cellules musculaires
I . Rôle de l’ATP et contraction musculaire
Activité 12 : La contraction musculaire, des molécules aux mouvements du corps
Le muscle strié est un ensemble de cellules musculaires dites striées, organisées en faisceaux musculaires. Le raccourcissement et l’épaississement des muscles lors de la contraction musculaire permettent le mouvement relatif des deux os auxquels ils sont reliés par des tendons. Les cellules musculaires sont des cellules très spécialisées, possédant un cytosquelette fait de longues fibres protéiques appelées myofibrilles. Chaque myofibrille comprend un ensemble de filaments fins d’actine et de filaments épais de myosine. Ils sont organisés en structure répétitive appelée sarcomère.
Le coulissage des filaments fins d’actine par rapport aux filaments épais de myosine a pour conséquence un raccourcissement global du sarcomère. Celui-ci se répercute sur la totalité de la myofibrille et donc de la fibre musculaire et enfin sur le muscle.
La contraction musculaire nécessite des ions calcium et de l’ATP comme source d’énergie. L’hydrolyse de l’ATP provoque des changements de conformation de la tête de myosine et assure ainsi le coulissage.
Point vocabulaire
ATP (Adénosine TriPhosphate) : petite molécule organique dont l’hydrolyse permet de produire de l’énergie pour la cellule
Faisceau musculaire : association de fibres musculaires
Muscle strié squelettique : muscle fixé aux os et permettant les mouvements volontaires
Myofibrille : chaine linéaire qui compose la fibre musculaire et qui est constituée d’une succession de sarcomères
Sarcomère : unité contractile du muscle
Activité 13 : La myopathie de Duchenne, une dégénérescence des cellules musculaires
Activité 13 : La myopathie de Duchenne, une dégénérescence des cellules musculaires - Comparaison des séquences sur GenieGen
La dégénérescence des cellules musculaires chez un individu atteint de la myopathie de Duchenne est due à un défaut dans les interactions entre les protéines de la cellule musculaire et la matrice extracellulaire.
Point vocabulaire
Myopathie : maladies liées à des dysfonctionnements des muscles
Expérience historique
Comment est produit l’ATP ?
Quelles sont les voies métaboliques qui vont assurer la production d’ATP ?
II . Origine de l’ATP
Activité 14 : Les différentes voies métaboliques
Il existe 2 voies métaboliques, une qui consomme de l’O2 et qui nécessite les mitochondries, et une qui n’en consomme pas et ne nécessite pas de mitochondries.
Activité 15 : Mise en évidence des deux voies métaboliques = TP
Je vois qu’avec le glucose et le saccharose, le taux de O2 diminue et le taux de CO2 augmente dans l’enceinte contenant les levures une fois qu’on ajoute le sucre. Par contre ces concentrations restent stables si on introduit du lactose ou du maltose.
Je sais que la réaction de respiration consomme du dioxygène et produit du CO2.
J’en déduis que les levures peuvent utiliser comme métabolite le glucose et le saccharose pour réaliser la respiration mais pas le maltose ou le lactose.
Quelles sont les réactions mises en jeu dans ces deux types de métabolisme ?
A. En présence d’O2 : la respiration
Dans le cas d’une molécule de glucose, la respiration cellulaire peut être traduite par le bilan des transformations :
Où a lieu cette réaction ? comment le tester ?
Activité 16 : Les étapes de la respiration cellulaire
La respiration comporte plusieurs réactions chimiques dont une partie est localisée dans le cytoplasme et l’autre dans la mitochondrie, qui joue donc un rôle majeur dans la respiration cellulaire.
1. Dans le cytoplasme, la glycolyse
La première étape est l’oxydation du glucose en pyruvate ; elle s’accompagne de la production de composés réduits NADH,H+. Elle se déroule dans le cytoplasme. L’énergie libérée permet par couplage la synthèse de deux molécules d’ATP par molécule de glucose oxydée.
2. Dans la mitochondrie, deux étapes
* Le cycle de Krebs
La deuxième étape se déroule dans la matrice des mitochondries. C’est une série de décarboxylations oxydatives, à partir du pyruvate, qui s’accompagne de la production de composés réduits NADH,H+ et de synthèse d’ATP.
