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SVT- Académie de Strasbourg

La validation d’hypothèses au cycle 4 sur le thème de l’équilibre alimentaire et du microbiome

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  • La validation d’hypothèses au cycle 4 sur le thème de l’équi ... Image 1
  • La ressource suivante présente une série de documents permettant aux élèves de cycle 4 de formuler et valider des hypothèses sur les types de régimes, d’aliments et de constituants alimentaires permettant de réduire les risques de survenue de certaines
    maladies.

Introduction

L’objectif principal de cette ressource est de permettre aux élèves d’acquérir des outils qui leur permettront de différencier les corrélations, les causalités possibles et des faits et d’éviter d’accepter toutes les hypothèses qu’ils peuvent entendre ou lire à travers les médias. Le schéma suivant (figure 1) propose différents niveaux de validation d’hypothèse. Les élèves pourront identifier pour chaque notion dans les documents proposés à quel niveau on se situe. Les documents ont été choisis afin d’atteindre le niveau maximum existant actuellement dans la littérature.

1. De la problématisation à la formulation d’hypothèses : les comparaisons et les études épidémiologiques

Document 1 : problématisation

Le document 1 permet de réaliser le constat suivant :

De nos jours, certaines maladies semblent associées à certaines zones géographiques. L’obésité et les maladies cardiovasculaires sont plus prévalentes dans les pays occidentaux.

Un questionnement possible est de savoir pourquoi.

Documents 2 et 3 : des comparaisons afin de formuler des hypothèse justifiées.

Le document 2 peut être amené suite à un échange avec les élèves au sujet de ces maladies et permet de réaliser le constat suivant :
Les habitudes alimentaires diffèrent en fonction des zones géographiques. Les différences sont en terme de quantité et de qualité.

Hypothèse :

On peut proposer que les habitudes alimentaires sont une cause aux différences de prévalence de certaines maladies. D’autres comparaisons seraient utiles pour permettre de se faire une idée plus précise des différences en fonction des zones géographiques (politiques de prévention, accès aux médicaments, sédentarité, tabagisme, ...).

Le document 3 permet de préciser les aspects quantitatifs et qualitatifs de deux régimes alimentaires caractéristiques de deux pays où la mortalité associée aux maladies cardiaques est faible et un régime où cette dernière est élevée. Les élèves peuvent ainsi construire des pyramides alimentaires en notant dans l’ordre d’abondance de la base vers le sommet du triangle les noms des aliments du doc.3 (cf. figure 2). Elles permettront d’effectuer des comparaisons et d’aboutir aux constats et hypothèses suivants :

  • En Finlande, la consommation de lait, pommes de terre, matières grasses d’origine animale et de sucre étaient élevées dans les années 60.
  • En Grèce, la consommation de fruits et d’huile d’olive étaient élevées alors que la consommation de viande et de sucre étaient faibles.
  • Au Japon, la consommation de légumes, de poisson et de céréales étaient élevées alors que celle de viande et de sucre étaient très faibles.

Hypothèses :

On peut proposer que la consommation de fruits, de légumes, de poisson, de céréales et d’huile d’olive pourraient avoir des effets bénéfiques sur la santé. La consommation excessive de matières grasses d’origine animale et de sucre pourraient avoir des effets négatifs sur la santé cardiaque.

Documents 4 et 5 : renforcer les hypothèses par des études épidémiologiques

Le document 4 permet de :

renforcer l’hypothèse (par des études épidémiologiques avec des valeurs ajustées) selon laquelle un régime alimentaire peut influencer la prévalence de certaines maladies (maladies cardiovasculaires, cancers, Alzheimer, Parkinson).

Les documents suivants sont proposés pour permettre de déterminer si certains éléments du régime méditerranéen sont responsables de la diminution de la prévalence de certaines maladies. Les documents 5 et 6 peuvent être répartis dans la classe et un travail par groupes d’élèves est envisageable.

Le document 5 permet de :

renforcer l’hypothèse (par des études épidémiologiques avec des valeurs ajustées) selon laquelle la consommation de viande rouge en grande quantité augmenterait le risque de développer un cancer colorectal.

