Contexte
La plupart de nos expériences de physiologie humaine ont porté sur le système nerveux volontaire (Neurosciences neuromusculaires) ou sur la perception (Neurosciences sensorielles) ; mais ici nous allons parler de la partie » involontaire » du système nerveux, le système nerveux autonome. Le système nerveux autonome contrôle des choses dont nous sommes à la fois conscients et inconscients, mais sur lesquelles nous n’avons généralement pas beaucoup de contrôle : la digestion, l’homéostasie, la transpiration, la pression sanguine, le rythme cardiaque, et bien d’autres encore. Il est traditionnellement divisé en deux systèmes, la division sympathique (qui active la réponse inventée « combat ou fuite ») et la division parasympathique (qui active la réponse également inventée « repos et digestion »).
Nous pouvons étudier les effets de l’activation nerveuse sympathique en mesurant la fréquence cardiaque. Dans notre précédente expérience sur le cœur, nous avons observé les impulsions électriques du cœur et l’augmentation de la fréquence cardiaque pendant l’effort. Allons un peu plus loin dans la physiologie de la fréquence cardiaque et essayons d’activer spécifiquement la réponse « combat ou fuite » du système nerveux sympathique. Que se passe-t-il en cas de « combat ou fuite » ? Comme vous pouvez l’imaginer, si vous êtes confronté à une menace, disons une grande ombre qui se déplace dans la nuit, le rythme cardiaque augmente, la transpiration commence, la respiration augmente, la digestion est inhibée, les yeux se dilatent, et bien d’autres choses.
Alternativement, le parasympathique active la réponse « repos et digestion », qui effectue le contraire de toutes les choses énumérées ci-dessus (le rythme cardiaque diminue, la digestion s’active, la salivation augmente, etc). Beaucoup de ces réactions dans les systèmes sympathique et parasympathique sont contrôlées par des hormones, qu’il peut être utile de considérer comme des « neurotransmetteurs », mais qui entrent dans la circulation sanguine au lieu de la fente synaptique pour trouver leurs cibles, et au lieu de temps de réponse de 1 ms dans le cerveau, les hormones ont des temps de réponse dans l’échelle des secondes à des minutes sur de multiples structures dans le corps.
Par exemple, lorsque le système nerveux sympathique est activé, l’hypophyse, qui se ramifie anatomiquement de l’hypothalamus dans le cerveau, libère l’hormone adrénocorticotrope (ACTH) dans la circulation sanguine, augmente les niveaux de cortisol, provoquant divers changements physiologiques dont l’augmentation du rythme cardiaque. Simultanément, la glande surrénale, un ganglion neural situé sur les reins, libère la noradrénaline et a un effet similaire sur le cœur.
Pour activer votre système nerveux sympathique, nous allons utiliser le fameux stimulus « eau glacée ». Celui-ci est souvent utilisé dans les études sur la douleur car les humains peuvent le tolérer, tout le monde a déjà eu les mains froides, il n’est pas effrayant et n’entraîne pas de dommages psychologiques, et c’est un bon stimulus modèle facile à reproduire dans les laboratoires du monde entier. Plus vous gardez votre main dans l’eau glacée, plus elle devient douloureuse, activant votre système nerveux sympathique, ce qui entraînera une augmentation du rythme cardiaque.
Maintenant, voyons cela par nous-mêmes !
Téléchargements
Avant de commencer, assurez-vous que vous avez installé le Backyard Brains Spike Recorder sur votre ordinateur. Le programme Backyard Brains Spike Recorder vous permet de visualiser et d’enregistrer les données sur votre ordinateur lorsque vous faites des expériences. Nous avons également construit un document de laboratoire simple pour vous aider à tabuler vos données.
Vidéo
Matériel imprimé
Si vous cherchez un PDF à imprimer et à gribouiller, ou un google doc à modifier, consultez ce dépôt de ressources imprimées ici !
Procédure
Expérience d’eau glacée sur la fréquence cardiaque
Pendant que nous sommes installés pour cette expérience, nous examinons également un autre effet sur la fréquence cardiaque, appelé le réflexe de plongée. Lorsqu’un lion de mer ou un autre mammifère marin plonge, son rythme cardiaque diminue, et les veines et les artères des tissus périphériques et des membres se contractent. Cela limite le flux sanguin vers les organes non liés à la plongée, réduit la consommation d’oxygène du cœur et maintient le flux sanguin vers le cerveau.
Mais saviez-vous que cette réponse existe chez tous les mammifères, y compris vous ? Lorsque de l’eau froide entre en contact avec votre visage et que vous retenez votre respiration, nous pouvons observer le « réflexe de plongée » comme une diminution de la fréquence cardiaque. Nous pouvons faire des variations pour séparer les effets du contact de l’eau sur le visage par rapport au simple fait de retenir sa respiration.
Expérience sur le réflexe de plongée du rythme cardiaque
Remarque : la supervision de l’instructeur est conseillée lorsque vous faites cette expérience en classe
Notes
Idées de projets pour la foire aux sciences
Comme ces expériences sont relativement faciles à réaliser rapidement, vous pouvez rapidement générer un grand ensemble de données dans votre famille ou votre école. Y a-t-il des différences entre les athlètes et les personnes ayant un niveau de forme physique normal ou faible ? Y a-t-il des différences d’âge, des différences entre les étudiants masculins et féminins, etc. Bonnes statistiques !
Nous avons précédemment étudié l’effet de l’exercice sur la fréquence cardiaque. Pourquoi cette réponse au stress provoquée par la glace augmenterait-elle ou non la fréquence cardiaque par des mécanismes physiologiques différents de ceux de l’exercice physique ?
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