Exercices: Les organes effecteurs

Nommer les deux types d'organes effecteurs qui exécutent les réponses de l'organisme et donner un exemple concret d'action de chacun face à une même situation de danger.

Expliquer ce que sont les hormones, quels organes les produisent et comment elles parviennent jusqu'aux cellules sur lesquelles elles agissent.

Indiquer si ces structures sont des muscles, des os ou des glandes endocrines, et quelle fonction effectrice chacune réalise : biceps, fémur, thyroïde, diaphragme, surrénales.

Expliquer ce qu'est une articulation et citer deux exemples d'articulations du corps humain, en indiquant quels mouvements chacune permet.

Nommer les trois parties de l'appareil locomoteur et indiquer la fonction générale de chacune dans le mouvement.

Expliquer ce qu'est une glande endocrine et nommer deux exemples, en indiquant l'hormone produite par chacune et son effet principal.

Indiquer si ces affirmations sont vraies ou fausses et justifier la réponse : a) les muscles squelettiques déplacent les os en les poussant ; b) le squelette protège aussi des organes fragiles ; c) les hormones parviennent aux organes sur lesquels elles agissent par l'intermédiaire du sang.

Expliquer la différence entre les muscles volontaires et les muscles involontaires, et donner un exemple de chaque type.

Décrire comment les os, les articulations et les muscles collaborent lorsque vous fléchissez le bras pour soulever une bouteille d'eau, en indiquant ce que chaque élément apporte au mouvement.

Les schémas A et B représentent le même bras avec les deux muscles qui font bouger l'avant-bras, repérés par ? : dans chaque cas, l'un apparaît épaissi (contracté) et l'autre étiré (relâché). Indiquer quel muscle (biceps ou triceps) est contracté sur chaque schéma et, sachant que les muscles squelettiques ne peuvent que tirer, et non pousser, expliquer pourquoi il faut l'action coordonnée des deux pour plier et étendre l'avant-bras, et comment s'appelle ce type de couples musculaires.

Comparer la réponse musculaire et la réponse hormonale de l'organisme : laquelle est la plus rapide, laquelle dure le plus longtemps, comment le message arrive dans chaque cas, et donner un exemple de la vie quotidienne de chaque type.

Pendant un effort intense, le cœur bat plus vite et la respiration s'accélère. Expliquer pourquoi le travail des muscles exige la collaboration des appareils circulatoire et respiratoire.

Quand il fait très froid, nous frissonnons sans l'avoir décidé. Expliquer de quel type de réponse il s'agit, quels organes effecteurs agissent et pourquoi ces contractions aident à maintenir la température du corps.

Un enfant grandit de plusieurs centimètres en quelques mois sans s'en rendre compte, alors que se lever de la chaise se fait instantanément. Comparer l'action de l'hormone de croissance à celle d'un muscle squelettique en tenant compte de la rapidité, la durée et la manière dont le message arrive.

Lors d'une entorse de la cheville, l'articulation gonfle et fait mal. Expliquer quelles structures de l'articulation peuvent être endommagées quand le pied se tord et pourquoi l'inflammation apparaît dans cette zone.

Les os des enfants plient davantage avant de se casser que ceux des personnes âgées. Relier cette différence à la composition de l'os à chaque âge et expliquer quelles habitudes de jeunesse aident à avoir des os solides durant la vieillesse.

Lors d'une expérience, on administre à un animal de laboratoire un médicament qui bloque de façon spécifique les récepteurs de l'adrénaline des cellules du foie et des bronches, mais ne modifie ni son cœur ni son système nerveux. Face à la présence soudaine d'un prédateur :

1. a) Prévoir quelles difficultés auront ses muscles squelettiques pour soutenir une course intense et prolongée, en justifiant la réponse à partir de la respiration cellulaire et des substances qu'elle requiert.
2. b) Un chercheur affirme : « Comme les nerfs moteurs continuent d'ordonner aux muscles de se contracter, l'animal courra exactement aussi vite et pendant le même temps. » Réfuter cette affirmation en expliquant pourquoi la réponse d'alarme face à un danger nécessite l'action coordonnée du système hormonal et pas seulement du système nerveux.

Dans un laboratoire médical, on analyse la glycémie (concentration de glucose dans le sang) de deux patients à jeun puis deux heures après avoir pris un petit-déjeuner identique, riche en glucides :

• Patient A : 0,9 g/L à jeun → 1,1 g/L deux heures après.

