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PHYSIQUE ET MEDECINE

 

Instruments de la physique au service de la biologie et de la médecine
Sept chercheurs présentent des applications récentes en médecine et biologie de techniques mises au point au départ dans le domaine de la physique. Sigrid Avrillier (Laboratoire de physique des lasers, Villetaneuse) décrit un capteur laser qui permet de mesurer les propriétés d'oxygénation des tissus. Le principe de l'appareil repose sur l'analyse de la réflexion d'un rayon laser par un tissu biologique : lorsque le laser entre en contact avec la peau, on observe une tache de couleur due à la réémission de lumière par le tissu. Philippe Lanièce (Institut de physique nucléaire, Orsay) présente le système de tomographie gamma haute résolution TOHR. TOHR est utilisé pour obtenir une image du cerveau d'un petit animal (ici un rat). Le marqueur radioactif utilisé est le technétium. Pascal Laugier (Laboratoire d'imagerie paramétrique, Faculté de médecine de Paris) étudie l'utilisation des ultrasons en imagerie médicale. Un test basé sur l'analyse d'une image du calcanéum, un os du talon, a été mis au point pour mesurer l'évolution de l'ostéoporose. Bernard Renault (Laboratoire Neurosciences cognitives et imagerie cérébrale, hôpital de la Pitié Salpétrière de Paris) utilise la magnéto-encéphalographie et l'électro-encéphalographie pour localiser les zones d'activité du cerveau et les relier aux gestes du patient. Les zones activées sont visualisées par des gradients de couleur sur les images de la tête. L'intérêt de la magnéto-encéphalographie est sa résolution temporelle exceptionnelle (de l'ordre du millième de seconde). Mathias Fink (Laboratoire Ondes et acoustique, Ecole supérieure de physique et de chimie industrielle de Paris) est un spécialiste de la propagation des ultrasons. Il présente d'abord un détecteur d'ultrasons à très haute fréquence qui permet de visualiser les ondes de cisaillement dans les tissus et de différencier ceux-ci en fonction de leur dureté (détection de nodules plus durs que les tissus mous qui les entourent). Est ensuite décrite une technique de correction du front d'onde qui permet d'éliminer les effets de distorsion engendrés par les os du crâne dans l'échographie cérébrale. Jacques Bittoun (Unité de recherche en résonance magnétique médicale, hôpital du Kremlin Bicêtre) utilise l'IRM pour étudier les fonctions cardiaques et pulmonaires. L'air qui remplit les poumons étant insensible à la RMN, il faut utiliser de l'hélium hyperpolarisé, inoffensif pour l'être humain. L'IRM cardiaque permet de visualiser la vitesse et l'accélération du sang dans l'aorte. Didier Chatenay (Laboratoire de dynamique des fluides complexes, Strasbourg) s'intéresse à la structure de l'ARN. Une "pince optique" (laser) permet de manipuler une molécule d'ARN pour mesurer à l'aide de la microscopie par ondes évanescentes le repliement lors de la transcription. Le repliement est également étudié par simulation numérique.
Générique
Auteur, réalisateur : Olivier Blond Producteur : CNRS Audiovisuel Diffusion : CNRS Diffusion Copyright CNRS 2001

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PHYSIQUE BIOLOGIE ET MEDECINE

 

 

 

 

Instruments de la physique au service de la biologie et de la médecine

 

