SVT - TS
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- Thème 3 - Corps humain et santé : Glycémie et diabète
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- Programme TS - BO spécial n°8 du 13 octobre 20122
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Thème 3 - Glycémie et diabète
Pistes d’activités envisageables
Autour de la notion d’enzyme
Origine alimentaire du glucose visant à faire émerger l’action des enzymes digestives
La notion d’enzyme = catalyse biologique, spécificité de substrat
Le
mode d’action des enzymes par la recherche d’explication à la
spécificité de substrat = la nécessité d’un contact entre l’enzyme et
son substrat
Idées pour la classe
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Ressources
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• Concevoir et réaliser des protocoles expérimentaux sur la digestion de l’amidon.
• Concevoir et réaliser des protocoles expérimentaux sur la spécificité enzymatique.
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• Expériences sur la digestion enzymatique, la notion de spécificité et l’influence de l’environnement :
◦ www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article30
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Les
modalités du contact Enzyme-Substrat : le complexe [E-S] (la
configuration tridimensionnelle d’une protéine enzymatique, le site
actif, la complémentarité 3D E-S)
Idées pour la classe
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Ressources
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• Réaliser un TP ExAO de cinétique enzymatique (glucose, glucose oxydase).
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• Utilisation d’une chaîne ExAO
fr/html/peda/svt/catalase/accueil.htm#KLINK
◦ www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article120
◦ www-peda.ac-martinique.fr/svt/tpenzy2.shtml
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Autour des notions de régulation ou d’homéostasie
La
glycémie a une valeur globalement constante au cours de la journée
malgré des apports discontinus (repas, jeûne). Il y a nécessité de
maintenir constant ce paramètre (valeur réglée) pour le bon
fonctionnement des cellules de l'organisme.
Les effecteurs de la glycémie
Idées pour la classe
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Ressources
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• Visualiser et comparer des molécules en 3D
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• Utilisation de Rastop, jmol…
◦ Échos de la science : diabète et obésité : une enzyme clé (N° 320, 05/1999)
◦ Logiciel de simulation pour visualiser les complexes enzymesubstrat
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Les capteurs de la glycémie
Les messagers hormonaux entre capteurs et effecteurs
Idées pour la classe
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Ressources
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• Localiser le foie dans la circulation générale (notion : système porte hépatique)
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• Localisation anatomique foie-pancréas, coupes histologiques foie – pancréas à différents grossissements :
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• Réaliser les expériences foie lavé, muscle lavé
|
• Un protocole d’expérience du foie lavé : http://pedagogie.actoulouse.
fr/svt/serveur/lycee/iprnob/glycemie/html/protocole.htm
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• Réaliser des expériences de mise en évidence de glycogène dans le foie (test à l'eau iodée)
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• Recherche du glycogène dans le foie :
• Mise en évidence et dosage du glycogène par ExAO (colorimétrie) : www.didier-pol.net/3MUSCLE2.html
• Recherche du glucose et du glycogène dans le foie :
www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article108
|
• Réaliser une préparation histologique de cellules hépatiques stockant glycogène
|
• Localisation foie-pancréas, coupes histologiques foie-pancréas :
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• Extraire et exploiter des informations de textes historiques :
Claude Bernard, expérience d'hépatectomie.
|
•
Un catalogue de textes historiques (Claude Bernard) consultables en
ligne (Bibliothèque universitaire de l’université Paris Descartes) :
www2.biusante.parisdescartes.fr/livanc/?cote=extulyonun6030&do=cha
pitre
• Les découvertes capitales du XXe siècle : du « principe » antidiabétique à l’hormone transgénique…
|
• Exploiter des documents montrant les principales voies métaboliques dans chaque tissu
| |
•
Mettre en relation avec la spécificité enzymatique : équipement
enzymatique des cellules hépatiques, musculaires et adipeuses.
| |
• Calculer, à l’aide d’un tableur, des bilans hépatiques avec ou sans perfusion de glucose.
|
Rôle des hormones sur les organes effecteurs
Idées pour la classe
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Ressources
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• Observer des coupes histologiques de pancréas
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• Coupes histologiques pancréas sain et diabétique :
fr/photo/histo_ani/pancreas/histo_pancr.htm
|
• Exploiter un texte historique sur l’hormone par Bayliss et Starling en 1905.