• Patient B : 1,4 g/L à jeun → 2,4 g/L deux heures après.

1. a) Interpréter ces résultats et identifier, en justifiant la déduction, lequel des deux patients présente un dysfonctionnement du pancréas en tant qu'effecteur endocrinien.
2. b) Un camarade de classe soutient : « Le patient qui a les valeurs les plus élevées a plus de glucose dans le sang, donc ses cellules musculaires auront beaucoup plus d'énergie disponible pour faire de l'exercice. » Réfuter son affirmation de façon argumentée en expliquant ce que fait exactement l'insuline dans les cellules cibles et quelle conséquence cellulaire réelle il subit si cette hormone n'est pas administrée.

Un sportif subit une rupture complète du tendon d'Achille, la structure qui relie le muscle jumeau du mollet au calcanéus (os du talon). Lorsqu'il essaie de se mettre sur la pointe des pieds :

1. a) Le muscle jumeau reçoit l'ordre moteur, se raccourcit et gonfle de façon évidente, mais le talon ne se soulève pas du tout du sol. Justifier ce fait biomécanique en expliquant quel maillon de la transmission a cédé et ce qu'il advient de la force générée par la contraction musculaire.
2. b) Un ami du sportif propose : « Pour qu'il puisse marcher pendant sa guérison, bloquons sa cheville avec une botte en plâtre rigide ; ainsi le jumeau pourra s'appuyer sur le plâtre et soulever le talon. » Réfuter cette proposition d'un point de vue biomécanique en expliquant le rôle indispensable que jouent à la fois le tendon et l'articulation mobile dans le système de leviers de l'appareil locomoteur.

Dans le corps humain, l'axe hypothalamo-hypophysaire détecte les niveaux de testostérone dans le sang : si la concentration est élevée, il cesse d'envoyer des signaux stimulateurs aux testicules pour qu'ils arrêtent leur production propre (rétrocontrôle négatif). Un culturiste s'injecte de fortes doses de testostérone synthétique pendant six mois, puis interrompt brusquement sa consommation.

1. a) Prévoir ce qui se sera passé pour la masse et l'activité glandulaire de ses propres testicules au bout de ces six mois. Justifier la prévision à partir du mécanisme de contrôle hormonal décrit.
2. b) Prévoir quel déséquilibre hormonal grave subira ce sportif durant les semaines qui suivent immédiatement l'arrêt brutal du traitement et justifier pourquoi il ne pourra pas retrouver un niveau hormonal normal le lendemain de l'arrêt.

Le tissu osseux n'est pas inerte : il est continuellement détruit et reformé. La masse osseuse atteint sa valeur maximale (« pic de masse osseuse ») vers 25 ans et, à partir de 45 ans, diminue naturellement à un rythme d'environ 1,0 % par an. Si la masse osseuse descend en dessous de 60 unités, le risque de fracture lors de traumatismes légers explose.

• Personne A (a fait du sport régulièrement et a eu une alimentation riche en calcium dans sa jeunesse) : atteint un pic de 100 unités à 25 ans.

• Personne B (sédentaire et avec une carence en calcium dans sa jeunesse) : n'atteint qu'un pic de 75 unités à 25 ans.

1. a) En supposant que toutes deux perdent 1,0 % de leur masse maximale chaque année à partir de 45 ans, calculer la masse osseuse de chacune à 65 ans (après 20 ans de perte). Justifier, à partir des résultats, pourquoi on affirme que les habitudes de jeunesse sont un « investissement » pour la vieillesse.
2. b) Si les deux personnes se fracturent un os à 65 ans, pourquoi mettront-elles beaucoup plus de temps à consolider l'os qu'un enfant de 10 ans ? Justifier la réponse en comparant l'activité des cellules osseuses et la vascularisation aux deux étapes de la vie.

La thyroxine, produite par la glande thyroïde, est l'hormone qui régule le métabolisme de base, c'est-à-dire le rythme auquel les cellules consomment des nutriments et du dioxygène pour obtenir de l'énergie (respiration cellulaire). Dans l'hypothyroïdie, la production de thyroxine est insuffisante.

