Polycopié de Travaux dirigés Biologie Appliquéegenie-bio.cnam.fr/.../cours_blg002/blg002_td_bio_appliquee_mars18.pdf · Biologie Appliquée – BLG002 TD Electrophysiologie Exercice

BLG002 - Conservatoire National des Arts et Métiers

Polycopié de Travaux dirigés

Biologie Appliquée

Année : 2017-2018

Enseignant TD : Anaïs Brosse

[email protected]

1 Biologie Appliquée – BLG002

TD Hématologie

Exercice 1 : Frottis sanguins

1. Rappeler les principales étapes nécessaires pour obtenir ce type d’analyse

2. Identifier les différents types cellulaires

3. A quoi les reconnaissez-vous ? Quel est le rôle de chacune d’elle ?

4. Rappeler la définition générale d’une cellule eucaryote. Cette définition s’applique-t-elle

à toutes les cellules sanguines ?

Exercice 2 : Groupe sanguin

1. Rappeler les 4 principaux groupes sanguins

Vous devez établir le groupage ABO d’un patient avant transfusion sanguine et effectuer un test

globulaire de Beth-Vincent. Les résultats obtenus sont montrés ci-dessous.

2. Rappelez le principe de ce test

3. Quel est le groupe du patient ? Expliquer

Les parents de l’individu sont tous deux du groupe sanguin AB.

4. Le résultat du test est-il cohérent ? Expliquer


TD Milieu intérieur (LEC, LIC et osmose)

Exercice 1 : Les liquides de l’organisme

1. Rappelez approximativement le pourcentage en poids (ou pourcentage massique) que

représente l’eau totale du corps (ETC) ? Cela correspond à combien de litre d’eau chez

un individu de 70 kg ?

2. Citez quelques facteurs pouvant modifier le volume total de l’eau corporelle.

3. L’eau totale du corps est répartie en deux compartiments : le liquide intracellulaire (LIC)

et le liquide extracellulaire (LEC). Pour chacun des compartiments rappelez :

i. la fraction qu’ils représentent dans l’ETC

ii. Les principaux ions qui les composent

iii. Les marqueurs utilisés pour leurs mesures

4. Complétez le schéma ci-dessous en remettant les molécules dans l’ordre sur l’échelle de

droite selon leur capacité à diffuser à travers une bicouche lipidique, du plus perméant

au moins perméant.

5. On obtient après analyse de la composition électrolytique des compartiments hydriques

de l’organisme le schéma suivant. Sur la base de vos connaissances, pouvez-vous définir

la légende ?


6. Quelle molécule est principalement responsable de l’osmolarité extracellulaire ? Et

intracellulaire ?

7. Des échanges ont lieu entre les différents compartiments, quel en est le but ?

8. Définissez le processus qui est à la base des échanges entre LIC et LEC ?

9. Donnez la définition de l’osmose.

10. Qu’est-ce qu’une substance osmotiquement active ? Quel en est la conséquence sur les

mouvements d’eau ?

Exercice 2 : Mesure des compartiments liquidiens

1. Rappelez la formule permettant de calculer le volume du LEC. En quelques phrases

rappelez la méthode de mesure des différents compartiments liquidiens

On injecte par voie intraveineuse à un patient de 65 kg, 5mL d’une solution isotonique au plasma

contenant 7,2 g.L-1 de mannitol. Après un temps d’équilibration de 2 heures, la concentration du

mannitol dans le plasma est de 2,5 mg/100mL. On précise que pendant la période

d’équilibration, 10 % du mannitol injecté ont été excrétés dans l’urine.

2. Quel est le volume du LEC ?

3. Ce résultat est-il cohérent ? Expliquez.

Monsieur L., 30 ans, 70 kg, reçoit une injection de 10 mL d’une solution de 1 % (poids/volume)

de bleu d’Evans. Dans un échantillon sanguin prélevé 10 minutes plus tard, l’hématocrite est de

45 % et la concentration de colorant dans le surnageant est de 0,037 mg/mL.

4. Quels sont les volumes plasmatique et sanguin de Monsieur L. ?

5. Ces valeurs sont-elles normales ?


Exercice 3 : Les échanges à travers la membrane cellulaire

1. Rappelez l’équation permettant de calculer l’osmolarité d’une solution.

2. Calculer la concentration osmolaire des deux solutions suivantes :

Solution 1 contenant 585mg de NaCl (M=58,5 g.mol-1) et 1800mg de glucose (M=180 g.mol-1)

Solution 2 contenant 1906 mg de MgCl2 (M=95,3 g.mol-1)

On considère que le volume final est de 1L dans les deux cas.

3. Les deux solutions sont mises dans deux compartiments d’un bac, séparés par une

membrane perméable à toutes les molécules du système (aidez-vous avec un dessin!)