• Exploiter un texte historique sur la découverte de l’insuline par l’équipe de Banting en 1921 (prix Nobel 1923)
• Exploiter des tests d’immunofluorescence pour repérer cellules productrices d'insuline et de glucagon.
•
Exploiter les expériences historiques de pancréatectomie (Von Mehring
et Minkowski) + greffe + injections d’extraits pancréatiques.
• Exploiter des résultats expérimentaux de perfusions d’îlots de Langerhans par concentrations variables de glucose.
|
• Fichier Excel montrant la relation entre la glycémie et le % de glycogène hépatique après ablation du pancréas :
• Schémas des expériences de Minkowski et Von Mehring :
fr/site/spip.php?article416&id_document=897
• Modélisation de molécules 3D, dossier « hormones » : les hormones pancréatiques : http://pedagogie.actoulouse.
fr/svt/serveur/lycee/gutjahr/molec3D/serveur_molec3d/ac
cueil_doss.htm
•
Mettre en évidence la forme d'une protéine pour aborder les relations
hormone-récepteur et faciliter l'approche de certains phénotypes
diabétiques : ww3.acpoitiers.fr/svt/ACTIVITE/JMC/INSULINE/Index.htm
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Rétrocontrôle de type négatif et boucles hormonales antagonistes de régulation
Idées pour la classe
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Ressources
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• Exploiter des expériences d’autoradiographie pour repérer des tissus cibles de chaque hormone.
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• Schéma bilan du rôle de l’insuline sur ses tissus cibles :
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• Effets de l’insuline et du glucagon sur le foie lavé :
www5.ac-lille.fr/~svt/svt/articles.php?lng=fr&pg=370
| |
• ExAO pour mettre en évidence le rôle de l'insuline sur les cellules musculaires.
|
• ExAO - action de l’insuline sur les cellules musculaires :
fr/svt/act_ped/svt_lyc/prem/insuline/index.htm
|
Autour des diabètes
Diagnostiquer le type d’un diabète
Idées pour la classe
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Ressources
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• Réaliser une synthèse et construire les deux boucles de régulation antagonistes en cas d’hypo et d’hyperglycémie.
|
• Animations sur la régulation :
www.ac-nantes.fr:8080/peda/disc/svt/regulation/accueil.htm
• Création d’un modèle de régulation de la glycémie :
• Lien Vensim ENS Lyon :
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Autour du Diabète Insulino-Dépendant (DID) ou Diabète de Type 1 (DT1)
Idées pour la classe
|
Ressources
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• Identifier les symptômes variables suivant les types de diabètes
• Exploiter des tests de glycémie à jeun et d’hyperglycémie retardée.
|
• Association française des diabétiques : www.afd.asso.fr
• Service de diabétologie :
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Comparer des lames histologiques de pancréas afin de détecter une cause possible de diabète
Idées pour la classe
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Ressources
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• Saisir des données générales
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• Dossiers de l’INSERM (« Inserm actualités ») Rubrique : «Alimentation, métabolisme et nutrition. » Sous rubrique : « Diabète de type 1 (DID) »
dossiers-d-information/diabete-de-type-1-did
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L’aspect multifactoriel du déclenchement du diabète de type 1
Idées pour la classe
|
Ressources
|
• Observer des lames microscopiques en TP (DT1)
• Etudier des photos de lames en ligne.
• Faire des captures numériques et les insérer dans un logiciel de présentation ou de traitement d’image.
•
Suivant la qualité des lames/des images, comparer le diamètre des îlots
de Langerhans voire évaluer le nombre de cellules contenues dans chacun
d’eux.
|
• The Internet Pathology Laboratory For Medical Education (Images de différents tissus normaux et pathologiques) :
• Comparaison des coupes histologiques de pancréas d'un individu sain et d'un individu diabétique à différents
grossissements :
pancreas/compar/comp-loup.htm
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Autour du Diabète Non Insulino-Dépendant (DNID) ou Diabète de Type 2 (DT2)
Idées pour la classe
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Ressources
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•
Étudier un exemple d'arbre généalogique dans une famille concernée par
un diabète de type 1 lié aux allèles DR3 et DR4 d'un gène du CMH pour
estimer le risque pour les enfants.
• Etude d’une induction virale (entérovirus).