Sept chercheurs présentent des applications récentes en médecine et biologie de techniques mises au point au départ dans le domaine de la physique. Sigrid Avrillier (Laboratoire de physique des lasers, Villetaneuse) décrit un capteur laser qui permet de mesurer les propriétés d'oxygénation des tissus. Le principe de l'appareil repose sur l'analyse de la réflexion d'un rayon laser par un tissu biologique : lorsque le laser entre en contact avec la peau, on observe une tache de couleur due à la réémission de lumière par le tissu. Philippe Lanièce (Institut de physique nucléaire, Orsay) présente le système de tomographie gamma haute résolution TOHR. TOHR est utilisé pour obtenir une image du cerveau d'un petit animal (ici un rat). Le marqueur radioactif utilisé est le technétium. Pascal Laugier (Laboratoire d'imagerie paramétrique, Faculté de médecine de Paris) étudie l'utilisation des ultrasons en imagerie médicale. Un test basé sur l'analyse d'une image du calcanéum, un os du talon, a été mis au point pour mesurer l'évolution de l'ostéoporose. Bernard Renault (Laboratoire Neurosciences cognitives et imagerie cérébrale, hôpital de la Pitié Salpétrière de Paris) utilise la magnéto-encéphalographie et l'électro-encéphalographie pour localiser les zones d'activité du cerveau et les relier aux gestes du patient. Les zones activées sont visualisées par des gradients de couleur sur les images de la tête. L'intérêt de la magnéto-encéphalographie est sa résolution temporelle exceptionnelle (de l'ordre du millième de seconde). Mathias Fink (Laboratoire Ondes et acoustique, Ecole supérieure de physique et de chimie industrielle de Paris) est un spécialiste de la propagation des ultrasons. Il présente d'abord un détecteur d'ultrasons à très haute fréquence qui permet de visualiser les ondes de cisaillement dans les tissus et de différencier ceux-ci en fonction de leur dureté (détection de nodules plus durs que les tissus mous qui les entourent). Est ensuite décrite une technique de correction du front d'onde qui permet d'éliminer les effets de distorsion engendrés par les os du crâne dans l'échographie cérébrale. Jacques Bittoun (Unité de recherche en résonance magnétique médicale, hôpital du Kremlin Bicêtre) utilise l'IRM pour étudier les fonctions cardiaques et pulmonaires. L'air qui remplit les poumons étant insensible à la RMN, il faut utiliser de l'hélium hyperpolarisé, inoffensif pour l'être humain. L'IRM cardiaque permet de visualiser la vitesse et l'accélération du sang dans l'aorte. Didier Chatenay (Laboratoire de dynamique des fluides complexes, Strasbourg) s'intéresse à la structure de l'ARN. Une "pince optique" (laser) permet de manipuler une molécule d'ARN pour mesurer à l'aide de la microscopie par ondes évanescentes le repliement lors de la transcription. Le repliement est également étudié par simulation numérique.

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Auteur, réalisateur : Olivier Blond Producteur : CNRS Audiovisuel Diffusion : CNRS Diffusion Copyright CNRS 2001

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LE COEUR HUMAIN

 

Battements du  coeur.

Notre coeur est formé de plusieurs millions de cellules qui battent au rythme de 50 à 120 pulsations par minute. Les cellules cardiaques comprennent les myocytes qui battent et les fibroblastes qui eux ne pulsent pas mais dont les mouvements sont mis en évidence par microcinématographie en accéléré. Des cellules de coeur de rat sont mises en culture. Les myocytes sont d'abord dispersés, puis après une ou deux semaines de culture, ils se rassemblent et leurs battements se synchronisent. Ces regroupements de myocytes en zones cellulaires homogènes semblent être organisés par les fibroblastes. La communication entre myocytes, réalisée par leurs membranes qui se joignent, semble permettre leur synchronisation.

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AU COEUR DES PROTEINES

 

AU  COEUR   DES  PROTEINES

 

DOCUMENT   PEDAGOGIQUE

 

Texte de la 31ème conférence de l'Université de tous les savoirs réalisée le 31 janvier 2000 par Axel Kahn

Les enjeux éthiques de la génétique

De tous temps, les sciences de la vie ont eu une résonance individuelle, sociale et parfois politique toute particulière. Cest que le monde vivant, auquel appartient lHomme, est traditionnellement considéré comme relevant du domaine divin. Dailleurs, le vitalisme, un système de pensée excluant lessence de la vie des processus physico-chimiques sappliquant au monde inanimé, a persisté jusquau début de notre siècle, survivant donc pendant plusieurs centaines dannées à lémergence de lesprit scientifique en Europe au XVIIème siècle.

Au XIXème siècle, la théorie de lévolution, qui sapplique à lHomme et le dépossède donc de son privilège de créature à limage de Dieu, a constitué une onde de choc dont les effets se font encore sentir aujourdhui. En effet, les grandes idéologies qui ont si cruellement marqué le XXème siècle, notamment leugénisme et le racisme, ont massivement emprunté à la science de lévolution ce qui leur semblait de nature à conforter leurs préjugés.

