INTEGRATION DES TICE DANS L'ETUDE DU REFLEXE MYOTATIQUE CLASSE DE PREMIERE S

     L'étude du réflexe myotatique permet d'intégrer les Technologies de l'Information, de la Communication et de l'Expérimentation grâce à deux outils :

• l'Ex.A.O. (Expérimentation assistée par ordinateur) qui mesure la réponse d'un muscle à son étirement ;
• les logiciels de simulation, qui permettent de mettre en évidence l'intervention du système nerveux puis de déterminer le circuit nerveux impliqué dans la réponse.

    Comment mesurer les caractéristiques de cette réponse et en quoi peut-elle apporter des informations sur le fonctionnement de notre système nerveux ?

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ORGANISATION POSSIBLE DE LA SEQUENCE

    En une séance de Travaux Pratiques de deux heures, les principales notions liées au réflexe myotatique peuvent être abordées en combinant ces deux outils. Ainsi, l'occupation de la salle informatisée en SVT est « rentabilisée » mais surtout l'élève est placé en situation de construction de son savoir dont l'efficacité dépendra de la stratégie expérimentale mise en œuvre.

Objectifs de connaissances :

• support anatomique fonctionnel du réflexe myotatique ;

Objectifs de méthodes :

• obtention d'électromyogrammes humains par percussion ;
• construction d'une démarche expérimentale visant à établir les voies du réflexe myotatique ;
• exploitation de ces enregistrements dans un but explicatif.

Moyens/Matériel :

• marteau à réflexe myotatique, alcool à 70° et coton ;
• poste ExAO, périphériques électrophysiologiques, électrodes autocollantes, marteau réflexe, logiciel adapté ;
• ordinateurs avec logiciel de simulation « synapses » ou autre.

• enregistrement du réflexe myotatique par rotation de binômes :
- 1 élève est le sujet d'étude
- 1 élève manipule la chaîne Ex.A.O.
- durée totale de la manipulation : 5 à 10 minutes, incluant le temps de sauvegarde et d'impression du résultat si une fiche technique adaptée est à disposition des élèves.
• simulation d'expériences de démédullation, sections et stimulations nerveuses sur des animaux virtuels et leurs interprétations par les autres binômes pour le reste du temps.

APPORT DE L'EX.A.O. APPLIQUEE AU REFLEXE MYOTATIQUE ACHILLEEN

1. Précautions initiales

• vérifier la bonne mise à la terre de l'installation afin d'éviter les courants parasites de 50 Hz ;
• ne pas faire toucher par l'élève d'objet métallique (cadre de chaise ou de table) pour la même raison ;
• préparer le montage en plaçant les électrodes sur la peau nue nettoyée à l'alcool au-dessous du niveau du soléaire = muscle du mollet (attention : un système pileux développé diminue l'adhésion des électrodes) ;
• une goutte de gel d'électrophysiologie peut être ajoutée au centre de l'électrode qui aurait un peu séché ;
• vérifier les bonnes valeurs aux divers paramètres de mesure (calibre 1,5 mV par exemple chez Orphy…) ;
• placer le sujet debout devant une chaise tournée vers lui, genou plié sur la chaise, pied à l'extérieur ;
• tester le déclenchement du tracé par le marteau réflexe en percutant la table ; en profiter pour rechercher et marquer la zone de la tête du marteau la plus sensible au déclenchement : inutile de meurtrir le tendon d'Achille !

2. Type de tracé obtenu

Le montage expérimental n'est pas détaillé puisqu'il dépend des interfaces utilisées. Cependant toutes utilisent le même principe : des électrodes réceptrices collées sur le muscle du mollet enregistrent l'électromyogramme consécutif à une percussion appliquée au tendon d'Achille. Le marteau utilisé déclenche l'enregistrement, assurant sa synchronisation avec le moment du choc.

