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SV-A L'organisme vivant en lien avec son environnement (BCPST 1 et 2) |
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SV-B Interactions entre les organismes et leur milieu de vie (BCPST 1 et 2) |
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SV-C La cellule dans son environnement (BCPST 1) |
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SV-D Organisation fonctionnelle des molécules du vivant (BCPST 1) |
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SV-E Le métabolisme cellulaire (BCPST 1) |
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SV-F Génomique structurale et fonctionnelle (BCPST 1 et BCPST 2) |
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SV-G Reproduction (BCPST 2) |
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SV-H Mécanismes du développement : exemple du développement du membre des Tétrapodes (BCPST 2) |
SV-I Communications intercellulaires et intégration d'une fonction à l'organisme (BCPST 2) IntroSV-I Communications intercellulaires et intégration d'une fonction à l'organisme (BCPST 2)
Le fonctionnement d'un organisme pluricellulaire repose sur la coopération entre différents tissus, organes et appareils. La coordination des différentes structures est fondée sur des communications entre cellules par le biais de messagers chimiques ou de signaux électriques. Les modalités et les exemples de communication intercellulaire abordés sont choisis parmi les contrôles développés dans les différentes parties du programme.
Dans cette partie, l'intégration d'une fonction à l'échelle d'un organisme est conduite à partir de l'exemple de la fonction circulatoire chez les Mammifères. L'étude de la circulation sanguine systémique est l'occasion de développer les principes d'une régulation et d'une adaptation physiologique à partir de l'étude de la pression artérielle.
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SV-I-1 Intégration d'une fonction à l'échelle de l'organisme : la circulation sanguine chez les Mammifères |
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La circulation sanguine est un système de distribution à haut débit du sang (plasma et éléments figurés). Le système circulatoire sanguin des Mammifères est organisé par deux circulations en série : circulation systémique et circulation pulmonaire.
Les artères, réservoir de pression, distribuent le sang aux réseaux de capillaires.
Les capillaires constituent la surface d'échanges entre le sang et le milieu interstitiel selon trois grandes modalités : transports transmembranaires, transcytose et filtration-réabsorption. Les veines collectent le sang et constituent un réservoir de volume.
La pression artérielle moyenne est la résultante de paramètres circulatoires (débit et résistance vasculaire) dépendants des activités cardiaque et vasculaire.
Précisions et limites :
L'étude histologique et anatomique porte sur les artères musculaires, artérioles, veines musculaires et capillaires continus.
La présence de cellules dans le sang est citée sans développement.
Le coeur est un muscle à rôle de pompe qui met le sang sous pression ; il est à l'origine du débit sanguin global.
Le coeur présente un fonctionnement cyclique caractérisé par une succession de systoles et de diastoles.
Le cœur présente un automatisme de fonctionnement, conséquence des propriétés du tissu nodal. Ce dernier a la capacité de générer, de façon cyclique, des potentiels d'action. Ces derniers sont propagés au sein du tissu de conduction et génèrent des potentiels d'action dans le tissu musculaire cardiaque. Ceux-ci provoquent la contraction du cœur selon la séquence caractéristique du cycle cardiaque.
Précisions et limites :
L'étude des potentiels d'action est limitée à celui généré par le noeud sinusal.
La technique d'électrocardiographie n'est pas exigible.
Le couplage excitation/contraction des cardiomyocytes n'est pas au programme.
La pression artérielle moyenne est maintenue dans une gamme de valeurs restreinte, variable selon les individus et les conditions, par des mécanismes de régulation.
Le baroréflexe rectifie les écarts à la valeur de consigne de la pression artérielle mesurée à partir de récepteurs. Les centres intégrateurs, situés dans le système nerveux central, modifient l'activité des effecteurs cardiaque et vasculaires. Les informations vers les effecteurs transitent par les nerfs sympathiques et parasympathiques du système nerveux autonome.