La génétique, cest-à-dire létude des lois gouvernant la transmission des caractères héréditaires, est une science encore plus récente puisque, issue des travaux de Gregor Mendel en 1865, elle nest redécouverte, indépendamment de ceux-ci, quau début du XXème siècle. A dire vrai, la génétique a plus modifié lénoncé des idéologies enracinées dans une conception pervertie de lévolution quelle ne les a créées. Il nempêche que cette science, appliquée à lhomme, se fixe pour objectif de déterminer lorigine des caractères humains, des similitudes et des différences, de leur transmission au travers du lignage. Toutes ces questions sont probablement de celles que se posent les communautés humaines depuis lorigine si bien que, après le concept de lévolution, la science génétique devait avoir sur lhistoire du XXème siècle plus de répercussions que tout autre science. Le gène est en effet rapidement devenu lélément de base matérialisé des vieilles conceptions déterministes et des projets eugénistes et racistes. Depuis la nuit des temps, les hommes considèrent que le destin est écrit. Avec la génétique, na-t-on pas reconnu quil létait dans le langage des gènes ? Leugénisme, cest-à-dire la mise en Suvre de politiques volontaires damélioration des sociétés humaines, a dès lors été entendu comme lensemble des activités visant à limiter la diffusion des mauvais gènes dans la population. Les races, considérées antérieurement comme inférieures car à un niveau moindre de lévolution humaine, se sont vues définies par leur faible qualité génétique. Chacun se rappelle les horreurs commises au nom de leugénisme et du racisme, au nom des gènes ! Après guerre, leffroi des sociétés démocratiques à la découverte de létendue des dégâts provoqués par ces idéologies devait largement libérer les sciences biologiques, notamment la génétique, de leur gangue idéologique.

La théorie de lévolution permet de prévoir que les mécanismes gouvernant tous les organismes vivants sont de même nature, puisque tous les êtres dérivent dune même forme de vie originelle. Cest ce que confirme luniversalité du code génétique, cest-à-dire des règles permettant dexpliquer les propriétés biologiques des cellules vivantes à partir de lenchaînement des lettres qui constituent leur matériel génétique. A partir de 1973, la réunion des outils du génie génétique aboutit à une confirmation supplémentaire des déductions tirées de la théorie de lévolution. Tout gène, appartenant à quelque être vivant que ce soit, peut fonctionner lorsquil est transféré dans un autre organisme vivant. Cela signifie quil est possible dasservir génétiquement nimporte quel être à lexpression du programme génétique dun autre être vivant, simplement par transfert de gènes. Cest alors lexplosion des progrès de la biologie durant les vingt cinq dernières années de notre siècle, qui trouvent une illustration éloquente dans les programmes génomes.

Avant deux à trois ans, on connaîtra lenchaînement des quelques 3,4 milliards de lettres constituant notre génome, cest-à-dire les molécules dADN de nos chromosomes qui forment le support moléculaire de nos quelques 80.000 à 140.000 milles gènes. Les enjeux éthiques de ces avancées scientifiques découlent à la fois du caractère sensible de la génétique, proie idéale pour toute les idéologies de la stigmatisation, et de lampleur des connaissances et outils nouveaux engendrés. A lheure du génie génétique et des programmes génomes, il existe sur le plan biologique une unité profonde du monde vivant à laquelle néchappe pas lunivers de lHomme, accessible aux mêmes méthodes détude et de modification génétique que nimporte quel autre organisme, animal, végétal ou microbien. La quête de lessence humaine dans les méandres du génome est donc condamnée à léchec, aboutissant à la négation de la spécificité de lhumain. Loeil rivé sur les gènes et le fonctionnement des cellules, le biologiste risque de négliger ce qui est le plus caractéristique du processus dhominisation, cest-à-dire lédification en dehors du mammifère humain, de ses gènes, du monde symbolique, culturel et des connaissances, enrichi génération après génération par lHomme. Ce nest quaprès imprégnation par cet univers intellectuel quil a progressivement créé que le primate Homo sapiens shumanise. Cependant, bien entendu, ce sont les propriétés biologiques du cerveau humain, inscrites dans les gènes de lHomme, qui gouvernent sa sensibilité aux empreintes symboliques, culturelles et éducatives. En retour, ainsi configurées par acculturation, ce sont les capacités mentales de lHomme qui lui permettent de contribuer à lenrichissement de lunivers culturel et des connaissances.

