ENSEIGNER
samedi 22 novembre 2014
icar Vesion anglaise

THEME: Diagnostic médical
France  -  Niveau 10 (Seconde)  -  Physique/Chimie

Activité 4: Exploitation d’un électrocardiogramme

 
L’obtention d’un électrocardiogramme (ECG) est basée sur le principe suivant : des électrodes sont placées sur le thorax et les membres d’un patient. Elles mesurent une tension électrique dont la valeur dépend de l’état de contraction du cœur. Un curseur se déplace proportionnellement à la valeur de cette tension sur un papier millimétré qui défile (à vitesse constante). On a reproduit ci-dessous les ECG de trois patients.
A. Comparaison des ECG
1. Un ECG peut être considéré comme un graphique. Quelle grandeur physique est représentée en abscisse ? en ordonnée ?
2. L’un des 3 EGC représente une tension qui n’est pas périodique. Quel est cet EGC ? Justifier à l’aide du modèle.
3. Proposer une explication à cette différence en imaginant ce qui a pu se passer pendant l'enregistrement de cet ECG.
4. D’après vos connaissances ou d'après le cours de SVT, en moyenne, le cœur des sportifs bat-il plus lentement ou plus vite que celui des autres ?
5. L’un des deux patients, parmi le n°2 et le n°3, est un sportif : lequel ? Justifier à l’aide des ECG sans faire de calcul ni de mesure.
B. Mesure d’une fréquence cardiaque à l’aide d’un ECG
Un cœur d’adulte en bonne santé bat entre 30 fois par minutes et 100 fois par minute. En dessous de 30 battements par minute on parle de « bradycardie » et au-delà de 100 battements par minute on parle de « tachycardie ».
1. Sachant que le papier défile à 2,5 cm/s, graduer l'axe horizontal de l'ECG du patient n°3 en seconde.
2. Indiquer l'échelle de l'axe du temps sous la forme 1 cm ? ….
3. Mesurer en seconde la période des battements du cœur du patient n°3 et en déduire sa fréquence en Hz.
4. Le patient n°3 est-il en tachycardie ? Justifier en comparant sa fréquence cardiaque à la valeur limite donnée ci-dessus.


But: Exploitation d’un électrocardiogramme

Cette activité a pour objectif d'amener les élèves, sur l'exemple des électrocardiogrammes, à exploiter des représentation graphiques en fonction du temps pour étudier des phénomènes périodiques. En particulier :
- distinguer, d'après les graphiques, les phénomène périodiques des phénomènes non périodiques ;
- comparer qualitativement la période et la fréquence à l'aide des graphiques ;
- mesurer graphiquement une période et en déduire la valeur de la fréquence.

Corrigé: Exploitation d’un électrocardiogramme

A. Comparaison des ECG
1. Un ECG est un graphique qui représente la tension électrique en ordonnée, en fonction du temps en abscisse.
2. L'ECG du patient n°1 n'est pas périodique : en effet on ne peut pas identifier un motif qui se reproduit à intervalles de temps réguliers.
3. Plusieurs propositions peuvent être faites, qui toutes reviennent à expliquer que le cœur du patient bat de plus un plus vite. Par exemple :
- son stress accélère les battements de son coeur pendant l'examen ;
- il amorce une crise cardiaque pendant son examen ;
- etc.
4. Le cœur des sportifs bat plus lentement que les autres.
5. La période des battements du coeur du patient n°2 est plus longue : c'est donc lui qui a le coeur qui bat le plus lentement, c'est donc lui le sportif.

B. Mesure d’une fréquence cardiaque à l’aide d’un ECG
1. Voir graphique ci-dessous (question 3).
2. Echelle de l'axe du temps : 1 cm ? 0,4 s.
3. Mesure de la période : on obtient la meilleure précision en mesurant plusieurs périodes.


On obtient : 9T = 14,5 * 0,4 = 5,8 s donc T = 0,64 s.
D'où sa fréquence cardiaque : f = 1/T = 1,6 Hz
4. Il faut convertir la fréquence en battements par minute.
On obtient : f = 1,6 * 60 = 93 bat/min.
Conclusion : f < 100 bat/min : le patient n°3 n'est donc pas en tachycardie.

Préparation: Exploitation d’un électrocardiogramme

Durée de l'activité : 20 à 30 mn.

Prérequis
: les élèves doivent connaître la définition de la période, celle de la fréquence et savoir utiliser la relation f = 1/T.

Il est souhaitable (mais non indispensable) de disposer d'un vidéoprojecteur et d'une connexion internet afin de montrer aux élèves une vidéo montrant la réalisation d'un ECG (les sites de partage vidéo en regorgent). Un des enjeux de cette activité est de donner du sens à l'axe des abscisses représentant le temps. Le fait de voir le papier défiler en temps réel pourra les aider à mieux le comprendre.

Comportement des élèves: Exploitation d’un électrocardiogramme

Cette activité est scindée en deux parties, qui posent des difficultés de natures différentes aux élèves.

La partie A a pour objectif de donner du sens au fait de représenter le temps en abscisse. Le fait que le papier avance à vitesse constante revient à représenter un temps en abscisse, cela pourra poser un problème de compréhension aux élèves, surtout parmi ceux qui sont peu à l'aide avec les mathématiques.
Toutes les questions posées reviennent ensuite à faire comprendre aux élèves que plus les motifs sont serrés, plus cela indique que le phénomène est "rapide". Ainsi ils doivent associer "motifs serrés" à "courte période" et donc à "haute fréquence".
Attention, la confusion est possible (et nous l'avons observée) avec les enregistrements en mécanique. Avec un mobile autoporteur, par exemple, plus les points sont serrés, plus le mobile est lent. Ici c'est le contraire, il faut bien prendre le temps de l'expliquer aux élèves qui ne trouvent pas cela évident.

la partie B est davantage calculatoire. La difficulté majeure est le changement d'unité, puisque la dernière question revient à convertir des Hz en battements par minute. Les erreurs prévisibles sont :
- que les élèves croient que le battement par minute est une unité de période et non de fréquence ;
- que les élèves divisent par 60 au lieu de multiplier lors de leur conversion des Hz en bat/min.

Enfin, le problème de la précision de la mesure pourra être abordé (question B.c) avec les bonnes classes. le fait que la mesure de 9 périodes soit plus précis que la mesure d'une seule peut être évoqué, mais il n'est ni évident ni prioritaire dans ce chapitre.





Savoir: Exploitation d’un électrocardiogramme

Cette activité permet de traiter ces compétences attendues du programme :
- Connaître et utiliser les définitions de la période et de la fréquence d’un phénomène périodique.
- Identifier le caractère périodique d’un signal sur une durée donnée.
- Déterminer les caractéristiques d’un signal périodique.

Au cours de cette activité les élèves sont amenés à :
- reconnaître un signal non périodique d'un signal périodique ;
- comparer sans calcul, d'après leurs représentations graphiques, la période et la fréquence de signaux périodiques ;
- mesurer graphiquement une période, en déduire la valeur de la fréquence.