Bilan intermédiaire :

Le type de régime alimentaire semble avoir un effet sur la prévalence de certaines maladies (ex. : le régime méditerranéen semble réduire la prévalence des maladies cardiovasculaires, des cancers et des maladies de Parkinson et Alzheimer).

La consommation privilégiée de certains aliments pourrait expliquer ces résultats (ex. : la consommation d’une grande quantité de fruits et légumes et une réduction des apports de viande rouge).
Cependant le niveau de preuve atteint des études ne dépasse pas celui obtenu par des études épidémiologiques avec des valeurs ajustées.

2. Le renforcement des hypothèses : les expériences in vivo et in vitro

Suite à ces différentes activités, les élèves pourront être amenés à se questionner sur :

  • la possibilité d’atteindre un niveau de preuve plus élevé pour établir que l’alimentation a un rôle dans la prévention de certaines maladies,
  • l’importance de certaines caractéristiques du régime méditerranéen qui n’ont pu encore être testées (la faible quantité de sucre et de viande, les apports élevés de fruits et légumes).

Le document 6A permet de :

renforcer l’hypothèse (par des expériences sur des animaux) selon laquelle la consommation en excès de viande rouge pourrait augmenter le risque de développer un cancer. L’hémoglobine contenue dans cette viande pourrait favoriser le développement de tumeurs du fait d’une augmentation de la teneur en certains éléments oxydants dans les cellules. Ces éléments seraient à l’origine d’un stress pour ces cellules puisqu’ils augmentent leur mortalité. Ces effets sur la survie des cellules pourraient être liés à l’apparition de cassures de l’ADN.

Le document 6B est proposé ici pour permettre de proposer la ressource également à des élèves de troisième et d’aborder les variations de caractères liées à l’environnement et les mutations.

Le document 7 permet de :

valider l’hypothèse (par des expériences chez les humains) selon laquelle certaines substances présentes dans les fruits et légumes seraient toxiques spécifiquement envers des cellules tumorales.
Il faut rester cependant vigilant à ne pas élargir de trop le domaine d’application de l’hypothèse validée ici. Bien qu’un mécanisme possible d’action des fruits et légumes sur la santé soit proposé, ce dernier n’est pas établi de façon complète (toutes les étapes depuis l’absorption intestinale jusqu’au contact avec les cellules cibles ainsi que les modalités d’action au niveau moléculaire de ces substances sur les cellules humaines ne sont pas élucidés). Ainsi l’hypothèse d’un effet anticancérigène des fruits et légumes ne reste quant à elle qu’au stade d’hypothèse renforcée.

3. Bilan intermédiaire

Les effets sur la santé de certains régimes alimentaires pourraient être liés à l’apport de substances antitumorales ou à la réduction de substances responsables d’un stress cellulaire.
À l’issue de ces études, le premier constat établi dans le doc. 1A au sujet d’une prévalence différentielle de l’obésité en fonction des pays n’a pas été explicité. Autrement dit aucun lien entre les types de régimes alimentaires et l’obésité n’a pu être établi par confrontation avec des données épidémiologiques, cliniques ou expérimentales. Ce sera donc l’objectif de la partie suivante.

4. La validation des hypothèses : des corrélations aux mécanismes biologiques

Avant de poursuivre l’étude des documents de la troisième partie, il pourrait être envisagé de mener avec les élèves une étude au microscope de l’intestin grêle dans le but d’expliquer l’absorption des nutriments et de caractériser les grands mécanismes de la digestion afin de découvrir que les bactéries intestinales interviennent dans la digestion des fibres.
Cette dernière partie peut être abordée en partie en cinquième mais le dernier document nécessite des acquis de troisième au sujet du système immunitaire (notamment les notions d’inflammation).
Cette dernière partie pourrait être l’occasion pour les élèves de développer différents savoir-faire en lien avec l’exploitation de données expérimentales (lecture de graphiques, comparaisons d’expériences contrôles et tests...).
Une démarche possible pourrait être de proposer des documents différents à des groupes d’élèves. Ces derniers pourraient analyser les résultats, proposer des conclusions et placer sur le schéma conceptuel proposé au début de la ressource chaque étude en fonction du niveau de preuve atteint (cf. figure 3).

