Enseignement scientifique 1re - 2023
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Mes Pages
Esprit critique
Une longue histoire de la matière
Ch. 1
Les éléments chimiques
Ch. 2
Les cristaux, des édifices ordonnés
Ch. 3
Une structure complexe : la cellule
Le Soleil, notre source d'énergie
Ch. 4
Le rayonnement solaire
Ch. 5
Le bilan radiatif terrestre
Ch. 6
Énergie solaire, photosynthèse et nutrition
Ch. 7
Énergie solaire et humanité
La Terre, un astre singulier
Ch. 8
La forme de la Terre
Ch. 9
L’Histoire de l'âge de la Terre
Ch. 10
La Terre dans l'Univers
Son et musique, porteurs d'information
Ch. 11
Son et musique
Ch. 12
Le son, une information à coder
Ch. 13
Entendre et protéger son audition
Projet expérimental et numérique
Livret Maths
Annexes
Chapitre 2
Activité 4 - documentaire
Les cristaux et la santé
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Introduction
Dans les organismes vivants, certains cristaux jouent un rôle de protection (nacre de la coquille ou os du squelette). Parfois, cependant, ces cristaux sont la cause de pathologies.
Quels rôles jouent les cristaux dans le domaine médical ?
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Des structures cristallines dans des organismes biologiques
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Documents
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Doc. 1Les calculs rénaux : quand ça ne passe plus !
En France, une personne sur dix serait touchée par les calculs rénaux. Ce sont des concrétions faites d'une accumulation de cristaux. Leur déplacement peut entraîner des crises très douloureuses : les coliques néphrétiques.
Coupe longitudinale d'un rein montrant l'obstruction des voies urinaires par des calculs rénaux.
Calcul rénal fait d'acide urique (vu à l'œil nu).
Surface d'un calcul composé d'oxalate de calcium \mathrm{CaC}_{2} \mathrm{O}_{4} (microscopie électronique à balayage).
Coupe longitudinale d'un rein montrant l'obstruction des voies urinaires par des calculs rénaux.
Calcul rénal fait d'acide urique (vu à l'œil nu).
Surface d'un calcul composé d'oxalate de calcium \mathrm{CaC}_{2} \mathrm{O}_{4} (microscopie électronique à balayage).
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Doc. 2Du cristal au calcul
Les premiers cristaux sont de petite taille et peuvent être éliminés dans l'urine. Cependant, ils peuvent parfois grossir rapidement et s'agglomérer. La concentration en ion calcium \mathrm{Ca}^{2+}, en acide urique ou encore le pH des urines jouent un rôle primordial dans la formation des cristaux. Par exemple, un pH supérieur à 6,5 favorise la précipitation de l'oxalate de potassium \mathrm{K}_2 \mathrm{C}_2 \mathrm{O}_4.
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Doc. 3Une alimentation adaptée pour diminuer le risque de calculs rénaux
Analyse par microscopie des urines d'un patient pour identifier la présence et le type de calculs rénaux.
Pour éviter les récidives, les néphrologues (spécialistes du rein et des voies urinaires) recommandent d'augmenter la consommation d'eau (2 L minimum par jour) pour augmenter le volume des urines. Les patients doivent aussi contrôler la consommation d'aliments riches en ion calcium (produits laitiers), en ion oxalate (chocolat) ou en acide urique (charcuterie).
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Doc. 4Des infections urinaires à l'origine de calculs rénaux
10 % des calculs sont d'origine infectieuse et liés à la présence de bactéries dans les voies urinaires.
Klebsiella au microscopie électronique à balayage
Cristaux de struvite au microscopie optique.
Certaines bactéries, comme Klebsiella
sont capables d'hydrolyser
l'urée de l'urine et ainsi d'augmenter le
pH des urines. Les calculs retrouvés sont
majoritairement des cristaux de struvite.
Klebsiella au microscopie électronique à balayage
Cristaux de struvite au microscopie optique.
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Doc. 5Des cristaux de cortisone pour soulager les articulations douloureuses
Dans certains cas d'inflammation chronique des articulations, on réalise une infiltration qui consiste à injecter localement des corticoïdes. Ces anti-inflammatoires sont préparés sous forme de cristaux qui ont l'avantage de se dissoudre lentement. Leur effet local peut persister pendant plusieurs mois.
Infiltration d'un anti-inflammatoire dans le genou. L'Hexatrione® est composé de microcristaux de plus de 20 μm de diamètre. Il est injecté directement à l'intérieur de l'articulation.
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Doc. 6La compréhension des cristaux du vivant pour s'en inspirer : le biomimétisme au secours des patients
Lors d'un cancer des os, il faut souvent enlever une partie de l'os contenant la tumeur. Des bio-ingénieurs se sont inspirés de la cristallisation naturelle de l'hydroxyapatite des os pour créer un biomatériau composé de polymères naturels d'hydroxyapatite nanocristalline. Ces os artificiels peuvent être imprimés en 3D « sur mesure ». Poreux, ils favorisent la repousse osseuse et peuvent être associés à des principes actifs antitumoraux. Encore en phase de test, ces prothèses cristallines sont un espoir en orthopédie et en chirurgie de la face.
Cristallisation artificielle de l'hydroxyapatite (microscopie électronique à balayage).
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Biomimétisme : processus d'innovation et d'ingénierie s'inspirant du vivant (forme, matière, fonctionnement, etc.).
Tumeur : amas de cellules formées par une multiplication cellulaire non contrôlée.
Tumeur : amas de cellules formées par une multiplication cellulaire non contrôlée.
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Questions
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1. Doc. 1 et doc. 2 Identifiez les caractéristiques propres aux cristaux vues dans les activités précédentes que l'on retrouve dans les calculs rénaux.
2. Doc. 3 Expliquez les conseils nutritionnels donnés par les médecins pour prévenir la récidive des calculs rénaux.
3. Doc. 2 et doc. 4 En quoi la présence de bactéries peut-elle être un élément déclencheur de la cristallisation ?
4. Doc. 5 et doc. 6 Présentez, à l'oral, le(s) lien(s) entre ces applications médicales et les propriétés des cristaux utilisés.
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