Est-ce qu’il y aura un mouvement d’eau et/ou de soluté entre les deux compartiments?

Dans quelle direction?

4. Et si la membrane est hémiperméable? 5. Comment sont appelées deux solutions avec la même concentration osmotique ?

6. Afin d’obtenir la même concentration osmotique dans les deux compartiments que

feriez-vous sachant que vous avez à disposition du NaCl, de l’urée ou du glucose ?

Exercices 4 : L’osmolarité, l’osmolalité et la contribution osmotique des solutés du sang

1. Calculez l’osmolarité du plasma, sachant que les principales substances à en être

responsables sont :

[NaCl] plasmatique ≈ 140 mM

[urée] plasmatique ≈ 5 mM

[glucose] plasmatique ≈ 5 mM

2. Puisqu’un litre de plasma pèse 1,024 kg, calculez son osmolalité.

3. Calculez aussi l’osmolalité plasmatique efficace, qui est liée au nombre des particules

osmotiquement active du plasma(ne diffusant pas à travers la membrane cellulaire).

Exercice 5: La tonicité (ou osmolarité efficace)

Des globules rouges sont placés dans des tubes contenants les solutions suivantes

A. NaCl 3 g.L-1 (M= 58,5 g.mol-1) B. NaCl 9 g.L-1 C. NaCl 15 g.L-1 D. Glucose 5,5 g.L-1 (M= 180 g.mol-1) E. Urée 6 g.L-1 (M= 60 g.mol-1)

1. Calculez l’osmolarité de chaque solution et indiquez la tonicité par rapport au milieu

intracellulaire.

2. Sachant que l’osmolarité intracellulaire des globules rouges est de ~290 mOsm.L-1, dites

comment variera le volume des hématies dans chaque cas.


3. Les images ci-dessous ont été obtenues par observation des hématies placées dans trois

solutions différentes

A partir de ces images, et sur la base de vos connaissances, quelles conclusions pouvez-vous tirer

quant aux propriétés de telles solutions ? Argumentez votre réponse.

Exercice 6 : Osmose et pression osmotique

Une solution de NaCl est placée dans le compartiment A du récipient présenté ci-dessous. Le

compartiment B contenant uniquement de l’eau, est séparé du compartiment A par une

membrane semi-perméable

1. Dans quel sens le flux d’eau va-t-il se faire ? Pourquoi ? Comment appelle-t-on ce

mouvement d’eau ?

2. Qu’est-ce que la pression osmotique ?

3. En appliquant la loi de Van’t Hoff, déterminer la valeur de la pression osmotique de la

solution (on prendra R = 8,314 L.kPa.mol-1.K-1 et T = 310 K). L’osmolarité de la solution

est de 18,6 mosm/L.

4. Si on exerce sur le piston du compartiment A une pression P égale à la pression

osmotique, dans quel sens se fera le mouvement d’eau ?

5. Si la pression P exercée sur le piston est supérieure à la pression osmotique, dans quel

sens se fera le mouvement d’eau ?


Exercice 7 : Osmose et mesure de la masse moléculaire des protéines

L’une des applications les plus courantes de l’osmométrie est la mesure des masses molaires des

macromolécules telles que les protéines. Dans cette expérience, on dissout 18 g de la

macromolécule non dissociable à doser dans 2 L d’eau. L’osmomètre indique une pression

osmotique π = 2700 Pa à 27 °C.

A partir de ces données,

1. Calculez la concentration osmolaire de la solution

2. Calculez la masse molaire de la macromolécule.

Exercice 8 : Les échanges LEC et LIC

Soit une personne de 50 kg possédant 10 litres de LEC et 20 litres de LIC. L’osmolarité

intracellulaire en conditions physiologiques est approximativement de 300 mOsm/L.

1. Si le sujet reçoit 3 L de solution de NaCl isotonique par voie intraveineuse, comment

varient le volume et l’osmolarité du LEC et LIC ? Aidez-vous d’un schéma.

2. Si le sujet reçoit 3 L d’eau pures, quelles seront les conséquences sur le volume et l’osmolarité du LEC et LIC

a) En l’absence du processus d’osmose ?

b) En présence du processus d’osmose ?


TD Physiologie cardiaque

Exercice 1 : Anatomie du cœur

1. Légendez le schéma ci-dessus.

2. Décrivez le trajet du flux sanguin en vous aidant du schéma ci-dessous.


Exercice 2 : Contraction cardiaque

1. Légendez le schéma du système de conduction du cœur ci-dessus.

2. Précisez le rôle de ces différents éléments au cours d’une révolution cardiaque.

On mesure au cours du temps l’activité électrique du cœur d’un individu.

3. Comment s’appelle le type de tracé qui en résulte ?

4. Identifier sur le graphique les principaux complexes d’une révolution cardiaque et

indiquer les évènements auxquels ils correspondent.

