CARDIOTOXICOLOGIE RAPPELS DE PHYSIOLOGIE DEA DE
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CARDIOTOXICOLOGIE RAPPELS DE PHYSIOLOGIE CARDIAQUE DEA DE TOXICOLOGIE Toxicologie du médicament, Toxicologie d’organes CARDIOTOXICITE Nicolas Deye Réanimation Médicale & Toxicologique Hôpital Lariboisière, Paris [email protected] PHYSIOLOGIE CARDIAQUE 1. Le système cardiovasculaire a un rôle de : • distribution aux cellules : nutriments (AA, AG, vitamines) et O2 • élimination : déchets produits par les cellules (CO2, lactate) • transport : O2, CO2, et hormones • régulation : température, pH sanguin, volume d’eau, sels minéraux 2. Le système cardiovasculaire participe à l’homéostasie : maintien des valeurs physiologiques à un niveau constant 3. Réseau circulatoire avec en son centre une pompe qui fournit la pression nécessaire à la circulation sanguine. Circuit fermé : sang continuellement pompé hors du coeur par des vaisseaux et ramené au coeur par d’autres vaisseaux = 2 circuits totalement distincts Le système s’adapte physiologiquement pour maintenir des apports adaptés aux besoins métaboliques de l’organisme. Apports Besoins Adaptation cardiaque +++, circulatoire, ventilatoire, métabolique et tissulaire, rénale…. THORAX Ventilation Poumon droit Poumon gauche Cage thoracique Médiastin trachée vaisseaux Circulation Diaphragme (côtes,sternum, vertèbres) Coeur INTERACTION CŒUR-POUMON "Pompe dans la pompe" POUMON POMPE RESPIRATOIRE Cap. Pulm. VD POMPE CARDIAQUE VG PRESSION THORACIQUE PRESSION ATMOSPHERIQUE TISSUS I/ L’appareil circulatoire A/ Le coeur Cœur = divisé longitudinalement en deux parties : droite et gauche. Le coeur = moteur principal + point de départ de la circulation sanguine. De l’intérieur vers l’extérieur : Endocarde Myocarde Epicarde Péricarde Sang passe des oreillettes aux ventricules, mais pas l’inverse Sang passe des ventricules aux artères, mais pas l’inverse Valvules tricuspide et mitrale (bicuspide) Oreillettes Ventricules Ventricules Artères Valvules sigmoïdes (aortique et pulmonaire) I/ L’appareil circulatoire A/ Le cœur B/ Les vaisseaux Quatre grandes catégories - artères : principaux vaisseaux de distribution - artérioles : régulation du débit sanguin - veines : transport du sang vers le coeur - capillaires : principaux vaisseaux d’échange I/ L’appareil circulatoire A/ Le cœur B/ Les vaisseaux C/ La circulation Tronc pulmonaire (se divise en deux artères pulmonaires) Aorte Veine cave supérieure Artère pulmonaire Veines pulmonaires Veine cave inférieure Deux subdivisions : - petite circulation : circulation pulmonaire - grande circulation : circulation systémique • La circulation coronaire partent de la crosse aortique et irriguent le coeur apports des nutriments et de l’O2 au cœur par les artères coronaires droite et gauche élimination des déchets par le sinus coronaire I/ L’appareil circulatoire A/ Le cœur B/ Les vaisseaux C/ La circulation II/ L’activité électrique du cœur A/ Propriétés du myocarde Propriétés histologiques Constitué de fibres striées et ramifiées (anastomoses) Constitué de cellules individualisées reliées par des disques intercalaires (stries scalariformes) Le tissu myocardique (ventriculaire) est constitué de : -disques intercalaires (barres verticales sombres ventriculaires) séparant les -cellules ou fibres musculaires striées longitudinales (20 à 100 de diamètre, longueur = mm à cm) = masse cytoplasmique multinuclée avec noyaux, sarcoplasme et myofibrilles striées ; dans le sarcoplasme, il y a le réticulum sarcoplasmique, les myofibrilles, de nombreuses mitochondries. -vaisseaux capillaires (sang et lymphe) -cellules satellites, conjonctives, nerveuses Le sarcomère = segment de myofibrille compris entre 2 stries Z en MO En ME, en plus du reticulum et des mitochondries et des tubes T = invagination de la membrane entourant la structure striée musculaire qui est composée de 2 types de myofilaments : -épais fait de myosine -et fin composé de 7 monomères d’actine, de la tropomyosine et du complexe troponine) Relaxation / contraction musculaire Ca2+ Relaxed Myocardium Contraction Myosin cTnC TnI TnT Tm Actin TnT Tm TnI cTnC TnT TnI Tm Tm Actin Tm Ca2+ Actin (intra-cellulaire, Tm + réticulum) Actin TnT Myosin TnI cTnC Ca2+ Troponine = protéine de la structure striée du muscle : permet la contraction. Le complexe