 Exemple de tracés obtenus (interface Orphy - Pierron) :

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3. Exploitation des tracés obtenus

Il est possible d'approcher la vitesse de propagation du message nerveux par quelques approximations et l'information suivante

“Un muscle étiré, par exemple lors d'un choc sur son tendon, s'oppose à son étirement : c'est la réponse enregistrée au niveau du muscle quadriceps sural à la suite de la percussion du tendon d'Achille. Mais ce muscle quadriceps sural ne répond plus lorsqu'une lésion affecte la moelle épinière au niveau de la ceinture ; par contre, elle persiste si la lésion est située plus haut.”

 Deux mesures peuvent être réalisées :

• mesure du temps séparant le choc de la réponse musculaire : t = 28 ms ici ;
• mesure de la longueur d du circuit mis en en jeu :

- point de départ : tendon d'Achille (lieu du choc) ;
- passage par :  la moelle épinière au niveau de la ceinture ;
- point de retour :  emplacement des électrodes réceptrices.

Remarque :
 Il peut être utile de combiner cet enregistrement à celui de l'activité de muscles antagonistes ; dans ce cas il faut compter 5 à 10 minutes par rotation sur un poste Ex.A.O.
 

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APPORT DES LOGICIELS DE SIMULATION APPLIQUES AU REFLEXE MYOTATIQUE

Plusieurs logiciels proposent des simulations de ce type. Deux seront exploités ici :

• Winsynapses, commercialisé par le CRDP de Versailles
• Flexion, logiciel libre de droit dans le cadre d'une utilisation pédagogique non commerciale, et élaboré par …..

Ce logiciel, déjà ancien, est édité par le Carfi de Versailles. Très complet, il permet d'aborder de nombreuses notions. Nous nous limitons à celles que l'on peut aborder au cours de cette séance consacrée au réflexe myotatique.
 
 

• Pages d'accueil du logiciel

Fig.1A
 

      Fig.1B

Un clic gauche sur la flèche de l'angle supérieur droit (fig.1A) conduit aux choix possibles (fig.1B).

Deux échelles d'étude sont offertes :
- Etude d'ensemble : au niveau organique, accessible par une dissection ;
- Etude détaillée : au niveau cellulaire par étude de l'activité des neurones et de leurs fibres.

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• Accès au montage expérimental

Dans la moitié gauche est présenté le montage expérimental : le muscle extenseur du pied d'une grenouille décérébrée est détaché de son point d'insertion inférieure et relié à une jauge de contrainte fixée à un socle pouvant s'abaisser de 0, 1, 2 ou 3 mm au choix de l'expérimentateur et reproduisant l'étirement subi par le muscle lors du choc sur le tendon.

Dans la moitié droite s'affichent les enregistrements des effets éventuels de l'étirement du muscle sur (de bas en haut) :
- son niveau augmentation de longueur (écran “étirement”) ;
- son degré de tension = tonus  (écran “mécanogramme”) ;
- son activité électrique ou l'activité électrique des structures nerveuses associées (écran “électrogramme) selon la position des électrodes d'enregistrement : on aura donc un électromyogramme ou un électroneurogramme selon le cas.

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• Une activité possible : la recherche des composantes physique et biologique du réflexe myotatique

Il peut être utile pour répondre à cette interrogation de rappeler que ce muscle est innervé par un nerf rachidien lui-même relié à la moelle épinière par une racine nerveuse dorsale et une racine nerveuse ventrale (fig.1D).
 

Fig.1D

1 : moelle épinière 2 : racine nerveuse dorsale 3 : nerf rachidien 4 : racine nerveuse ventrale 5 : muscle gastrocnémien, extenseur du pied 6 : tendon du gastrocnémien, relié à la jauge de contrainte

 L'élève peut être amené à proposer un protocole expérimental. Pour des raisons de temps, le protocole peut être limité aux deux conditions expérimentales extrêmes :
- aucun étirement ;
- étirement maximal de 3 mm.
 