Le danger est grand que tous ceux qui sont déjà persuadés que le destin humain est déterminé par sa dimension biologique se trouvent confortés dans leurs préjugés par une certaine présentation du programme génome humain et par linterprétation rapide de nombre détudes génétiques, en particulier celles portant sur les comportements. Le destin est écrit, pensaient les Grecs. Il est inscrit dans des êtres biologiques soumis aux mécanismes de lévolution, propose la lecture sociobiologique du darwinisme. Il peut être lu dans ce grand livre de lHomme quest le génome humain, se laissent parfois aller à affirmer des généticiens imprudents ou idéologiquement marqués.

La réalité dun tel danger est illustré pratiquement chaque semaine dans les publications scientifiques et le compte-rendu quen font les médias généralistes. On apprend en effet quont été localisés, identifiés, voire manipulés les gènes de lamour maternel, de la violence, de la curiosité intellectuelle, de la fidélité masculine, de lhomosexualité ... voire de lintelligence. En fait, les progrès récents de la génétique et de la neurobiologie moléculaire ne disent rien de tel. Ce que gouvernent les gènes humains, cest la plasticité cérébrale, cest-à-dire la sensibilité du cerveau de lHomme aux impressions laissées par le milieu socioculturel. Ils sont ainsi le moyen de desserrer létau des comportements innés auxquels sont si étroitement assujettis les mammifères non humains. A ce titre, les gènes humains sont plus le moyen de la liberté que sa limite.

Il nempêche quil serait également déraisonnable de refuser toute forme de déterminisme génétique : les gènes, et cest là leur définition, sont bien des déterminants de propriétés biologiques. Le fait que celles-ci dépendent souvent de lintervention de plusieurs gènes et varient en fonction du contexte de lenvironnement nenlève rien à cette réalité qui fonde la science génétique. En médecine, cela se manifeste par le fait quil est possible de ranger toutes les maladies humaines sur une échelle. A gauche de celle-ci se trouvent les affections qui sont presque totalement déterminées par laltération dun gène. Toute personne ayant hérité dun ou de deux gènes altérés de ses parents, suivant le type de transmission génétique, développera la maladie. Tel est le cas de l hémophilie, de la mucoviscidose, de la myopathie de Duchenne, de la chorée de Huntington ...etc. Un peu à droite de cette position se placent des maladies qui sont très dépendantes de laltération dun gène, mais dont la «pénétrance» cest-à-dire ici le risque associé nest pas total. Ainsi, des personnes ayant hérité dune copie dun gène muté de susceptibilité au cancer du sein ou du colon auront entre 50 et 75% de chances de développer de telles tumeurs, mais certaines personnes y échapperont. Encore plus à droite se situent nombre daffections communes qui sont en partie déterminées par la constitution génétique, souvent par plusieurs gènes, mais également en très grande partie par les habitudes de vie et lenvironnement. On peut citer ici la sensibilité aux infections, à de très nombreux cancers, aux maladies cardio-vasculaires, à lathérosclérose, à lhypertension artérielle, aux formes communes du diabète et de lobésité et, probablement, à nombre de maladies psychiatriques. Enfin, tout à fait à droite de notre échelle on range des maladies sans fondement génétique, dorigine avant tout toxique ou accidentelle. La grande fréquence des affections possédant des déterminants génétiques, absolus ou relatifs, est à lorigine de lessor de ce qui a été appelé «médecine prédictive», ou bien, pour utiliser une désignation mieux appropriée, médecine de prévision. Lorsque la possibilité de prévoir la survenue dune maladie permet de léviter, ou bien den atténuer la gravité, une telle prévision génétique constitue un plein succès de la médecine. Cependant, fréquentes sont les situations ou prévoir ne permet pas encore de prévenir. Lourdes de menaces pour léquilibre psychique des personnes, de telles prévisions débouchant sur limpuissance thérapeutique nont guère dintérêt médical. Cependant, la possibilité de prévoir le destin biologique des individus a un intérêt considérable pour nombre de secteurs dactivité : lassurance privée, qui gagnerait à établir des groupes homogènes de risques dont les membres seraient assujettis à des tarifs différentiels, la sélection des candidats à un emploi salarié, si les tests génétiques permettaient doptimaliser ladéquation entre les employés et le poste de travail ; le prêt bancaire...etc. La généralisation de telles pratiques, dont la logique économique est indéniable, aboutirait ni plus ni moins à un bouleversement de nos sociétés. En effet, lillusion selon laquelle tous les hommes naissent et demeurent égaux en dignité et en droit serait abandonnée puisque les droits réels des personnes ne seraient plus que ceux que leur laissent leurs gènes.