5. Calculer à partir de ce tracé la fréquence cardiaque de l’individu.

6. Est-elle dans des valeurs normales ?

7. On présente ci-dessous l’activité cardiaque de 4 patients. Commentez ces tracés,

comparez-les au précédent en essayant de replacer les principaux complexes et de

calculer la fréquence cardiaque.

8. Proposez un diagnostic pour chacun des patients.

9. Dans quel(s) cas l’utilisation d’un défibrillateur serait-elle recommandée ?


Exercice 3 : Débit cardiaque

1. Définissez les termes suivants :

- Systole ventriculaire

- Diastole ventriculaire

- Volume d'éjection systolique

- Débit cardiaque

- Différence artério-veineuse en oxygène

2. Placez sur le second graphique :

- le volume télédiastolique (VTD)

- le volume télésystolique (VTS)

- le volume d’éjection systolique (VES)

- la contraction des oreillettes


3. A partir des graphiques, calculez le débit cardiaque à l'effort de l'individu.

Exercice 4 : Consommation d’oxygène

Un individu réalise une série d'exercices d'intensité croissante. Trois paramètres ont été

mesurés : sa consommation en oxygène (VO2), son débit cardiaque et sa fréquence cardiaque.

Les résultats vous sont présentés dans les 2 figures ci-dessous.

1. Calculez les volumes d'éjection systolique (VES) de l'individu pour des consommations

d'oxygène de 1, 2, 3, et 4 L.min-1. Tracez le graphique représentant les variations du VES

en fonction de la VO2. Que pouvez-vous en conclure ?

2. Calculez les volumes d'éjection systolique (VES) de l'individu pour des consommations d'oxygène de 1, 2, 3, et 4 L.min-1. Tracez le graphique représentant les variations du VES

en fonction de la VO2. Que pouvez-vous en conclure ?


TD Electrophysiologie

Exercice 1 : Potentiel de membrane

Rappels :

L’équation de Nernst permet de calculer le potentiel d’équilibre lié à la différence de concentration d’un ion de part et d’autre d’une membrane cellulaire.

Les ions majoritairement responsables du potentiel de membrane sont les ions K+ et Na+. L’équation de Goldman-Hodgkin-Katz permet d’approximer le potentiel global d’une membrane au repos en se basant sur la différence de concentration de part et d’autre de la membrane de ces deux ions.

Calculez le potentiel de membrane au repos d’une cellule qui baigne dans un liquide

physiologique (voir schéma), si la membrane cellulaire était :

1. imperméable aux ions

2. perméable à un seul ion à la fois (dans ce cas la perméabilité (P) est toujours égale à 1) 3. perméable au Na+ et au K+ (mais pas aux autres ions) avec PNa+ = 0,1 et PK+ =1.

Données :

Equation de Nernst : ENernt =RT

zFln (

[ion]ext

[ion]int)

Equation de Goldman-Hodgkin-Katz : EGHK =RT

Fln (

PNa+[Na+]ext+P

K+[K+]ext+PCl−[Cl−]int

PNa+[Na+]int+PK+[K+]int+PCl−[Cl−]ext)

ENernst : potentiel d’équilibre de l’ion en Volt

EGHK : potentiel d’équilibre de la membrane en Volt

[ion]ext ou int : concentration de l’ion extra ou intracellulaire en mM

z : charge de l’ion

Pi : perméabilité de la membrane pour l’ion i

R : constante des gaz parfait 8,314 J.mol-1.K-1

T : température en Kelvin

F : constante de Faraday 96485 Coulomb.mol-1


Exercice 2 : Potentiel d’action

1. Légendez le schéma ci-dessus en précisant quels ions entrent et sortent de la cellule ainsi

que les évènements indiqués de 1 à 9.

2. À quel moment le potentiel de membrane est-il le plus proche du potentiel d’équilibre de

l’ion K+?

3. Le TEA est un bloqueur des canaux K+. Quel sera son effet sur le potentiel de membrane?

Exercice 3 : Patch clamp

L’analyse du canal Na+ et de celui du K+ par « patch clamp » avec voltage imposé a donné les

deux tracés ci-dessous.

1. A votre avis, quel tracé correspond à celui du Na+ ? Et celui du K+ ?

2. Comparez les deux tracés et déterminez les caractéristiques de ces deux canaux.


Exercice 4 : Effet d’une toxine

Un fragment de membrane cellulaire qui porte deux canaux est soumis à une étude de « patch

clamp » avec voltage imposé. Pour chaque canal un courant électrique est enregistré en

absence (A) ou en présence (B) de la toxine de scorpion.

Quel est l’effet de la toxine du scorpion que cette expérience mets en évidence ?