Après la glycolyse et le cycle de Krebs, le glucose (= matière organique) a été oxydé en CO2 (= matière minérale).
Cela a de plus permis la production de nombreux composés réduits NADH,H+ qui doivent être réoxydés
* La réoxydation de tous les NADH,H+ réduits dans la chaine respiratoire :
La dernière étape se déroule dans les crêtes de la membrane interne des mitochondries. C’est l’oxydation, par le dioxygène, des composés réduits NADH,H+ produits dans les étapes précédentes. Elle est couplée à la production d'une importante quantité d’ATP.
Point vocabulaire
Cycle de Krebs : voie métabolique aérobie qui permet de régénérer le composé réduit NADH en NAD
Glycolyse : voie métabolique d’assimilation du glucose et de production d’ATP
Métabolisme aérobie/anaérobie : métabolisme nécessitant / ne nécessitant pas de dioxygène
Oxydation : réaction entraînant la perte d’un ou de plusieurs électrons d’une espèce chimique qui devient alors oxydée. La réaction inverse est appelée réduction (gain d’un ou de plusieurs électrons d’une espèce chimique qui devient alors réduite).
Respiration cellulaire : voie métabolique aérobie de dégradation complète du glucose et de production d’ATP
B. Sans O2 : la fermentation
Activité 17 : Comparaison entre la fermentation et la respiration
* Fermentation alcoolique (dans levure)
* Fermentation lactique (dans la cellule musculaire)
Bilan II:
Les cellules eucaryotes réalisent la respiration comme métabolisme : le glucose (ou autre substrat) est alors dégradé entièrement en matière minérale (H2O et CO2). Certaines cellules eucaryotes réalisent la fermentation qui permet de dégrader le glucose de façon partielle (il reste à la fin une molécule organique). Il existe plusieurs types de fermentation : lactique (dans les cellules musculaires), alcoolique…. L’utilisation fermentaire d’un glucose produit beaucoup moins d’ATP que lors de la respiration.
Point vocabulaire
Fermentation lactique : voie métabolique anaérobie qui dégrade le glucose de façon incomplète et produit de l'énergie utilisable (ATP) ainsi que de l'acide lactique
Rendement énergétique : pourcentage de l’énergie récupérée lors de la transformation d’une molécule par la cellule par rapport à l’énergie chimique contenue dans cette molécule
Pour ceux qui sont en DNL (sinon il faut régler les sous-titres en français mais c'est pas fou)
Quand interviennent ces différentes voies métaboliques lors d’un effort physique ?
III . Complémentarité des voies métaboliques
Activité 18 : Complémentarité des voies métaboliques
Les métabolismes anaérobie (fermentation lactique) ou aérobie (respiration) dépendent du type d’effort à fournir : la fermentation produit de l’ATP plus rapidement que la respiration et permet d’assurer des efforts brefs et intenses (mais rendement plus faible) ; la respiration n’est pleinement fonctionnelle qu’après quelques minutes d’effort, le temps que les cellules musculaires soient suffisamment approvisionnées en O2 et assure l’endurance.
Il existe des fibres lentes de type I plus sollicitées lors d’exercices d’endurance et des fibres rapides de type II sollicitées pour des exercices de courte durée (en fonction des entrainements réguliers, les muscles s’adaptent au sport pratiqué par un remodelage des proportions des fibres I et II : c’est la plasticité musculaire).
=> Le muscle adapte donc son métabolisme au type d’effort.
Activité 19 : Les pratiques sportives à risque
Afin d’améliorer leurs performances, certaines personnes ont recours au dopage. Ces stéroïdes anabolisants, dérivés de testostérone, pris à forte dose, augmentent la force et la masse musculaire. Ceci a des effets secondaires néfastes pour la santé (lésions, cancers, stérilité…).
Point vocabulaire
Produit dopant : produit améliorant artificiellement les performances sportives
Comment se réalise le contrôle des flux de glucose dans notre organisme ?
Chapitre 4 : Contrôle des flux de glucose
Activité 20 : Besoins des cellules musculaires
Pour produire de l’énergie, les cellules musculaires ont besoin de nutriments (principalement du glucose) prélevés dans le sang et du dioxygène. Les besoins sont croissants avec l’augmentation de l’activité physique.
D’où vient le glucose sanguin ?
