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Une boucle de régulation nerveuse

Corps humain et santé

Lycée Général et technologique

2de

Introduction

Organisation des séances

Scénario organisé en 2 séances pour un total de 2h00.

  • Séance 1 : 1h00

  • Séance 2 : 1h00

Objectifs visés

  • Mettre en place la boucle réflexe du contrôle nerveux de la fréquence cardiaque (dont la pression artérielle dépend).
  • Identifier les acteurs anatomiques mis en jeu dans ce contrôle.
  • Rendre fonctionnelle cette boucle de régulation dans le cadre d’événements perturbateurs.

Pré-requis

Notions acquises en 4e

  • La commande nerveuse d’un mouvement : du récepteur sensoriel à la réponse de l’effecteur.
  • La communication chimique (transmission synaptique) entre neurones ou entre un neurone et un effecteur.

Capacités requises/Compétences acquises à l’entrée en seconde

  • Connaître les étapes essentielles d’une démarche d’investigation.
  • Se questionner, formuler un problème scientifique.
  • Formuler des hypothèses recevables au regard du contexte étudié.
  • Valider ou invalider ces hypothèses à partir d’observations, d’expériences et de l’exploitation de résultats expérimentaux.
  • Raisonner, modéliser.
  • Utiliser des outils d’observation en sciences.
  • Communiquer à l’aide de langages et d’outils adaptés.
  • S’approprier un environnement numérique de travail.

Séance 1

Durée

1h00

Situation déclenchante

Au cours d’une démarche expérimentale précédente, les élèves ont pu réaliser des mesures de variations de la fréquence cardiaque (et de la pression artérielle) avant, pendant et après un effort. La séquence Corpus « Les modifications physiques à l’effort » permet de raviver les acquis et rappelle que toute activité physique exige, pour sa bonne réalisation, une adaptation cardiaque rapide. L’existence d’un mécanisme interne capable de réguler l’activité cardiaque est ainsi suggérée et l’hypothèse d’un contrôle par le système nerveux spontanément émise par certains élèves.

Problème

Quels sont les acteurs anatomiques impliqués dans ce contrôle nerveux de l’activité cardiaque ? Comment est établie cette régulation nerveuse ? Quelles en sont les caractéristiques principales ?

Supports

Logiciel de modélisation de la régulation de la pression artérielle de l’académie de Nice : Regulpan

Consigne

La réalisation d’un exercice physique augmente automatiquement le débit cardiaque et, par conséquent, la pression artérielle. A contrario, certaines situations physiologiques peuvent correspondre à une chute brutale de la pression artérielle (c’est le cas notamment d’une hémorragie). Cependant, même si, dans un premier temps, la pression artérielle varie significativement, elle retrouve, dans les instants qui suivent la perturbation, une valeur incluse dans la fourchette de tolérance.

Grâce au logiciel de modélisation proposé, identifiez les structures impliquées dans la régulation de l’activité cardiaque et attribuez à chacun d’elle un rôle précis.

Le compte rendu pendra la forme d’un tableau organisé respectant la consigne.

Activités

Il s’agit ici pour chaque élève de découvrir, à travers l’utilisation autonome du logiciel Regulpan, les structures anatomiques intervenant dans le contrôle nerveux de l’activité cardiaque.

Dans un premier temps, chaque élève peut établir la liste nominative des acteurs mis en jeu. Il identifie ainsi le sinus carotidien, le nerf de Hering, les centres bulbaires, les nerfs sympathiques et parasympathiques, et le cœur.

Pour attribuer un rôle à chaque structure, il peut expérimenter en pratiquant des sections de tel ou tel nerf, puis en exploitant les variations constatées de la fréquence cardiaque et/ou de la pression artérielle. Il découvre l’impact modérateur des nerfs de Hering et parasympathiques, l’impact stimulateur des nerfs sympathiques. Le sinus carotidien est identifié comme structure permettant de détecter les variations du débit cardiaque. Le cœur apparaît comme l’organe effecteur.