Par ailleurs ces documents offriront certainement des opportunités aux enseignants d’expliquer aux élèves la rigueur et la complexité nécessaire à la validation d’hypothèses. De nombreux raccourcis scientifiques pourront sans doute être mis en évidence lors de la mise en commun des conclusions proposées par les élèves pour chaque document.

A noter que la suite du travail nécessitera de définir l’obésité comme une maladie caractérisée par un tissu adipeux excessivement développé et souvent associée à une inflammation chronique généralisée et des troubles métaboliques (notamment glucidiques).

Le document 8 permet de renforcer l’hypothèse selon laquelle un régime riche en graisses (cause envisageable de l’obésité par les élèves) pourrait être responsable de l’obésité :

  • Selon des expériences chez les souris, un régime riche en graisses entraînerait un développement important du tissu adipeux (caractéristique des individus obèses),
  • ainsi qu’une modification de la flore intestinale (de façon similaire à ce qui est observé chez les souris obèses).
  • La modification de la flore intestinale pourrait être responsable du développement du tissu adipeux
  • Ainsi que d’une modification de la perméabilité intestinale (qui pourrait être l’expression des modifications structurales de l’intestin observées chez les souris obèses).


Le document 9A permet de formuler des hypothèses au sujet d’un mécanisme par lequel les bactéries intestinales pourraient agir sur le métabolisme et sur les caractéristiques de l’intestin :

  • Une absorption de toxines bactériennes est associée à un régime riche en graisse ou une modification du microbiote intestinal,
  • ces toxines entraînent une production de substances inflammatoires par les phagocytes (potentiellement responsables de l‘inflammation de l’intestin et donc de modifications structurales de ce dernier).
  • et une dérégulation du métabolisme du glucose.


Le document 9B permettra de constater que même si on ne dépasse pas le seuil d’hypothèse renforcée grâce aux études chez l’humain, les conclusions sont les mêmes que celles du modèle animal. Les mécanismes de perturbation du métabolisme proposés chez la souris sont donc à prendre en considération et à explorer dans d’autres études chez l’humain.
Afin que les élèves puissent comprendre la finalité de l’étude des derniers documents de la ressource, il pourrait être proposé de réaliser ou compléter un schéma similaire à celui proposé dans la figure 4.

5. Conclusion

Les régimes alimentaires peuvent avoir des effets positifs et négatifs sur la santé. Certains régimes semblent réduire les risques de certaines maladies. Des explications sont actuellement proposées qui suggéreraient que certains aliments (ex. : fruits et légumes) pourraient participer à la réduction de ce risque.
Par ailleurs la consommation excessive de certains autres aliments (ex. : viande rouge et aliments gras) semble augmenter le risque de certaines maladies. En réduisant cette dernière, on pourrait diminuer l’apport de substances responsables d’un stress cellulaire ou limiter des processus inflammatoires favorisant la prise de poids.
Différents niveaux de preuve sont atteints à travers ces études (cf. figure 3). Il est important de remarquer qu’aucune validation d’hypothèse n’est obtenue. Il convient donc d’être méfiant vis-à-vis de certains raccourcis possibles.
Par ailleurs, il faut être conscient que le schéma de validation proposé n’est pas un instrument de mesure muni d’une aiguille mais plutôt une jauge. L’objectif n’est pas d’obtenir des mécanismes biologiques in vitro déconnectés du contexte à l’échelle de l’organisme.
Ainsi on ne peut parvenir à une validation sans avoir préalablement mené des études épidémiologiques, des essais cliniques et des expériences sur des modèles animaux. Les mécanismes biologiques mis en évidence in vitro ne peuvent être considérés que s’ils constituent un modèle compatible avec les autres données.

 

Le document complet téléchargeable contient l'intégralité des 9 documents élèves.