• Réaliser un schéma fonctionnel.
|
• Enjeux méthodologiques de l’analyse de marqueurs génétiques dans les études d’association de maladies multifactorielles :
• Article du 18/03/2009 : Des virus à diabète? Des virus des intestins semblent impliqués dans le diabète :
20887.php
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Origines génétiques et/ou environnementales du diabète de type 2
Idées pour la classe
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Ressources
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• Saisir des données générales
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• Dossiers de l’INSERM (« Inserm actualités ») Rubrique : «Alimentation, métabolisme et nutrition. » Sous rubrique : « Diabète de type 2 (DNID) »
dossiers-d-information/diabete-de-type-2-dnid
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• Utiliser des données épidémiologiques sur le diabète de type 2 à l’échelle mondiale
|
• Site de « Internationnal Diabetes Federation » www.idf.org/atlasmap/atlasmap
Contient une carte interactive présentant des données épidémiologiques chiffrées. (démographie,
prévalence des diabètes, incidence des diabètes de type 1 chez les
jeunes, accès à une base de données pour 2011, accès à des données
prédictives pour 2030).
◦ Possibilité d’afficher les seules données intéressantes ;
◦ Possibilité de sauvegarder les cartes générées sous différents formats (Jpeg et Png).
|
Idées pour la classe
|
Ressources
|
•
Discuter des origines génétiques et/ou environnementales des
perturbations de l’action de la mélatonine sur les cycles circadiens et
par voie de conséquence sur le diabète de type 2.
|
• Article du 29 janvier 2012 : résumé de l’article «Rare MTNR1B variants impairing melatonin receptor 1B function contribute to type 2 diabetes»
ementary-information
• Principes d’anatomie et de physiologie, Tortora & Grabowski, DeBoeck Université, 3ème édition
française, 2001. (p 628-629 = description du fonctionnement de la
glande pinéale et de son implication sur le fonctionnement de la
sécrétion de mélatonine entrainant la somnolence)
|
•
Discuter des origines génétiques et/ou environnementales des
perturbations de l'horloge rythmant les activités de nos cellules durant
le cycle jour-nuit.
|
•
Article du 01 juillet 2010 : Le diabète : un dérèglement du sens du
temps ? l'horloge rythmant les activités de nos cellules durant le cycle
jour-nuit semble impliquée dans le déclenchement du diabète de type 2,
la forme de diabète la plus répandue.
du-sens-du-temps-25400.php
|
• Discuter des origines environnementales liées à des facteurs alimentaires.
| |
•
Discuter des origines génétiques à partir des mutations touchant le
gène du récepteur aux sulfamides, des molécules augmentant la sécrétion
de l'insuline
|
Autre diabète
Idées pour la classe
|
Ressources
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Extraire des informations de publications scientifiques simplifiées de niveau adapté aux élèves pour :
• Réaliser un schéma fonctionnel présentant l’aspect multifactoriel du déclenchement du diabète de type 2 (carte heuristique).
• Mettre en relation les causes d’un diabète de type 2 avec des pistes de traitement théoriques.
Remarque
: les notions présentées dans ces dossiers si elles sont proposées
telles quelles aux élèves peuvent nécessiter des travaux de recherche
complémentaires pour comprendre certains passages. Un bon exercice pour
la préparation à l’enseignement supérieur.
|
•
Dossiers « Inserm actualités » (IA) Rubrique : «Alimentation,
métabolisme et nutrition. » Sous rubrique : « Diabète de type 2 (DNID) »
dossiers-d-information/diabete-de-type-2-dnid
Suivre les 3 liens en bas de page vers les dossiers « Inserm actualités » menant vers les articles suivants :
◦ Gènes de prédisposition au diabète, une belle avancée! (IA n° 207, novembre-décembre 2007, 21-28.)
◦ Dossier diabète de type 2. IA n° 197, mars 2006, p. 9-27.)
Contenant
entre autre : Diabète - chronique d’une explosion annoncée- La cellule
bêta, cette familière inconnue - Du labo vers la clinique : une vraie
continuité - Génétique multifactorielle et génomique fonctionnelle.
◦ Le diabète de type 2, juste un problème de périphérie ? (IA n° 197, mars 2006, p. 32-34)
|
Idées pour la classe
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Ressources
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• Comparer des séquences de gènes impliqués dans un diabète de type MODY (Maturity Onset type Diabetes of the Young)
◦ Diabète ni de type 1 ni de type 2, monogénique avec transmission autosomique dominante de
survenue précoce et non insulinodépendant au début.