I . Origine du glucose sanguin (plasmatique)
Activité 21 : Les réserves de glucose de l’organisme
L’apport de glucose dans le sang vient de l’absorption des produits de la digestion des aliments au niveau de l’intestin grêle. Le glucose est stocké dans le foie (cellules hépatiques) et les muscles (cellules musculaires) sous forme de glycogène. Le foie peut libérer dans le sang le glucose obtenu en hydrolysant le glycogène accumulé. Le foie a un rôle régulateur : il entretient le flux de glucose vers les muscles hors périodes de digestion.
=> Intestin et foie sont donc les organes sources de glucose et les muscles (entre autres) sont les organes consommateurs de glucose.
Point vocabulaire
Glycémie : concentration de glucose dans le sang
Glycogène : macromolécule constituée d’unités glucose forme de stockage du glucose dans les cellules animales
La glycémie est la concentration de glucose dans le sang. Elle peut augmenter lors d’un apport alimentaire mais revient toujours à une valeur d’équilibre proche de 1g.L-1.
Comment est-régulée la glycémie pour rester à une valeur stable d’1 g.L-1 ? Autrement dit, comment, alors que les apports en glucose par l’alimentation sont irréguliers peut-on garder une quantité stable de glucose dans le sang ?
II. Régulation de la glycémie
Activité 22 : Le pancréas
Une hormone est une molécule synthétisée et sécrétée par un organe dans le sang et qui agit sur d’autres cellules.
Le pancréas agit sur la glycémie par une voie hormonale.
Point vocabulaire
Hormone : substance produite par une glande endocrine, sécrétée dans le sang et agissant sur des cellules cibles dont elle modifie l’activité
Pancréas endocrine : organe associé au tube digestif ayant une fonction de sécrétion d’hormones
Activité 23 : Pancréas et régulation hormonale de la glycémie
Ce sont les cellules alpha des ilots de Langerhans qui sécrètent le glucagon, tandis que les cellules bêta sécrètent l’insuline.
Observation au MO d'une coupe de pancréas
Le glucagon permet d’augmenter la glycémie, on dit que son effet est hyperglycémiant.
L’insuline permet de faire diminuer la glycémie, on dit que son effet est hypoglycémiant.
La libération de ces hormones dépend de la glycémie : l’hyperglycémie stimule la libération d’insuline et inhibe celle du glucagon (et inversement pour l’hypoglycémie).
L’insuline se fixe sur les récepteurs des cellules hépatiques, musculaires : en présence d’insuline, l’entrée de glucose est favorisée par des protéines membranaires transportant le glucose. Le stockage sous forme de glycogène (glycogénogénèse) et l’utilisation du glucose sont favorisés par rapport à la libération de glucose.
Le glucagon ne se fixe que sur les cellules du foie (via les récepteurs spécifiques) : il favorise la libération du glucose via les protéines membranaires transportant le glucose, et stimule la glycogénolyse.
=> Ces fixations sur les récepteurs modifient le fonctionnement des cellules-cibles et permet ainsi de contrôler les flux de glucose.
Point vocabulaire
Glucagon : hormone hyperglycémiante produite et sécrétée par les cellules α (alpha) des îlots de Langherans contenu dans le pancréas
Hypo/Hyperglycémiant : dont l’effet est d’abaisser /d’élever la glycémie
Insuline : hormone hypoglycémiante produite et sécrétée par les cellules β (beta) des îlots de Langherans
Rappels
III . Les diabètes, des anomalies de régulation glycémique
Activité 24 : Le diabète, une maladie complexe et multifactorielle
Objectif : A partir de l’ensemble des documents et de vos recherches complémentaires, proposez :
1. Une définition du diabète et une présentation des symptômes et conséquences
2. Une explication à l’origine du diabète de votre patient
3. Une proposition de traitement pour votre patient.
Vous réaliserez un résumé de votre travail sous la forme d'une présentation de grand oral vous présenterez à l’autre groupe sans support
Compétences : Observer le réel à l’aide d’un microscope, rendre compte à l’oral.
Le diabète est caractérisé par une hyperglycémie : un individu est diabétique si :
-
sa glycémie à jeun supérieure à 1,26g.L-1
-
sa glycémie est supérieure à 2g.L-1 lorsqu’on fait une mesure « au hasard »
-
si deux heures après l’ingestion de 75g de glucose, la glycémie est supérieure à 2g.L-1.