Production attendue

Tableau listant les acteurs mis en jeu dans le contrôle nerveux de l’activité cardiaque, avec identification de leur rôle respectif.

Bilan

Cette activité permet de prendre connaissance des structures anatomiques (capteurs, nerfs sensitifs, centres bulbaires, nerfs sympathiques et parasympathiques, cœur) impliquées dans le contrôle nerveux de l’activité cardiaque, et d’identifier leur rôle.

Séance 2

Durée

1h00

Situation déclenchante

Retour sur les acquis de la séquence précédente. L’enseignant utilise le schéma anatomique simplifié présentant les afférences et efférences nerveuses mises en jeu dans le contrôle nerveux de l’activité cardiaque. Ce schéma n’affiche cependant pas les modalités de régulation de l’activité cardiaque lors d’événements perturbateurs (hypo ou hypertenseurs).

Problème

Comment la boucle de régulation de l’activité cardiaque se met-elle en place lors de l’activité physique ? lors d’un événement hypotenseur ? Comment réagissent les centres bulbaires cardiomodérateurs ou cardio-accélérateurs ?

Supports

Logiciel de modélisation de la régulation de la pression artérielle de l’académie de Nice : Regulpan

Consigne

À partir de la séquence Corpus « Le rythme cardiaque » et du logiciel Regulpan, modélisez et décrivez, sous la forme d’un schéma fonctionnel légendé, les mécanismes de régulation de la pression artérielle lors d’un événement hypotenseur (une hémorragie par exemple) ou hypertenseur (les premières secondes d’une activité physique par exemple).

Activités

Chaque élève peut commencer son étude en regardant la séquence Corpus « Le rythme cardiaque », car le contrôle nerveux de l’activité cardiaque y est clairement décrit et explicité. Il choisit ensuite sa situation d’étude (hypo ou hypertension) et la modélise en exploitant le logiciel Regulpan (clampages).

La mise en relation des informations recueillies lui permet de construire et de proposer son schéma fonctionnel légendé, appliqué à la situation choisie (mécanismes nerveux mis en jeu dans la correction de l’hypotension liée à une hémorragie par exemple).

Production attendue

Réalisation d’un schéma fonctionnel légendé présentant les mécanismes de la régulation nerveuse de la pression artérielle mis en œuvre dans le cas d’un événement hypo ou hypertenseur.

Bilan

Ici, chaque élève s’approprie de façon autonome le contrôle nerveux de l’activité cardiaque. La réussite de cette activité exige cependant d’avoir intégré en début de séance les rôles respectifs des différents nerfs impliqués dans cette régulation.

L’étude comparative des productions d’élèves ayant choisi une situation différente (hypo ou hypertensive) leur permet d’intégrer les mécanismes de régulation pour deux contextes opposés, et permet à l’enseignant de travailler la méthodologie associée à la réalisation d’un schéma fonctionnel en SVT.

Conclusion

Ce scénario pédagogique est envisagé sur deux séances pour réaliser un travail complet. La première permet une prise en main du logiciel de modélisation. L’activité engagée ne doit pas poser de problèmes particuliers.

La seconde exige plus d’autonomie et d’initiatives de la part des élèves. La réalisation d’un schéma fonctionnel nécessite en effet la mobilisation d’acquis méthodologiques du collège. L’activité propose de s’appuyer sur le logiciel et la séquence Corpus « Le rythme cardiaque », car cette dernière explicite clairement les mécanismes de régulation mis en jeu lors d’événements hypo ou hypertenseur. L’élève doit être capable de transférer ces données vers sa production personnelle.

L’enseignant pourra rappeler que cette étude porte sur quelques éléments de régulation, qui font en outre partie d’un ensemble beaucoup plus complexe, étudié ultérieurement dans un niveau de classe supérieur.

Vidéos utilisées

Suggestion de scénarios pédagogiques