TD Physiologie respiratoire

Exercice 1 : Appareil respiratoire

Légendez le schéma de l’appareil respiratoire puis indiquer le trajet de l’air.

Exercice 2 : Cycles de respiration

1. Donnez les définitions de volume minute, du volume résiduel, du volume courant, du

volume de réserve inspiratoire, du volume de réserve expiratoire, de la capacité vitale,

de la capacité résiduelle fonctionnelle et de l’espace mort physiologique.

2. Légendez la courbe spirométrique ci-dessous:


Exercice 3 : Courbe spirométrique

Enregistrement spirométrique au cours du temps d’un individu sain

Le schéma ci-dessus présente une courbe spirométrique obtenue chez un individu sain.

Initialement l’individu respire normalement. On effectue deux tests. Pour le test A, on lui

demande d’inspirer au maximum puis d’expirer au maximum. Pour le test B, on lui demande de

respirer au travers d’un tube creux de 50 cm de long.

1. Calculez pour ce patient les valeurs suivantes :

- Volume minute

- Volume de réserve inspiratoire

- Volume de réserve expiratoire

- Capacité vitale

2. Qu’est-ce que la ventilation alvéolaire, comment la calcule-t-on ?

3. Si l’espace mort des voies aériennes est de 150 mL quel est la ventilation alvéolaire de

repos?

4. Quelle influence a le tube creux sur le volume de l’espace mort ? Pourquoi cela a- t-il un

impact sur le volume courant ?

5. En considérant que la ventilation alvéolaire reste constante, quel est le volume du

cylindre? En déduire rayon du tube.


Exercice 4 : Loi de Henry

1. Rappelez la loi de Henry (loi de dissolution d’un gaz dans le sang)

2. Comment calcule-t-on la quantité d'oxygène combinée à l’hémoglobine ?

On demande à un sujet entraîné en endurance de réaliser un exercice sur un ergocycle avec 2

paliers de puissance, chaque palier dure 10 min. 1er palier à 50 % de la VO2max et 2ème palier à

75 % (seuil anaérobie du sujet). A la fin de chaque palier, un prélèvement sanguin est effectué à

l’aide d’un cathéter placé dans une artère du pli du coude en vue de la détermination de la

pression partielle artérielle en O2 (PaO2), l’hémoglobine totale (Hb), la saturation en O2

(% HbO2). Les résultats sont présentés dans le tableau ci-dessous.

Repos 50% VO2 max 75 % VO

2 max

PaO2 (mm Hg) 96,7 88,5 80,2

Hb (g.100 mL-1

) 13,8 14,3 14,7

Hb O2 (%) 96,7 95,8 95,1

[O2] dissous (mL.100 mL

-1 )

[O2] combiné (mL.100 mL

-1 )

Ca O2 (mL.100 mL

-1 )

3. Calculer au repos et pour chacun des paliers : la quantité d’oxygène dissous en mL pour

100 mL de sang, la quantité d’oxygène combiné en mL pour 100 mL de sang et le contenu

total en oxygène en mL pour 100 mL de sang

4. Commentez les résultats

Données : SO2 = 0,023 mL/mL de sang Patm = 760 mmHg

Exercice 5 : Ventilation pulmonaire

Soit un sujet avec une ventilation alvéolaire de 30 L/min, une fréquence respiratoire de

15 respirations/minute et un volume d’espace mort anatomique de 0,2 L.

1. Quel est son volume courant et sa ventilation pulmonaire totale ?

2. Qu’en concluez-vous ?


TD Physiologie digestive

Exercice 1 : Appareil digestif

Légendez le schéma de l’appareil digestif.

Exercice 2 : Trajet des aliments

https://www.youtube.com/watch?v=bwqCHiwsmsw

Avec l’aide de la vidéo (récapitulez et expliquez le trajet des aliments dans le système digestif.


Exercice 3 : Devenir des aliments

Complétez le tableau:

Exercice 4 : La sensation de faim

Un étudiant du CNAM rentre chez lui après les cours du soir, il est tard, l’étudiant est affamé. Le

lendemain il a une compétition sportive et décide de se faire cuire des pâtes et va prendre sa

douche. Il ne regarde pas l’heure quand il sort de la douche les pâtes sont trop cuites. Il mange

son plat rapidement et part se coucher. Au milieu de la nuit il se réveille avec des brulures

d’estomac. Il décide de prendre un médicament contre les maux d’estomac.

1. Quels sont les mécanismes responsables de la sensation de faim ?

2. Quels sont les mécanismes qui stimulent la sécrétion salivaire au cours des repas et quel

en est l’utilité ?

3. Lors de la prise d’un repas, le volume de l’estomac augmente. Par quels mécanismes ?

4. La sur-cuisson des pâtes a-t-elle un effet sur leur assimilation par l’organisme?

5. Pourquoi le fait de se coucher directement après un repas peut déclencher des brulures

d’estomac ?