Il existe 2 types de diabètes :
Pour le diabète de type 1, les cellules bêta du pancréas sont détruites par les lymphocytes, ce qui est responsable d’un taux faible d’insuline. Par contre, les cellules cibles sont sensibles à l’insuline. C’est une maladie auto-immune.
Pour le diabète de type 2, les cellules bêta du pancréas sont normales, donc sécrètent de l’insuline. Mais les cellules cibles de l’insuline n’absorbent pas le glucose. On parle d’insulinorésistance des cellules cibles de l'insuline, elles n’y sont plus sensibles.
Il existe des prédispositions génétiques aux diabètes, et les gènes impliqués sont très nombreux quel que soit le diabète. Il existe des facteurs de l’environnement qui favorisent le diabète : une alimentation non équilibrée ou la présence d’un virus pour le diabète de type 1, excès pondéral voire obésité couplée à un manque d’activité physique pour le diabète de type 2.
Un dysfonctionnement de la régulation de la glycémie entraine des complications et peuvent être à l’origine de diabètes. Les diabètes sont des maladies complexes du fait de leur origine multifactorielle et de leurs conséquences variées. La connaissance des gènes de susceptibilité aux diabètes permet de prévoir les diabètes. Il existe des traitements actuels comme l’injection d’insuline (pompes, crayons) et des traitements d’avenir comme les greffes d’îlots de Langerhans ou la thérapie génique.
Point vocabulaire
Diabète : maladie caractérisée par une hyperglycémie chronique. Le diabète de type 1 est causé par la destruction des cellules pancréatiques sécrétrices d’insuline. Le diabète de type 2 est provoqué par une insulinorésistance des cellules cibles.
Insulinorésistance : diminution de l’efficacité biologique de l’insuline sur ses cellules cibles
Chapitre 5 : Comportement et stress
Que s’est-il passé dans notre organisme lors de situations stressantes ?
I. Stress : capacités d’adaptation de l’organisme
Activité 25 : Caractéristiques du stress
Le stress aigu correspond aux réponses normales et ponctuelles d’un organisme à un agent stresseur. La réponse à un agent stresseur provoque des sécrétions d’hormones (adrénaline, puis cortisol), une augmentation des fréquences cardiaque et ventilatoire et une libération de glucose. Ces réponses physiologiques de l’organisme à un stress permettent à un individu de s’adapter à des perturbations dans son environnement (c’est l’adaptabilité physiologique) et de revenir à son état initial.
Après avoir été exposé à un agent stresseur, l’organisme est capable de retrouver son état d’équilibre : c’est la résilience
Point vocabulaire
Adaptabilité de l’organisme : capacité de l’organisme à modifier la valeur de consigne de certains de ses paramètres physiologiques pour s’adapter à une situation particulière
Résilience : capacité d’un organisme à retrouver un fonctionnement durable après avoir subi une perturbation
Stress aigu : réponse de l’organisme à des stimuli occasionnels qualifiés de stresseurs. C’est un état physiologique « normal »
A. Réponse immédiate à l'agent stresseur (phase d'alarme)
Activité 26 : La réponse immédiate à un agent stresseur
Lorsque l’agent stresseur est détecté, le système limbique est activé, notamment des structures impliquées dans les émotions comme l’amygdale ou encore l’hippocampe. Ces structures envoient alors des messages nerveux qui sont transmis à la glande médullo-surrénale. En réponse, les médullosurrénales libèrent une hormone dans le sang : l’adrénaline. L’adrénaline est responsable de l’augmentation de la fréquence cardiaque, du débit ventilatoire et de la libération de glucose dans le sang.