Précisions et limites :
Dans le cadre du baroréflexe, on ne discute que des barorécepteurs de haute pression.
On se limite à présenter les voies centripètes et centrifuges du système nerveux autonome sans détailler les centres intégrateurs du système nerveux central et les relais ganglionnaires.
Dans le cas de l'adaptation à l'effort physique, les débits globaux et locaux sont modifiés par des changements d'activité des effecteurs cardiaque et vasculaires.
Les changements d'activité des effecteurs cardiaque et vasculaires sont le produit de contrôles nerveux, hormonaux et paracrines.
Des récepteurs vasculaires et musculaires informent les centres intégrateurs de l'état physiologique de l'organisme au cours de l'effort.
Les boucles de contrôle forment ainsi des réseaux interconnectés modifiant l'activité des effecteurs en fonction de la situation.
Précisions et limites :
Le contrôle local est limité aux facteurs de l'hyperhémie active et au monoxyde d'azote.
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- Caractériser l'organisation histologique et anatomique des différents vaisseaux de l'organisme à l'aide de préparations microscopiques et d'électronographies.
- Relier les caractéristiques des vaisseaux sanguins à leurs propriétés fonctionnelles (débit, vitesse et pression sanguins, résistance vasculaire, compliance).
- Expliquer l'importance fonctionnelle de l'organisation en dérivation de la circulation systémique.
- Représenter les échanges capillaires par filtration-réabsorption selon le schéma de Starling et discuter de leur importance pour l'homéostasie du milieu intérieur.
- Utiliser la loi de Hagen-Poiseuille pour modéliser les relations entre pression et débit sanguins à l'échelle d'un vaisseau et à l'échelle de la circulation systémique (en incluant un paramètre de résistance périphérique totale).
- Définir la relation entre pression artérielle moyenne et pression artérielle différentielle.
- Sur un coeur de Mammifère :
• identifier les différentes cavités et valvules ;
• reconnaître les vaisseaux en connexion avec les cavités cardiaques ;
• expliquer la circulation unidirectionnelle du sang à partir de l'analyse des dispositifs anatomiques.
- À partir d'une préparation microscopique, présenter l'organisation fonctionnelle du tissu myocardique contractile.
- Relier les étapes du cycle cardiaque au rôle de pompe du coeur.
- Mettre en relation débit cardiaque, fréquence cardiaque et volume d'éjection systolique.
- Relier la localisation des structures impliquées dans l'automatisme et les vitesses de propagation de l'excitation cardiaque avec la séquence de contraction.
- Relier les caractéristiques du potentiel d'action des cellules du noeud sinusal aux variations de conductances ioniques constatées.
- Analyser des résultats expérimentaux afin d'identifier la nature et le rôle des différentes composantes de la boucle de régulation du baroréflexe.
- Expliquer les mécanismes du contrôle de la fréquence cardiaque jusqu'à l'échelle cellulaire et moléculaire.
- Mettre en relation les variations des différents paramètres circulatoires au cours d'un effort physique (pression artérielle moyenne, résistance périphérique, débit cardiaque, débits sanguins dans les différents organes).
- Justifier la notion d'adaptation physiologique à partir de l'analyse des conséquences des modifications du débit global et local sur la pression artérielle.
- Identifier les composantes des systèmes de contrôle globaux et locaux impliqués dans l'adaptation à l'effort physique.
- Caractériser différentes périodes de contrôles : au début de la période d'effort, pendant l'effort puis à la fin de la période d'effort.
Liens :
Fonctions de nutrition d'un organisme animal, boucle de régulation (SV-A-1)
Organisation fonctionnelle de l'appareil respiratoire pulmonaire, relations entre convections externe et interne, rôle de l'hémoglobine dans le sang (SV-B-1) |
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SV-I-2 Communications intercellulaires chez les Métazoaires |
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SV-J Populations et écosystèmes (BCPST 1) |
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SV-K Évolution et phylogénie (BCPST 1 et BCPST 2) |
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