Le développement des recherches en génétique humaine offre bien entendu des outils dune redoutable efficacité pour poursuivre par dautres moyens les vieux desseins eugéniques. Au-delà du diagnostic prénatal de maladies génétiques gravissimes, la tentation se fait jour de soumettre plus généralement les embryons humains à un tri sur la base de caractéristiques moins pathologiques, voire totalement physiologiques tel que le sexe. Ce qui est en cause ici, cest lessentielle irréductibilité des caractéristiques de chaque individu à la volonté normative de tiers, fussent les parents. La prédétermination par ceux-ci du sexe et de laspect dun enfant à naître serait naturellement portée à son maximum par lutilisation du clonage humain à visée reproductive.

Leugénisme à lheure de la génétique, nous lavons vu, revient à lamélioration du potentiel génique dun lignage humain. Le moyen en a été jusqualors la sélection. Le mythe dun eugénisme positif se fixant pour but non pas lélimination des sujets au patrimoine insuffisant, mais laugmentation du potentiel génique par apport de gènes «améliorateurs» est ancien et semble même gagner aujourdhui en consistance, sinon scientifique au moins idéologique. Sur le plan scientifique, les qualités proprement humaines, laptitude à créer du sens, de la beauté, de la bonté sont à lévidence irréductibles à la manipulation grossière de quelques gènes. Cependant on a pu lire à la fin de lannée 1999 sous la plume de certains des auteurs et philosophes les plus éminents du moment lénoncé de scénarios prévoyant une telle modification biotechnologique de lhomme. A ce degré de diffusion du mythe, il devient une réalité sociale et une menace idéologique.

En conclusion, la génétique en elle-même ne dit rien de bien nouveau sur la nature humaine qui ne soit déjà implicite dans la théorie de lévolution. En revanche, elle engendre une série de données et doutils, moralement neutres par eux-mêmes, mais dont laccaparement par les vieilles idéologies du déterminisme, de la stigmatisation et de lexclusion est particulièrement aisé et dangereux. En ce sens, le généticien, conscient de la susceptibilité particulière de son domaine scientifique aux récupérations idéologiques, a une responsabilité élective : non seulement réaliser du mieux quil le peut une science qui fasse honneur au génie humain, mais aussi simpliquer pour la présenter au public, expliquer ce quelle signifie et ce quil est illégitime de lui faire dire. En tant que citoyen, il reviendra ensuite au généticien de prolonger ce travail de recherches et dexplications par un combat citoyen contre toutes les tentatives dasservir lHomme. Sil est parfaitement illégitime de faire dire à la génétique que nous sommes tous prisonniers de nos gènes, la science ne suffit pas non plus à fonder lexigence de liberté. A ce stade, lengagement est dautre nature. Il est moral.

 

Voyage au centre des protéines
Les protéines sont les principaux acteurs du vivant, non seulement par leur quantité, mais surtout par la diversité des fonctions qu'elles exercent, allant de la catalyse de réactions chimiques jusqu'à la structuration de la matière vivante. Elles sont formées de longues chaînes d'acides aminés, qui se replient dans l'espace ; et cette structure tri-dimensionnelle est à la base de la fonction assurée par la protéine. Connaître la structure aux détails atomiques près, comprendre ses propriétés dynamiques, suivre les changements de conformation d'une protéine en action, intégrer ces connaissances aux données biochimiques et fonctionnelles constituent le coeur de la biologie structurale et permet d'avancer considérablement dans la compréhension de la fonction des protéines. Au cours de cet exposé, après avoir introduit quelques notions de base sur la composition des protéines, nous montrerons l'apport de la physique aux méthodes expérimentales permettant de sonder la structure des protéines et illustreront ensuite l'intérêt de ces études par quelques exemples.

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