6. A votre avis, quel effet a le médicament sur l’organisme?

7. S’il n’avait pas eu de médicament à disposition avait-il une autre solution ?


TD Physiologie rénale

Questions de cours

1. Légendez le schéma ci-dessus.

2. Quels phénomènes ont lieu en 1/2/3/4 ? 3. Définir ce qu’est la pression hydrostatique et de la pression oncotique.

Exercice 1 : Clairance rénale, débit plasmique rénal et débit de filtration glomérulaire

A. Clairance rénale

1. Que représente la clairance rénale

2. Donnez l’équation permettant de la calculer

3. Si la [Na+] du sérum est 140 mEq/L, la [Na+] de l’urine, 700 mEq/L et le débit d’urine,

1 mL/mn. Quelle est la clairance de Na+ ?

B. Débit sanguin et plasmatique rénal

1. Quel pourcentage du débit cardiaque représente le débit sanguin rénal (DSR)?

2. Afin d’assurer une filtration efficace du sang, le DSR doit être constant. Indiquez

l’intervalle de pression artérielle (en mmHg) pour lequel le DSR est constant.

3. En vous aidant de ce schéma, quels sont les mécanismes permettant le maintien du DSR

lorsque la pression artérielle augmente ? lorsqu’elle diminue ?


4. Au-delà de quels seuils de pression ces mécanismes sont-ils insuffisants pour maintenir

le DSR constant ? Quelle en est la conséquence ?

5. La détermination du DSR se fait via la mesure du débit plasmatique rénal (DPR). Quelle

formule relie ces deux grandeurs ?

6. Comment mesure t’on le DPR ?

On mesure la clairance urinaire du PAH (Acide Para-Amino Hippurique) chez une patiente pour

vérifier l’état de sa fonction rénale. Les principaux résultats sont résumés dans le tableau ci-

dessous. Les valeurs indiquées sont des moyennes obtenues à partir de prélèvements sanguins

et urinaires de manière fractionnée sur une période de 2 heures.

Paramètre PAH Volume urinaire (mL) 360 [PAH] urinaire (mg/mL) 6000 [PAH] plasmatique (mg/mL) 30 Hématocrite 0,45

7. Calculez le débit plasmatique rénal de la patiente.

8. Déduisez en le débit sanguin rénal

9. A votre avis, la fonction rénale de cette patiente est-elle normale ?

C. Débit de filtration glomérulaire

1. Le débit de filtration glomérulaire (DFG) peut être estimé par la détermination de la

clairance de l’inuline (sucre) ou celle de la créatinine. Pourquoi utilise-t-on ces deux

molécules ?

2. Donnez la formule permettant de calculer le DFG en fonction du débit urinaire et des

concentrations plasmatique et urinaire de l’inuline.

3. Rappelez la formule de Cockcroft permettant de déterminer la clairance de la créatinine.

Une ancienne professeur de sport âgée de 65 ans, (Poids 65 kg Taille 170 cm) effectue un bilan

rénal dans le cadre d’une étude. Cette patiente n’a a priori aucun d’antécédent médical et

pratique encore une activité physique quotidienne. En l’absence d’anomalie du sédiment

urinaire et de protéinurie, des mesures du DFG sont effectuées.

Dans un premier temps, de l’inuline est perfusée à la patiente jusqu’à obtenir une concentration

stable dans le plasma de 1 mg/mL. Après 1h, 60 mL de volume d’urine sont recueillis et sa

concentration en inuline est de 120 mg/mL.

4. Calculez le DFG de la patiente à partir de ces données.

Parallèlement, on a pu déterminer que la concentration plasmatique de la créatinine de cette

patiente est de 90 μmol/L.

5. En utilisant la formule de Cockcroft, recalculez le DFG (avec K=1,04).

6. Comparer les deux calculs de DFG. La patiente est-elle en bonne santé ? Justifiez en vous

aidant du tableau ci-dessous.

Etat de la fonction rénale DFG (mL/min) DFG normal ou augmenté > 90 DFG légèrement diminué 90 – 60 insuffisance rénale chronique modérée 60 – 30 insuffisance rénale chronique sévère 30 – 15 insuffisance rénale chronique terminale < 15


7. A partir du DFG et du DPR précédemment déterminés, calculez la fraction filtrée (FF) de

la patiente.

La force qui produit la filtration glomérulaire est la pression nette d’ultrafiltration (Peff) à travers

les capillaires glomérulaires.

8. Ce schéma présente les différentes forces de Starling dans les capillaires glomérulaires. A

quoi correspond chacune des forces (PBow, PCap, πCap, πBow) ?

