grand oral physique L’AVC

« GRAND ORAL — PHYSIQUE-CHIMIE INTRODUCTION: Le corps humain est un système extrêmement complexe, mais surtout très bien régulé.En permanence, sans que nous y pensions, notre cœur bat, le sang circule et le cerveau reçoit l’oxygène dont il a besoin. Tout cela fonctionne automatiquement.

On pourrait donc croire que ce système est parfaitement fiable. Mais en réalité, il suffit d’un très léger déséquilibre pour que tout se dérègle. Une artère peut se boucher à cause d’un caillot, se rétrécir progressivement, ou même se rompre.

Dans ces cas-là, le sang n’arrive plus correctement jusqu’au cerveau. Et en quelques secondes seulement, les neurones commencent à manquer d’oxygène et à être endommagés. C’est ce que l’on appelle un accident vasculaire cérébral, ou AVC. Chaque année en France, plus de 140 000 personnes sont touchées, soit environ une personne toutes les quatre minutes.Ses conséquences peuvent être très lourdes : paralysie, troubles de la mémoire, et parfois le décès. L’AVC est même aujourd’hui la première cause de handicap acquis chez l’adulte. Le problème, c’est que ces accidents surviennent brutalement, alors que les anomalies qui les provoquent se développent souvent pendant des années, sans aucun symptôme visible. L’enjeu médical est donc de les détecter le plus tôt possible, avant qu’un AVC ne se produise. Pour cela, les médecins utilisent des outils issus de la physique, notamment l’étude des ondes et de l’écoulement des fluides, afin d’observer la circulation du sang dans les artères. On peut alors se demander :Comment la physique permet-elle de détecter un risque d’AVC avant l’apparition des symptômes ? Pour répondre à cette question, nous verrons d’abord comment l’effet Doppler permet de mesurer la vitesse du sang, puis comment la mécanique des fluides permet d’interpréter ces mesures afin de détecter une anomalie, avant d’en étudier les limites. # I.

MESURER LA VITESSE DU SANG GRÂCE À L'EFFET DOPPLER Pour comprendre comment un médecin peut détecter un risque d'AVC, il faut d'abord savoir comment il mesure la vitesse du sang à l'intérieur d'une artère. Pour cela, il utilise une échographie Doppler. Cette technique repose sur un phénomène physique appelé effet Doppler. Pour comprendre ce phénomène, on peut prendre l’exemple d’une ambulance qui passe devant nous: - lorsqu’elle se rapproche, le son parait plus aigu - Lorsqu’elle s’éloigne : son plus grave - Ce phénomène s’explique par la variation de la fréquence des ondes sonores perçues.Quand la source se rapproche, les ondes émit par la source arrivent plus souvent à nos oreilles : la fréquence augmente.Quand elle s’éloigne, les ondes arrivent moins souvent à nos oreilles : la fréquence diminue. Cette modification de fréquence due au mouvement relatif entre la source et le récepteur s’appelle l’effet Doppler. En médecine, le principe est identique mais utilise des ultrasons = ondes mécaniques dont la fréquence très élève, qui sont donc inaudibles pour l'être humain. Pendant l'examen, une sonde placée sur la peau émet des ultrasons qui traversent les tissus et atteignent les globules rouges circulant dans l’artère. Une partie des ondes est alors réfléchie par les globules rouge vers la sonde.

(Comme un écho) Comme les globules rouges sont en mouvement, la fréquence des ultrasons réfléchis est légèrement différente de celle des ultrasons émis. Cette différence entre fréquence envoyé/reçue est appelée décalage Doppler. La physique permet alors de relier ce décalage à la vitesse du sang grâce à la relation : Δf = (2 × fe × v × cos θ) / c Cette expression montre que plus la vitesse du sang est grande, plus le décalage de fréquence est important. où : * * * * c Δf est le décalage de fréquence mesuré ; fe est la fréquence émise ; v est la vitesse du sang ; θ est l'angle entre la sonde et le flux sanguin ; est la vitesse de propagation des ultrasons dans le sang, environ 1540 m/s. Cette formule est essentielle car elle permet de relier une mesure physique, le décalage de fréquence Δf, à une grandeur médicale invisible, la vitesse du sang v. On peut ainsi calculer cette vitesse à partir du décalage mesuré grâce à la relation inversée : v=Δf⋅c/2.fe.cos(θ) Dans une artère saine, la vitesse du sang est généralement comprise entre 0,3 et 0,5 mètre par seconde.

Cette mesure permet donc de surveiller la circulation sanguine de manière rapide, non invasive et sans intervention chirurgicale. Ainsi, grâce à l’effet Doppler, on peut surveiller la vitesse du sang sans contact, de manière rapide et non invasive. Cependant, les médecins observent parfois des vitesses beaucoup plus élevées. Reste alors à comprendre ce que signifie cette augmentation de vitesse et ce qu’elle peut révéler sur l’état de l’artère. Pour répondre à cette question, il faut quitter la physique des ondes et s'intéresser à une autre branche de la physique : la mécanique des fluides. # II.

COMMENT UNE VITESSE ANORMALE PEUT-ELLE RÉVÉLER UN RISQUE D'AVC ? Le sang peut être modélisé comme un fluide circulant dans un réseau de vaisseaux. Pour décrire cet écoulement, les physiciens utilisent une grandeur appelée débit volumique. Le débit correspond au volume de sang traversant une section de l'artère chaque seconde. Il est donné par la relation : Dv = S × v où S représente la surface de la section de l'artère et v la vitesse du sang. Dans une même artère, le débit sanguin reste globalement constant afin que les organes continuent d'être correctement alimentés en oxygène. Reprenons l'exemple de notre patient. Lors d'un premier passage du Doppler, le médecin mesure une vitesse de : v₁ = 0,5 m/s. Quelques centimètres plus loin, il mesure : v₂ = 1,0 m/s. La.... »