• Exemples de résultats obtenus dans le cas d'une démédullation :

	Etirement imposé au muscle 0 mm	Etirement imposé au muscle 3 mm
Grenouille décérébrée
Grenouille décérébrée, démédullée

Il est alors facile de :
- mettre en évidence le rôle de la moelle épinière dans la réponse musculaire (cf. affirmation donnée dans le module Ex.A.O.) ;
- montrer la part minoritaire mais réelle de la réponse « mécanique » due à l'élasticité du muscle, et la part majoritaire de la réponse « biologique » ;
- d'introduire la notion de réflexe, cette réponse musculaire étant répétitive et stéréotypée.

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• Une autre activité envisageable : la détermination du circuit nerveux impliqué dans le réflexe myotatique

Par exemple, les observations de modification d'activité au cours de l'étirement peuvent être codées dans les tableaux de façon relative de la manière suivante :

 L'élèvre devra connaître, en cas de section de voies nerveuses, les termes suivants :
- bout central ;
- bout périphérique.

Pour les mêmes raisons que précédemment, on peut limiter l'étude aux deux conditions expérimentales extrêmes :
- aucun étirement ;
- étirement maximal de 3 mm.

Les étapes du cheminement suivi sont mémorisées dans le « livre » et consultables par l'élève mais aussi le professeur (fig.1F et 1G) : la stratégie utilisée peut être alors l'objet d'une évaluation.

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• Tableau récapitulatif possible :

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• Proposition de schéma de synthèse à compléter :

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• Evaluation possible :

•  Autres possibilités offertes par « Winsynapses » :

2.  « Flexion » d'Amiens (Philippe Consentino)

Logiciel téléchargeable sur le site académique. Ce logiciel vise à la reconstitution des voies nerveuses impliquées dans le réflexe myotatique.  Son emploi, simple, est intuitif.
 
 

• Page d'accueil du logiciel

Fig.2A

Remarque : l'option "Grenouille décérébrée" est obligatoire (elle ne peut être décochée).
 

L'option « Afficher la légende » précise le support anatomique sur lequel l'élève travaillera (fig.2B).

• Accès aux conditions expérimentales et aux expériences :

    Les expériences consistent à :
- pincer l'extrémité du membre postérieur droit ;
- stimuler électriquement différentes zones anatomiques prédéterminées.

Cet accès se fait directement à partir de la page d'accueil :
 

Conditions expérimentales	Expériences
« Déméduller » : les conséquences anatomiques sont représentées aux deux échelles d'observation.	« Pincer » : une flexion du membre postérieur droit peut ou non être obtenue selon les conditions expérimentales choisies.
« Sectionner » : trois zones de section sont proposées.	« Stimuler électriquement » : six zones de stimulation sont proposées.

l'onglet « Conditions » :

l'onglet « Expériences » :

• Synthèse attendue :

Fig.2D

3. « Flexion » de Nice

Logiciel téléchargeable sur le site académique. Ce produit est une variante du précédent, qui vise également à la reconstitution des voies nerveuses impliquées dans le réflexe myotatique. Son emploi, simple, est intuitif.
 

• Page d'accueil du logiciel

L'option « Afficher la légende » précise le support anatomique sur lequel l'élève travaillera (fig.3B).

Fig.3B

• Accès aux conditions expérimentales et aux expériences :

    Les conditions expérimentales seront définies par l'élève en fonction de sa stratégie, mais toutes portent sur une grenouille décérébrée (condition implicite et obligatoire). Il est possible de :
- déméduller ;
- sectionner des voies nerveuses.

Les expériences consistent à :
- pincer l'extrémité du membre postérieur droit ;
- stimuler électriquement différentes zones anatomiques prédéterminées.

Cet accès se fait directement à partir de la page d'accueil :
 
 

Conditions expérimentales	Expériences
« Déméduller » : les conséquences anatomiques sont représentées aux deux échelles d'observation.	« Pincer » : une flexion du membre postérieur droit peut ou non être obtenue selon les conditions expérimentales choisies.
« Sectionner » : trois zones de section sont proposées.	« Stimuler électriquement » : six zones de stimulation sont proposées.

•  Synthèse attendue :

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