9. Donnez l’expression de Peff en fonction des forces de Starling.

La pression oncotique et la pression hydrostatique sont mesurées dans le capillaire glomérulaire

et dans la capsule de Bowman. On obtient les valeurs suivantes :

Localisation Pression oncotique (mmHg) Pression hydrostatique (mmHg) Capillaire 30 55

Capsule de Bowman ≈0 15

10. A partir de ces données, calculez la pression nette d’ultrafiltration.

Exercice 2 : Sécrétion et réabsorption des composés

1. Comparez les compositions de l’urine primitive et définitive pour les différents éléments

présentés dans le tableau ci-dessous.

Constituants Plasma sanguin Urine primitive Urine définitive

Concentration (mmol/L)

Concentration (g/L)


Concentration (mmol/24h)


Concentration (mmol/24h)

Na+ 140 140 25200 165 247,5 Glucose 5 5 900 0 0 Protéines 75 0 0 0 0 Urée 5 5 900 400 600 NH4+ 0 0 0 23 34,5 Volume d’urine/24h

180 L/24h 1,5 L/24h

2. Déduisez les fonctions rénales pouvant expliquer ces différences de composition.


Exercice 3 : Les échanges entre le plasma et le rein

La concentration maximale osmolaire de l’urine humaine est à 1200 mosmol/L

1. Si un individu ingère 1 L d’eau de mer à 2400 mosmol/L combien de litre d’urine devra-

t’il excréter ?

2. Quel en est la conséquence ?

Exercice 4 : Clairance rénale

1. Redonner la formule pour calculer la clairance rénale.

2. Calculez la clairance de la créatinine d’un adulte à partir des mesures suivantes.

3. Créatininémie = 18 mg/L de plasma

Créatininurie = 1,5 g/L d’urine

Volume urinaire sur 24 heures = 1,6 L


TD Immunologie

Exercice 1 : Anticorps

Définir ce qu’est un anticorps et légendez le schéma ci-dessous :

Exercice 2 : Vaccination contre la diphtérie

Un laboratoire décide de s’intéresser à la vaccination contre la diphtérie. Un premier cobaye

reçoit de la toxine diphtérique ayant perdu son pouvoir pathogène mais conservant son pouvoir

immunogène (anatoxine diphtérique). Son sérum est prélevé 15 jours plus tard et différents

tests présentés sur la figure ci-dessous sont réalisés.

1. Que contient le sérum du premier cobaye ?

2. Expliquez en quelques lignes pourquoi les cobayes (1/2/3/4) sont morts ou ont

survécus?


Exercice 3 : Greffe de peau

Des expériences de greffe de peau sont réalisées chez des souris issues de trois souches

différentes (leurs cellules ne sont pas compatibles). La souris B reçoit trois greffes successives à

un mois d’intervalle chacune. Le tableau ci-dessous indique dans chaque cas la souris receveuse,

la souris donneuse et le résultat de la greffe.

1. Pourquoi le greffon peut-il être rejeté ?

2. Quel différence y-a-t’il dans l’expérience 1 et 2 ? Expliquez.

3. Que montre l’expérience n°3 ?

4. Que se passerais-t-il si on effectuait un nouvelle greffe à un mois d’intervalle entre la

souris B et la souris C ?

Exercice 4 : Effet de l’ablation du thymus

Des souris subissent une ablation du thymus suivie d’une irradiation qui détruit toutes les

cellules du système immunitaire. Elles sont réparties en quatre lots et reçoivent des injections de

cellules immunitaires. D’autres souris (lot 5) ne subissent aucun traitement. Les souris des lots

1/2/3/5 reçoivent ensuite une injection de globules rouges de mouton (GRM). Une semaine plus

tard on réalise un test d’agglutination contre les GRM pour chacune des souris. Les résultats sont

présentés dans le tableau ci-dessous.

1. Pourquoi injectent-ils des globules rouges de mouton ?

2. Dans chaque cas expliquez le résultat de l’agglutination.

3. Que pouvez-vous en conclure?


Exercice 5 : Venins de serpent

Les anti-venins sont fabriqués à partir de plasma de cheval immunisé par injection d'antigènes

(venin). Ces injections répétées d'antigènes permettent au système immunitaire du cheval de

générer des immunoglobulines qui permettent la neutralisation du venin. Lorsque le niveau

nécessaire sera atteint, les immunoglobulines seront ensuite séparées du plasma. Les

immunoglobulines seront utilisées pour la production d'anti venin, et le reste du plasma sera

réinjecté au cheval.

Les sérums anti venin classiques permettent de lutter contre 6 types de venin de serpents:

- venin de Cobra royal

- venin de Bungare annelé

- venin de Bongare de Malaisie

- venin de la Vipère de Malaisie

- venin de la Vipère verte

- venin de la Vipère de Russell

1. Quel test utiliseriez-vous pour vérifier si un lot de sérum de cheval peut servir d’anti-

venin ?