◦ Pour
le diabète MODY2, implication du gène de la glucokinase, enzyme
impliquée dans la phosphorylation du glucose intracellulaire, 1ère étape conduisant au stockage sous forme de glycogène.
|
• Dossier diabète www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/diabete/index.htm
Fichier diabete.edi, utilisable avec ANAGENE et contenant :
◦ ADN brin non transcrit glucokinase humaine « sauvage »
◦ ADN brin non transcrit glucokinase humaine « mutation non sens sur la glucokinase »
•
Département « Génomique et maladies métaboliques » de « Institut
Pasteur de Lille - Institut de Biologie de Lille » équipe spécialisée
dans les recherches sur les diabètes et dirigée par le Pr Froguel :
www-good.ibl.fr (voir le Volet « Grand public »)
|
•
Inventer des dialogues, effectuer des jeux de rôles entre un patient
diabétique de type 2 et son médecin qui le conseille sur son mode de
vie.
• Créer une campagne de prévention.
•
Faire venir en classe des professionnels de santé (infirmière ou
médecin scolaire ou nutritionniste) qui permet de travailler sur la
restitution, les prises de note …
|
• Dossier thématique : programme de surveillance épidémiologique du diabète (avec un dossier type 1 et un dossier type 2) : www.invs.sante.fr/Dossiers-thematiques/Maladieschroniques-
et-traumatismes/Diabete
•
Département « Génomique et maladies métaboliques » de « Institut
Pasteur de Lille - Institut de Biologie de Lille » équipe spécialisée
dans les recherches sur les diabètes et dirigée par le Pr Froguel :
www-good.ibl.fr (voir le Volet « Grand public »)
|
Bibliographie
Livres
- IDELMAN, Simon. Endocrinologie - Fondements physiologiques.PUF,1990.
- HAZARD, J. et ., PERLEMUTER, L. Abrégés endocrinologie. Masson, 1978
- HENNEN, G. Biochimie 1er cycle. Dunod, 2006.
- RIEUTORT, A. Physiologie animale: les grandes fonctions, tome 2. Masson, 1986.
- MARIEB, A. Anatomie et physiologie humaine. De Boeck
- RICHARD, D. et ORSAL, D. Neurophysiologie - organisation et fonctionnement du système nerveux. Dunod, 2007.
- RICHARD, D. et CHEVALET, P. La notion de régulation en physiologie. Université collection 128 : Nathan, 1999.
- CALVINO, B. L’introduction à la physiologie, cybernétique et régulations. Belin, 2003.
- HATEM, J, HERVE, J-C. Régulation de la glycémie. Hâtier, 1983.
- KRUH, J. : Biochimie, vol II Métabolismes. Hermann, 1989.
- BEAULIEU, KELLY Hormones. Hermann, 1990.
- PELMONT, J. Enzymes, catalyseurs du monde vivant. EDP Sciences,1995.
-Cinétique enzymatique. Collection Grenoble Sciences, 2012.
Revues
Pour la Science
- PLS n° 155 : « le développement du diabète »
- Un nouveau diabète de l’enfant : septembre 2006
- Le diabète du bébé : janvier 2008
- Diabètes thérapie par les cellules souches : mars 2008
- Diabètes d’alpha à beta : septembre 2008
- Diabètes un excès d’énergie : septembre 2010
- Un diabète d’origine maternelle : août 2011
Dossiers Pour la Science
- Les maladies émergentes : le diabète insulino-dépendant. PLS, octobre 1995
- N°437 - 01/2010 - Détourner des cellules pour soigner le diabète
- N°388 - 07/2005 - L'insuline, déclencheur du diabète
- N°418 - 04/2008 - Ces vaches qui fabriquent des médicaments
- N°418 - 04/2008 - Soigner le diabète par une greffe dans le bras »
- N°440 - 04/2010 - Vers un pancréas artificiel.
Autres articles de revues scientifiques
- CLOS, Jean et MULLER, Yves. Les réponses de l’organisme aux contraintes énergétiques ou la régulation de la glycémie revisitée. APBG, 2002 n°1, p. 143
- Diabète et obésité : une enzyme clé. Échos de la science, N° 320, 05/1999.
Sitographie
Ressources des sites académiques
- Sur le site SVT de l’académie de Rennes :
Contenu : présentation de microphotographies histologiques de pancréas, diabétique ou non, à différents grossissements.
