Quelques aspects de la réponse au stress en classe de terminale spécialité

par Fabrice Pellegrin

  • Partie « Comportements et stress: vers une vision intégrée de l’organisme »
  • Notions fondamentales : « L’adaptabilité de l’organisme face aux perturbations de l’environnement. »
  • Compétences : concevoir, créer. Utiliser le numérique.
  • Activité synchrone ou asynchrone, hybride ou pas.

Le logiciel s’ouvre sur une première page appelée « la réponse immédiate à un agent stresseur » suivie d’une seconde page qui aborde «  le contrôle de la sécrétion du cortisol ».

Page 1 de l’application :

Elle permet de mettre en évidence les modalités de la sécrétion d’adrénaline, ses conséquences et son origine. Quatre graphiques permettent de visualiser la réponse primaire à un stress symbolisé par un serpent. Ces graphiques représentent les variations de la concentration d’adrénaline, de cortisol et de glucose sanguin ainsi que la fréquence cardiaque. Quatre boutons permettent d’enregistrer les valeurs des différents paramètres en fonction :

  • de la présence d’un agent stresseur.
  • d’une insuffisance de la médullosurrénale.
  • d’une insuffisance de la corticosurrénale.
  • d’une section des nerfs splanchniques.

 

Le bouton stress fait apparaitre un serpent, symbole d’une agression potentielle. Le bouton résultat permet d’enregistrer les variations des paramètres suscités. A noter que les résultats obtenus avec le stress comme unique modification se déroulent sur un laps de temps inférieur à la totalité de l’enregistrement : ceci permet de mieux visualiser les conséquences du stress et le retour à la normale lorsque l’agent stresseur disparait.

Une seringue permet de manipuler deux hormones qui peuvent être injectées via une poche de perfusion : cette poche permet de délivrer une quantité constante d’hormone.

Toute manipulation de la seringue et des boutons « lésions » nécessite d’actionner le bouton « retour » avant toute nouvelle mesure.

Un zoom, en bas à droite de l’écran, montre sommairement l’organisation et la localisation  des glandes surrénales. Un autre zoom montre la connexion entre les cellules chromaffines et les terminaisons nerveuses du nerf splanchnique.

Au dessus se trouve un schéma cerveau moelle épinière simplifié comportant uniquement quelques structures impliquées dans l’étude du stress.

Un stimulateur est présent. C’est le bout de l’électrode rouge qui est réactif lorsque celui-ci se trouve au contact soit des bouts centripète ou centrifuge du nerf sectionné soit de l’hypothalamus. Les autres zones ne sont pas programmées. Le stimulateur est doté de son propre bouton de stimulation. Son écran affiche le nom de la zone stimulée. Il ne peut pas être utilisé simultanément avec la seringue. Il est autonome et ne nécessite pas d’actionner le bouton « retour » entre chaque mesure.

 

Les différentes injections possibles associées aux études des insuffisances des glandes surrénales permettent de mettre en évidence le rôle de l’adrénaline aboutissant à l’état de stress primaire.

La section du nerf associée à l’utilisation du stimulateur permet de mettre en évidence la chaine nerveuse à l’origine de la sécrétion d’adrénaline.

 

Dans cette première page, la stimulation de l’hypothalamus ne provoque pas la sécrétion de cortisol. C’est un choix délibéré pour ne pas alourdir l’application. Au cours de la phase d’alarme, les messages nerveux issus du système limbique parviennent à l’hypothalamus et deux voies coexistent ensuite :

– ces messages nerveux gagnent le tronc cérébral et aboutissent à la moelle épinière, puis au nerf splanchnique (mais aussi au cœur, aux muscles lisses, aux bronches via une deuxième voie)

– ces messages nerveux parviennent au noyau para-ventriculaire de l’hypothalamus (zone hypophysiotrope de l’hypothalamus) qui sécrète le CRH. Peut-être indiquer dans la fiche distribuée aux élèves qu’il y a plusieurs zones hypothalamiques et que la sonde n’est active que sur la première.

 

Exemples :

Les différentes insuffisances associées au stress permettent de connaitre l’origine de ces 2 hormones.  Par exemple, une lésion de la corticosurrénale suivie d’une injection de cortisol permet de mettre en évidence l’origine du cortisol.

La section du nerf splanchnique montre que la médullosurrénale est contrôlée par ce même nerf. La stimulation du bout centripète après section rétablit la sécrétion d’adrénaline.