2. Dessiner le résultat du test si le lot testé immunise contre seulement 5 venins (résultat

négatif avec le venin de cobra).

Exercice 6 : Les poules de Monsieur Pasteur

Document 1 : "Voici vingt poules qui n'ont jamais subi les atteintes de la maladie ; je les inocule

avec le microbe très virulent. Le lendemain elles sont toutes couchées, très boiteuses ; en 48

heures les vingt poules ont péri. Voici d'autre part, vingt poules préalablement vaccinées au

maximum (c'est-à-dire des poules ayant reçu trois ou quatre fois des injections de microbes très

atténués); elles sont inoculées à la même heure que les précédentes, à la même place, par le

même microbe, employé en même quantité. Le lendemain, toutes sont vives, alertes, mangent,

gloussent".

Extrait des "carnets d'expériences" de Pasteur (septembre 1885)


Document 2 : Production d’anticorps en fonction du temps à la suite de deux contacts avec un

même antigène (UA = unités arbitraires)

Expliquez le principe de la vaccination en vous appuyant sur les deux documents proposés.

Exercice 7 : Test de grossesse

L’HCG (Hormone Chorionique Gonadotrope humaine) est une glycoprotéine qui stimule le corps

jaune. Elle est formée de deux sous-unités (α et β) A l’aide du document ci-dessous expliquez le

principe du test de grossesse. Elle passe dans l’organisme de la mère où elle est ensuite dégradée

et éliminée dans les urines. Cependant 20% des molécules d’HCG sont retrouvées non dégradées

dans les urines. Elles peuvent ainsi être détectées par un test de grossesse contenant des

anticorps anti-HCG. Il existe différents types d’anticorps capable s de fixer soit à la chaine α soit à

la chaineβ.

A l’aide du document, expliquer le principe de fonctionnement du test de grossesse.


Exercice 8 : Rhésus

Lorsque dans un couple la femme est rhésus négatif et l’homme rhésus positif, leur premier

enfant sera rhésus positif. Il est possible que la mère réagisse aux antigènes rhésus présents sur

les membranes des globules du fœtus. Cela peut se produire au moment de l'accouchement

lorsque du sang du fœtus passe dans le sang de la mère.

1. A l’aide du schéma expliquez ce qui s’est passé après l’accouchement.

2. Que se passera-t-il si la femme est à nouveau enceinte d'un enfant de rhésus positif ?

Systématiquement à chaque naissance d'un enfant de rhésus positif chez une femme rhésus

négatif, on injecte des anticorps anti rhésus à la mère.

3. Quel sera le rôle de ces anticorps?

4. Sachant que les anticorps ont une durée de vie d'environ 3 mois que se passe-t-il 5 mois

après son accouchement ?

Certaines femmes disent qu'elles ont été vaccinées au moment de l'accouchement:

5. Donnez la définition d'un vaccin. Etes-vous d'accord avec cette affirmation?

Exercice 9 : La toxoplasmose

On suit l’évolution du taux d’anticorps sériques dirigés contre Toxoplasma gondii (parasite

agent de la toxoplasmose) chez 3 femmes enceintes.

1. Commentez les cas des 3 femmes et de leurs 3 nouveau-nés.

2. Comment procéder pour savoir si les nouveau-nés sont infectés par le toxoplasme ?


Exercice 10 : Hépatite B

L'ESF (Établissement du Sang Français) cherche à savoir si le sang d'un donneur peut être utilisé

pour une transfusion. Pour éviter une éventuelle contagion, on recherche entre autres si cet

individu a été récemment en contact avec le virus de l'hépatite B. Pour cela, on cherche à

identifier les anticorps spécifiques que l'organisme aurait pu produire en réponse à une

infection, en réalisant un test ELISA.

1 : puits incolore correspondant au test du sang d'un individu non infecté

2 : puits coloré correspondant au test du sang d'un individu infecté par le virus de l'hépatite B

3 : puits coloré correspondant au test du sang de l'individu donneur à tester

1. Expliquez et schématisez la méthode ELISA.

2. D’après le résultat obtenu ci-dessus, dites si l'ESF peut utiliser le sang du donneur.

Justifiez.


Exercice 11 : Production d’anticorps monoclonaux

On souhaite tester des anticorps monoclonaux obtenus à partir de deux cellules hybridomes S1

et U4. Ces anticorps sont supposés reconnaitre la phosphorylcholine (PC). S1 sécrète un

anticorps possédant une chaine lourde µ (mu) et une chaine légère κ (kappa). Les cellules S1 et

U4 sont cultivées en présence d’un acide aminé radioactif (incorporation de la radioactivité dans

les protéines fabriquées par ces cellules). Les immunoglobulines sécrétées par S1 et U4 sont

précipitées avec un sérum de lapin anti chaine légère κ puis réduites et déposées sur un gel SDS

PAGE (séparation des chaines légères et lourdes). Une autoradiographie est effectuée pour

visualiser les bandes obtenues.