1. a) Les trois symptômes classiques de l'hypothyroïdie sont une fatigue généralisée, une prise de poids (même sans manger plus) et une intolérance constante au froid. Justifier l'origine biologique de chacun de ces trois symptômes en les reliant directement à la respiration cellulaire.
2. b) Un patient dit au médecin : « Comme je manque d'énergie et que j'ai froid, au lieu de prendre le comprimé quotidien de thyroxine, je vais manger deux fois plus de sucre et utiliser une couverture chauffante. » Réfuter l'idée du patient en expliquant pourquoi augmenter les nutriments ne sert à rien si le message hormonal effecteur fait défaut.

Pour étudier comment interagissent le système nerveux et l'appareil locomoteur, on analyse trois patients présentant des atteintes différentes à une jambe après un mois d'évolution :

• Patient A : a une jambe immobilisée par un plâtre après une fracture de la cheville (les nerfs moteurs et les muscles sont intacts, mais l'articulation ne bouge pas).

• Patient B : a subi une section totale du nerf sciatique qui innerve les muscles de la jambe (les muscles sont déconnectés de la moelle épinière).

• Patient C : a la même lésion nerveuse que le patient B, mais reçoit chaque jour des séances de stimulation électrique externe appliquée directement sur la peau au niveau du muscle, provoquant sa contraction.

1. a) Prévoir chez lequel des trois patients se produira l'atrophie musculaire la plus sévère et la plus rapide, et justifier pourquoi le patient C conserve mieux sa masse musculaire que le patient B malgré la même lésion neurologique.
2. b) Un élève propose : « Pour éviter l'atrophie du patient B, il suffirait de stimuler l'aire motrice de son cerveau avec des électrodes pour qu'elle envoie des ordres plus puissants. » Réfuter cette affirmation en justifiant le trajet anatomique de la réponse motrice depuis le centre nerveux jusqu'à l'effecteur musculaire.

Lors d'un test sur la fonction de relation, on mesure le temps de réaction de deux personnes au son soudain d'une sirène d'évacuation :

• Personne A (premier jour de travail, n'a jamais entendu la sirène et ne connaît pas les voies d'évacuation) : met 4,2 secondes à interpréter le signal et à décider vers quelle porte commencer à courir.

• Personne B (a participé à quatre exercices d'évacuation) : met 0,6 seconde à s'élancer vers la bonne sortie.

1. a) Identifier et ordonner chronologiquement les composants du circuit de relation (récepteur, voies sensitives, centre d'intégration, voies motrices et organes effecteurs) qui interviennent depuis le moment où la sirène retentit jusqu'à ce que la personne fasse sa première foulée.
2. b) Expliquer d'un point de vue biologique pourquoi la personne B réagit sept fois plus vite. Est-ce dû au fait que ses muscles effecteurs se contractent plus rapidement ou à un changement dans le traitement de l'information par ses centres nerveux ? Justifier la réponse en distinguant une réponse consciente non entraînée et un schéma moteur automatisé par l'apprentissage.

Défi du thème. Concevoir son propre laboratoire de neurosciences à la maison pour vérifier comment le corps réagit à différents stimulus. Le produit final sera un court compte rendu comportant un tableau de données, l'analyse biologique du processus et des conclusions.

1. Expérimentation : Demander l'aide d'un proche pour le test de la règle. Votre assistant tiendra une règle de $30\text{ cm}$ par son extrémité supérieure. Placez vos doigts à la base ($0\text{ cm}$) sans la toucher. Lorsqu'elle est lâchée sans prévenir, attrapez-la le plus vite possible. Faites $5$ essais avec stimulus visuel (en regardant la règle) et $5$ autres avec stimulus auditif (yeux fermés, en réagissant à l'ordre « Top ! », que votre assistant dira juste au moment de lâcher la règle).

2. Recueil des données : Noter dans un tableau la distance à laquelle vous l'attrapez (en $\text{cm}$) et calculer la moyenne de chaque modalité, en l'exprimant avec une virgule décimale (par exemple, $15,4\text{ cm}$).

3. Analyse biologique : Décrire le trajet complet de l'information dans les deux cas : identifier le récepteur sensoriel activé, la transmission par le système nerveux et l'organe effecteur qui agit. Justifier de façon argumentée lequel des deux stimulus a provoqué une réponse plus rapide.

Seront évalués :

• La rigueur dans le recueil des données et le calcul correct des moyennes.

• L'identification précise des récepteurs sensoriels, des centres nerveux et des effecteurs.

• Une justification scientifique claire des différences observées entre les deux stimulus.