Le stimulateur permet également de montrer que c’est l’hypothalamus qui contrôle la médullosurrénale via le nerf splanchnique. L’électrode rouge du stimulateur peut être positionnée sur l’hypothalamus afin de l’activer. Cette stimulation provoque la décharge d’adrénaline, sauf si le nerf est sectionné.

 

La page 2 :

Elle permet d’étudier la voie du cortisol. C’est la seconde phase de la réponse. A l’instar de la page 1, une seringue permet d’injecter une hormone parmi trois : le cortisol, l’ACTH et le CRH. Un bouton fait aussi apparaitre un serpent, agent stresseur.

Les conséquences de 2 lésions sont observables : l’hypophyse et l’hypothalamus. Ces lésions peuvent être associées. Le terme « lésion » a été choisi afin de laisser le choix d’indiquer une pathologie associée.

Le stimulateur possède encore son propre bouton de stimulation et son écran affiche d’une part la zone stimulée et d’autre part les lésions éventuelles.

Les différentes stimulations des aires limbiques montrent qu’elles sont toutes impliquées dans la réaction au stress. L’hippocampe, dans cet exemple, joue plutôt un rôle modérateur à l’inverse de l’amygdale et du cortex préfrontal.

Une injection de cortisol, sans lésion, avec ou sans stress, permet de mettre en évidence le mécanisme de retour à l’état physiologique de repos : le rétrocontrôle négatif. A noter que le caractère pulsatile de la sécrétion de cortisol disparait en état de stress.

Les différentes injections possibles associées aux études des lésions permettent de mettre en évidence la cascade hormonale aboutissant à l’état de stress secondaire.

La stimulation des différentes zones cérébrales permet de mettre en évidence l’origine et la modulation de la réponse. Elle permet également de montrer que l’hypothalamus représente la « charnière » entre le système limbique et hormonal.

 

Exemple 2 :

La lésion de l’hypothalamus montre une chute de tous les paramètres mesurés, avec ou sans stress. La lésion de l’hypophyse montre une chute de la concentration en ACTH et cortisol alors que la concentration en CRH augmente. Celle-ci augmente encore avec l’agent stresseur. Une injection d’ACTH après lésion de l’hypophyse rétablit les valeurs initiales : ceci prouve que l’hypophyse sécrète l’ACTH. Une injection de CRH après lésion de l’hypothalamus rétablit toutes les valeurs d’origine et montre que celui-ci sécrète le CRH.

Ces différentes observations prouvent que le CRH contrôle l’ACTH.

 

Exploitation pédagogique :

Plusieurs scénarii sont envisageables afin d’exploiter le logiciel.

  Expérience Résultat Interprétation
1 Section des nerfs + stress. La concentration d’adrénaline n’augmente pas, ou très peu. La sécrétion d’adrénaline est contrôlée par le nerf splanchnique.
2 Stimulation centrifuge du nerf splanchnique.
3

Pour la page 1, il est possible de demander aux élèves de faire, dans un premier temps, le constat que le stress provoque plusieurs modifications en comparant les résultats obtenus en phase de stress et de repos. Ensuite, demander aux élèves de préciser l’origine, le mode d’action et le contrôle de la sécrétion d’adrénaline. Pour cela, la présentation de leur travail sous forme d’un tableau est possible. Les différentes lignes du tableau devront suivre un enchainement logique :

 

Un schéma bilan peut être demandé en conclusion. Ce schéma peut être distribué vierge ou pas.

Il est possible, à la place du tableau, de demander aux élèves de retrouver toute la cascade des événements qui aboutissent à la sécrétion d’adrénaline en expliquant ce qui a motivé le choix des expériences à réaliser.

Pour la page 2, il est possible de donner aux élèves un schéma bilan (voir ci-dessous) en leur demandant d’exploiter les fonctionnalités du logiciel afin de prouver l’exactitude de l’ensemble des différentes informations contenues dans ce schéma.

La multiplicité des expérimentations possibles amène l’élève à élaborer une démarche de résolution cohérente afin de répondre au problème. Cette démarche nécessite de formuler des hypothèses, d’envisager les résultats possibles avant d’expérimenter. Un retour à la page 1 est parfois nécessaire. La résolution du problème global se fait alors par étapes successives.

 

Lien vers l’application en ligne sur le site de l’auteur