Rappels : Il existe cinq types de chaînes lourdes, désignées par les lettres grecques γ (gamma), α (alpha), μ (mu), δ (delta), ε (epsilon) qui définissent les cinq classes d'immunoglobulines, respectivement IgG, IgA, IgM, IgD, et IgE. Il existe deux types de chaînes légères, appelées κ (kappa) et λ (lambda) qui peuvent se combiner avec n'importe quel type de chaîne lourde.

1. Que vous indique le résultat de la figure 1 ?

On souhaite ensuite savoir si les immunoglobulines sécrétée par les cellules U4 sont spécifiques

de la phosphorylcholine. Pour cela on fait un test d’hémagglutination avec des globules rouges

de mouton (GRM) et un autre test avec des globules rouges de mouton avec de la

phosphorylcholine à leur surface (PC-GRM). On complète ces deux tests par une

hémagglutination des PC-GRM en présence d’un sérum amplificateur. Les titres agglutinants

sont présentés dans le tableau ci-dessous.

2. Que vous indiquent les résultats du tableau ? Sont-ils en accord avec ceux de la figure 1 ?

3. Proposez une explication quant au fait que les immunoglobulines sécrétées par U4 ne

réagissent qu’en présence du sérum amplificateur ?


Exercice 12 : Protéine OmpA

On s’intéresse à la stimulation des lymphocytes B par la protéine OmpA (protéine la bactérie

Shigella flexneri). Pour cela on quantifie par cytométrie de flux la présence à la surface des

lymphocytes B des récepteurs TLR (récepteurs augmentés lors d’une infection bactérienne) avec

(en vert) ou sans (en rouge) incubation de ces lymphocytes B avec de la protéine OmpA purifiée.

On teste la présence de quatre récepteurs différents TLR 1/2/4/6 pour lesquels ont possède des

anticorps spécifiques couplés à un fluorochrome rouge si on incube les cellules sans OmpA ou

vert si on les incube avec OmpA. En contrôle on utilise un anticorps couplé à un fluorochrome

bleu qui ne reconnait aucun TLR.

1. Rappelez le principe de la cytométrie en flux.

2. Que vous indique le résultat de la figure 1 ?

3. Quel est l’effet de la protéine OmpA?


Exercice 13 (extrait d’examen)

Le diagnostic de l'hémoglobinurie paroxystique nocturne (HPN) se fait par l’analyse de

l’expression des récepteurs régulant l’activation du complément à la surface des neutrophiles,

monocytes ou globules rouges par cytométrie en flux. Les graphiques A et B présentent

l’identification d’un de ces 3 types cellulaires.

1. Quels sont les critères utilisés sur la figure 1B pour caractériser les cellules ?

2. En utilisant les données de la figure 2 et les graphiques de la figure 1, quelle population

est sélectionnée (cellules rouges encadrées) ? Justifiez.

Les protéines CD16 et CD24 sont les récepteurs régulant l’activation du complément sur ce type

cellulaire. Ils sont absents des cellules pathologiques. L’expression de ces deux récepteurs est

étudiée dans la population cellulaire précédemment sélectionnée. Le seuil de fluorescence vous

est indiqué sur figure 3.

3. Le patient testé ici est-il atteint d’HPN ? Justifiez.

Il existe actuellement un anticorps monoclonal thérapeutique dirigé contre la fraction C5 du

complément, l’eculizumab, qui est efficace contre cette pathologie.

4. Qu’est-ce qu’un anticorps monoclonal et comment l’obtient-on ?


Exercice 14 (extrait d’examen)

Il est actuellement possible de faire en quelques minutes un test rapide d’orientation et de

diagnostic de l’infection par le VIH sur la salive. Ce test consiste à détecter dans la salive la

présence des anticorps anti-VIH, et est schématisé sur la figure ci-dessous :

1. Comment s’appelle la technique utilisée par ce test ? Décrivez brièvement son principe.

Ce test est réalisé chez 2 patients, A et B. Le résultat est présenté dans la figure

2. Quelles conclusions pouvez-vous tirer de ces tests ?

Pour confirmer le diagnostic, un Western Blot est réalisé sur le même échantillon.

3. Que va chercher à mettre en évidence cette technique ?

4. Expliquez la technique en quelques lignes.

5. Quelle conclusion pouvez-vous tirer après l’analyse de la figure 3 ? Justifiez.

Documents

Polycopié de Travaux dirigés Biologie Appliquéegenie-bio.cnam.fr/.../cours_blg002/blg002_td_bio_appliquee_mars18.pdf · Biologie Appliquée – BLG002 TD Electrophysiologie Exercice