Seconde_Thème 2_LA SANTE AE 11_Les signaux périodiques : ECG

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LES SIGNAUX PERIODIQUES : Exemple de l’électrocardiogramme

Objectifs : - Identifier le caractère périodique d’un signal sur une durée donnée.

- Déterminer les caractéristiques d’un signal périodique.

Mme Sick ne se sent pas en grande forme depuis plusieurs jours. Elle décide d’aller voir son médecin

traitant afin qu’il lui prescrive une série d’examens médicaux.

Il en existe un très grand nombre : électrocardiogramme (ECG), électroencéphalogramme (EEG), audiogramme …

I. Etude d’un signal périodique.

1. Expérience.

Brancher un générateur de tensions basses fréquences (G.B.F.) sur la voie 1 de l’oscilloscope.

Régler l’oscilloscope de façon à visualiser convenablement plusieurs motifs sur l’écran :

- ajuster la sensibilité verticale (nombre de volt par division : V/div),

- ajuster le balayage (nombre de seconde par division : s/div).

2. Exploitation.

1. Qualifier la tension obtenue en utilisant les termes suivants : constante, alternative, périodique OU non

périodique, sinusoïdale OU triangulaire OU carré. Justifier le choix de chaque terme.

2. a. Déterminer le nombre de divisions (= carreaux) correspondant à une période.

b. Relever la valeur du balayage.

c. En déduire la valeur de la période T de la tension étudiée.

d. Que vaut-alors la fréquence f du signal ? Comparer à celle affichée par le GBF.

3. a. Relever la valeur de la sensibilité verticale.

b. En déduire les valeurs maximale Umax et minimale Umin de la tension délivrée par le GBF et les

comparer.

II. Les signaux périodiques dans le domaine de la Santé.

Document 1 : Electrocardiogramme (ECG) et électroencéphalogramme (EEG).

Le fonctionnement du corps humain est rythmé par des phénomènes périodiques, comme les battements du cœur ou la respiration.

L’étude des signaux périodiques peut permettre l’établissement d’un diagnostic médical :

- l’étude des signaux électriques du cœur lors d’une électrocardiographie permet de déceler des troubles du rythme cardiaque, comme la tachycardie (accélération du rythme cardiaque), la bradycardie (ralentissement du rythme cardiaque) ou la fibrillation (désorganisation du rythme cardiaque). L’examen est indolore, sans risque et ne prend quelques minutes ;

- l’étude des signaux électriques du cerveau lors d’une électroencéphalographie permet de localiser les zones du cerveau à l’origine de certains disfonctionnements du système nerveux, comme l’épilepsie. Il est obtenu grâce à des électrodes placées sur le cuir chevelu. Les signaux enregistrés sont complexes, mais plusieurs rythmes peuvent néanmoins être identifiés. Les rythmes « bêta » (14-30 Hz) indiquent une activité du cortex comme lorsqu’on lit un livre. Les rythmes « alpha » (8-13 Hz) sont associés à l’état d’éveil calme, lorsque l’on regarde la télévision notamment d’où un état de somnolence …

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Document 2 : Etude de la fréquence cardiaque.

Un électrocardiogramme (ECG) est un examen indolore, réalisé en quelques minutes, en plaçant les électrodes sur le thorax, les bras et les jambes. Les signaux électriques provenant du muscle cardiaque sont recueillis, amplifiés et transcrits sous forme de courbe. Ci-dessus est représenté l’électrocardiogramme de Mme Sick, c’est-à-dire l’enregistrement des signaux électriques liés à son activité cardiaque.

1. a. Quelles sont les grandeurs (vitesse, pression, force, temps, température, tension, hauteur …)

représentées en abscisses et en ordonnées ? b. Le signal est-il périodique ? Justifier.

c. Identifier alors le motif qui se répète en le surlignant directement sur l’enregistrement.

d. Déterminer la période Tcœur de l’activité cardiaque de Mme

Sick.

e. En déduire sa fréquence cardiaque fcœur. L’exprimer en pulsations par minute.

f. Indiquer les valeurs maximales Umax de la tension d’enregistrement.

Document 3 : La fibrillation

En cas de fibrillation, les ventricules ne peuvent plus renvoyer le sang vers le reste du corps, il y a alors perte de conscience immédiate. Il s’agit de la principale cause d’arrêt cardiaque et de mort subite. Ci-contre est représenté l’ECG d’une personne souffrant de cette pathologie et d’une personne saine.

2. a. Mme

Sick reconnaît son ECG dans celui du bas (II). A-t-elle un problème au cœur ? Justifier.

b. Quel instrument utilisé en cas d’arrêt du corps ? Où peut-on en trouver un au lycée ?

Document 4 : Fréquences cardiaques de quelques animaux

3. a. Compléter le tableau en justifiant le passage d’une colonne à l’autre.

b. Etablir une relation entre la taille de l’animal et sa fréquence cardiaque ?

c. Déduire des résultats précédents un encadrement de la fréquence cardiaque de l’Homme.

d. La fréquence cardiaque de repos (FCR), chez les mammifères, est un indicateur d’espérance de

vie. Le nombre moyen de battements cardiaques par vie est en effet pratiquement constant chez les

mammifères: il est environ égal à 2,3 milliards.

Calculer, pour un être humain, son espérance de vie, en prenant une FCR de « 60 battements / min ».

Commenter ce résultat. Comment améliorer son espérance de vie ?

I

II

animaux fréquence (battements par minute)

fréquence f (Hz)

période T (s)

oiseau mouche 1 200

yack 2

baleine 9

chat 2,5