Point vocabulaire
Adrénaline : hormone de la médullo-surrénale provoquant une augmentation du rythme cardiaque, de la fréquence ventilatoire et de la glycémie
Glande médulosurrénale : structure contenue dans la glande surrénale (située au-dessus du rein) responsable de la production d’adrénaline
Hypothalamus : structure du cerveau impliquée dans de nombreuses fonctions (comportement sexuel, émotion, faim, soif, sommeil…)
Hypophyse : glande située dans le cerveau et reliée à l’hypothalamus
Système limbique : partie du système nerveux central comprenant hypothalamus, amygdale, hippocampe et cortex préfrontal qui joue un rôle important dans le comportement et les émotions
B. Réponse plus tardive à un agent stresseur (phase de résistance) et retour à l’équilibre (phase de résilience)
Activité 27 : La réponse tardive à un agent stresseur
Lorsque l’agent stresseur est détecté, l’hypothalamus libère une hormone, la CRH, qui stimule la sécrétion par l’hypophyse d’une autre hormone, l’ACTH. L’ACTH provoque la libération de cortisol par les glandes corticosurrénales. Parmi ses nombreux effets, le cortisol facilite la libération de glucose et inhibe certains aspects de la réponse immunitaire.
Le cortisol se fixe également sur des récepteurs situés sur l’hypothalamus et l’hypophyse, ce qui provoque l’inhibition du complexe hypothalamo-hypophysaire qui libère alors moins de CRH et d’ACTH. Les corticosurrénales sont donc moins stimulées et libèrent moins de cortisol. Ainsi le cortisol limite sa propre sécrétion : on parle de rétrocontrôle négatif. Ce dernier participe à la résilience car il favorise le rétablissement des conditions de fonctionnement durable de l’organisme.
Point vocabulaire
Cortisol : hormone de la corticosurrénale augmentant la glycémie et inhibant le système immunitaire
CRH : hormone hypothalamique agissant sur l’hypophyse et stimulant indirectement la sécrétion de cortisol par la corticosurrénale
Glande corticosurrénale : structure contenue dans la glande surrénale (située au-dessus du rein) responsable de la production de cortisol
Rétrocontrôle négatif : un élément en aval d’une voie de contrôle régule négativement un élément situé plus en amont
Fin du programme des écrits
Mais il arrive que le stress devienne permanent (pas de retour à l’équilibre, de résilience)) et déclenche une phase d’épuisement, il peut alors engendrer des problèmes de santé, ainsi 11 millions de français consomment des anxiolytiques pour lutter contre ce stress chronique.
II. Stress : l’organisme débordé dans ses capacités d’adaptation
A. Le stress chronique
Activité 28 : Du stress aigu au stress chronique
L’exposition à des agents stresseurs trop intenses ou répétés provoque une modification du nombre de neurones, de prolongements dendritiques ou de connexions. Cette plasticité, qui touche notamment le cortex préfrontal et le système limbique, réduit les capacités de l’organisme. Elle est qualifiée de plasticité mal-adaptative, car la plasticité cérébrale qui d’habitude est une capacité avantageuse dans l’adaptation de l’individu à son milieu de vie, est ici un inconvénient dans ce contexte particulier. Cela peut entrainer des troubles de l’attention, de la mémoire et des performances cognitives.
L’apparition du stress chronique dépend de chaque individu, de la durée et de l’intensité des agents stresseurs.
Point vocabulaire
Anxiolytique : qui diminue l’anxiété
Plasticité mal-adaptive : modifications phénotypiques qui ne correspondent pas à un fonctionnement normal de l’organisme
Stress chronique : réponse de l’organisme à des stimuli stressants intenses et persistants
Que faire pour diminuer le stress chronique et ainsi traiter les pathologies associées ?
B. Des pratiques pour favoriser la résilience du système d’adaptation
Activité 29 : Favoriser la résilience du système d'adaptation
Les benzodiazépines, qui activent les récepteurs à GABA (neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux), sont des traitements médicamenteux dont les effets favorisent le sommeil, réduisent l’anxiété et l’épuisement lié au stress chronique. Ils favorisent ainsi la résilience. La consommation de benzodiazépines doit suivre un protocole rigoureux car elle peut entrainer des effets indésirables (sédation, troubles de l’attention…).
Des pratiques non médicamenteuses (entrainement, sophrologie, méditation, sport…) peuvent également diminuer l’anxiété, améliorer les performances cognitives et favoriser la résilience. Leur efficacité est prouvée et il n’y a pas d’effet secondaire.
Point vocabulaire
Benzodiazépines : molécule médicamenteuse à effet anxiolytique se fixant sur les récepteurs eau GABA et potentialisant leur effet
GABA : Acide γ(gamma)-amino-butyrique, neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central