Sites de ressources scientifiques
- Site de l’Inserm :
Contenu : accès
à des dossiers thématiques sur les diabètes et d’autres thèmes autour
du métabolisme et de la nutrition. (Remarque : pour chaque chapitre, en
bas de page, de nombreux liens connexes au thème sont proposés)
- Site de l’Institut de Veille Sanitaire :
Contenu :
dossier thématique présentant le programme de surveillance
épidémiologique du diabète de l’Institut de veille sanitaire. Il
contient des informations générales sur le diabète et détaille les
principales caractéristiques du diabète (fréquence, complications,
mortalité, qualité de la prise en charge médicale, qualité de vie…).
Dans chaque sous-partie du dossier diabète, une brève description est
proposée ainsi que des liens vers des diaporamas, des articles ou des
sites internet proposant d’autres informations ou des compléments
d'informations.
- Site du département « Génomique et maladies métaboliques » de « Institut Pasteur de Lille - Institut de Biologie de Lille » dirigé par le Pr Froguel Philippe :
www-good.ibl.fr
Contenu :
un site riche avec un volet « Grand public » qui contrairement à ce que
son intitulé laisse penser présente de nombreuses données scientifiques
de bon niveau en lien avec le diabète.
- Sites pour approfondir les notions scientifiques sur les enzymes :
Contenu : un cours sur la catalyse enzymatique.
- Site Vie (Université Pierre et Marie Curie- Paris 6):
Contenu :
dossier thématique « cybernétique et physiologie », par Gilles Furelaud
et Bernard Calvino (Ecole supérieure de physique-chimie industrielle de
Paris)avec un item homéostasie et cybernétique.
Voir
aussi le complément : « Sous le terme rétroaction, désigne-t-on
toujours la même chose ? », article de Jean-Claude Hervé avec trois
exemples dont celui de la régulation de la glycémie.
Sites d’animations ou d’exercices en ligne
- Sur le site de l’académie de Nantes :
www.ac-nantes.fr:8080/peda/disc/svt/regulation/accueil.htm
Contenu :
animations de schémas permettant de comprendre le fonctionnement d’un
système de régulation (choix possible : glycémie directe).
- Sur le site de l’académie de Créteil :
Contenu :
une animation très complète sur le rôle du foie dans la régulation de
la glycémie, par Laurent Martorell, professeur de biochimie
Logiciels
- Logiciel « Glycémie » (par François TILQUIN).
Contenu :
Ce logiciel n’est qu’un modèle, et doit être utilisé en tant que tel.
Cependant l’aspect dynamique et la complexité peuvent être abordés par
le logiciel. Les acteurs de la régulation et le fondement d’une
autorégulation sont les aspects fondamentaux que l’on peut aborder grâce
au logiciel. »
- David ou l'éducation du malade diabétique. Editions : P.W.A
Contenu :
Des connaissances de base sur le diabète et sur l'alimentation du
diabétique. Le métabolisme des glucides. Qu'est-ce que le diabète.
Pourquoi s'alimenter ? Les nutriments. Comment s'alimenter, Diététique
et diabète. Théorie et pratique de l'insulinothérapie. Les
hypoglycémiants oraux. L'auto surveillance du diabète. L'autocontrôle du
diabète. La céto-acidose. Les hypoglycémies. Grossesse et diabète. Les
complications.
- Logiciel ModSim Glycémie.
Contenu :
ModSim Glycémie traite de la régulation de la glycémie par les hormones
pancréatiques. Il permet la construction par l'élève d'un modèle
fonctionnel et sa validation. L'élève sélectionne les éléments du modèle
(foie, pancréas, intestin, muscles, rein, cellules nerveuses, cellules
adipeuses, autres cellules) et détermine ses propriétés. Le modèle est
ensuite éprouvé par confrontation avec des données expérimentales
(ablations, test d'hyperglycémie provoquée...).
- Site du Logiciel de modélisation VENSIM PLE:
Contenu :
Vensim est un logiciel de construction de modèles à compartiments. Il
permet de construire des modèles (les outils pour construire les
compartiments, déterminer les variables et visualiser les différents
flux sont faciles d’utilisation)et c’est aussi un outil de simulation.
Une équipe de l’académie de Toulouse propose de créer le modèle de régulation de la glycémie :
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