Troponine (oreillette + ventricule) régule l’interaction actinemyosine en fct° du taux de Ca2+ intracellulaire et est composé de 3 sousunités (TnC fixant le Ca2+, TnI inhibant l’interaction actine-myosine et TnT liant tropomyosine à actine). Le Ca2+ se fixe sur TnC changement de conformation du complexe Troponine et tropomyosine libération des sites de fixation actine-tête de myosine grâce à l’activité ATPasique de myosine, le filament fin glisse sur le filament épais CONTRACTION Propriétés physiologiques • Vitesse de conduction cardiaque = Effet dromotrope • Excitabilité cardiaque = Effet bathmotrope • Distensibilité fibres = Effet tonotrope • Fréquence cardiaque= Effet chronotrope • Force de contraction = Effet ionotrope + AUTOMATICITE La contraction des fibres myocardiques dépend de la loi du tout ou rien Influence de la charge au niveau du myocarde et du cœur entier -Précharge : force exercée sur le myocarde avant l’étirement des fibres -Postcharge : force exercée sur la myocarde pendant la contraction Indice de contraction Pré charge-indépendance Loi de Franck et Starling Pré charge-dépendance Indice d’étirement = Pré-charge I/ L’appareil circulatoire A/ Le cœur B/ Les vaisseaux C/ La circulation II/ L’activité électrique du cœur A/ Propriétés du myocarde B/ Tissu nodal et automatisme cardiaque Le cœur a une activité mécanique commandée électriquement Autorythmicité cardiaque : existence de cellules myocardiques produisant spontanément un signal électrique et stimulant les cellules voisines. Cet ensemble de cellules constitue le 2 amas cellulaires : - nœud sinusal ou Keith et Flack - nœud auriculo-ventriculaire ou nœud de Aschoff-Tawara Prolongement par le faisceau de His Division en 2 branches : réseau de fibres de Purkinje • Naissance du processus de stimulation du cœur dans le nœud sinusal • Nœud sinusal = pace-maker impose son rythme à tout le cœur = rythme sinusal • Propagation aux oreillettes qui se contractent en bloc • Relayée par le nœud auriculo-ventriculaire • Atteint l’ensemble des 2 ventricules par le faisceau de His et le réseau de Purkinje I/ L’appareil circulatoire A/ Le cœur B/ Les vaisseaux C/ La circulation II/ L’activité électrique du cœur A/ Propriétés du myocarde B/ Tissu nodal et automatisme cardiaque C/ Le potentiel d’action cardiaque Cellules cardiaques sont excitables et présentent un PA Caractéristiques différentes selon la localisation Durée plus longue (150-300 ms) que le PA du muscle squelettique 5 phases différentes – Résultante de plusieurs courants mélangés plateau repolarisation PA sinusal : allure particulière - phase de dépolarisation diastolique lente spontanée - dépolarisation rapide - repolarisation lente - dépend du canal lent calcicosodique ( Purkinje : canal sodique rapide) • La contraction cardiaque intervient à la fin de la phase de dépolarisation • Les contractions cardiaques ne peuvent se sommer • Le muscle cardiaque est intétanisable • Il existe une période réfractaire • Le calcium joue un rôle fondamental dans la contraction •Résumé : • PA au niveau des cellules nodales autoexcitables • PA au niveau des cellules myocardiques de l’oreillette = contraction • Dépolarisation du nœud auriculo-ventriculaire • Dépolarisation des cellules du faisceau de His et des fibres de Purkinje • PA au niveau des cellules ventriculaires = contraction des ventricules I/ L’appareil circulatoire II/ L’activité électrique du cœur A/ Propriétés du myocarde B/ Tissu nodal et automatisme cardiaque C/ Le potentiel d’action cardiaque III/Le cycle cardiaque Alternance de contractions et de relaxations : pompe propulsant le sang Cycle cardiaque = cycle de répétitions des contractions et relaxations Deux phases principales : diastole et systole Sang circule d’un système à haute pression vers un système à basse pression Diastole (2/3) Systole (1/3) 50 ms 150ms Relaxation Contraction Ejection 80 ms Remplissage 720 ms La révolution cardiaque Systole auriculaire (~ 0,1 s) Systole ventriculaire (~ 0,3 s) Diastole générale (~ 0,4 s) Le cercle intérieur représente les ventricules et le cercle extérieur, les oreillettes Phase 1. Diastole générale – Écoulement passif du sang des O vers V Valves AV : ouvertes – Valves sigmoïdes : fermées Phase 2. Systole auriculaire – Contraction des oreillettes – remplissage actif des ventricules – P oreillette > P ventricule – Phase 3. Diastole auriculaire – relâchement des oreillettes Phase 4. Systole ventriculaire – Contraction des ventricules – Ecoulement passif de sang dans les oreillettes – Ejection du sang dans l’aorte Valves sigmoïdes : O valves AV : F – P ventricule > P aorte Phase 5. Diastole ventriculaire : relâchement des ventricules Valves Sigmoïdes F GAUCHE Fermeture Sigmoïde Ouverture Sigmoïde Ouverture Fermeture AV AV Pour fonctionner comme une pompe, le coeur répète successivement 2 phases : Dépolarisation des cellules qui provoque la systole : phase de contraction Repolarisation des cellules qui provoque la diastole phase de relâchement qui permet le remplissage des oreillettes et des ventricules Un cycle cardiaque comprend donc une alternance de phénomènes électriques et mécaniques Dépolarisation des cellules du nœud sinusal Dépolarisation des cellules des oreillettes = Systole auriculaire Dépolarisation du nœud auriculo-ventriculaire Dépolarisation des cellules de His et Purkinje Dépolarisation des cellules des ventricules = Systole ventriculaire Repos = Diastole générale I/ L’appareil circulatoire II/ L’activité électrique du cœur A/ Propriétés du myocarde B/ Tissu nodal et automatisme cardiaque C/ Le potentiel d’action cardiaque D/ L’électrocardiogramme III/Le cycle cardiaque IV/ Le débit cardiaque Volume d’éjection systolique (VES) : Volume de sang éjecté du cœur par les ventricules à chaque contraction (100 ml) Volume télédiastolique (VTD) : Volume de sang contenu dans les ventricules juste avant la systole ventriculaire (160 ml) = volume précharge Volume télésystolique (VTS) : Volume de sang contenu dans les ventricules à la fin de chaque systole (60 ml)= volume postcharge VES = VTD – VTS Fréquence cardiaque (Fc) : nombre de contractions ventriculaires par seconde. Exprimée en battements par minute (moyenne = 60 - 70 bats/min). Fc max = variable suivant individus, elle diminue avec l'âge progressivement et avec l'entraînement = 220 - âge Débit cardiaque (Qc) = volume de sang expulsé par chaque ventricule par unité de temps Exprimé en litre par minute Qc = VES x Fc Qc moyen = 5l/ min Varie en fonction des besoins de l’organisme Débit sanguin dans les organes au repos en ml/min et en % du débit total Débit sanguin dans certains organes au repos et à l’exercice, en ml/min et en pourcentage du débit total. I/ L’appareil circulatoire II/ L’activité électrique du cœur A/ Propriétés du myocarde B/ Tissu nodal et automatisme cardiaque C/ Le potentiel d’action cardiaque III/Le cycle cardiaque IV/ Le débit cardiaque V/ Régulation cardiaque A/ le système nerveux autonome Le cœur reçoit une innervation sympathique et une parasympathique • Sympathique : - augmentation de la Fc - augmentation de la force de contraction • Parasympathique : - diminution de la Fc - diminution de la force de contraction Les 2 systèmes sont actifs en même temps, avec une prédominance du parasympathique lors du repos et du sympatique en cas de danger. Majorité des corps cellulaires des fibres cardio-accélératrices = moelle épinière = centre cardio-accélérateur médullaire Certains corps cellulaires = substance réticulée bulbaire = centre cardio-accélérateur bulbaire Fibres font relais dans le ganglion stellaire Nerfs issus de ces ganglions se rendent au plexus aortique et se distribuent à l’ensemble du myocarde et du tissu nodal. Médiateur chimique : noradrénaline via les récepteurs bêta 1 Excitation électrique du ganglion stellaire : - chronotrope positif - dromotrope positif - ionotrope positif Si section des voies cardio-accélératrices : suppression de l’influence sympathique : effet inverse Fibres cardio-inhibitrices proviennent du noyau dorsal du nerf vague (pneumogastrique) – Empruntent le nerf vague vers le plexus aortique Neurones post-ganglionnaires se terminent autour du nœud sinusal Peu ou pas de fibres se distribuent au myocarde Médiateur chimique : acétylcholine par les récepteurs muscariniques Section des vagues = accélération cardiaque Excitation électrique du bout périphérique du vague = effets inhibiteurs I/ L’appareil circulatoire II/ L’activité électrique du cœur A/ Propriétés du myocarde B/ Tissu nodal et automatisme cardiaque C/ Le potentiel d’action cardiaque D/ L’électrocardiogramme III/Le cycle cardiaque IV/ Le débit cardiaque V/ Régulation cardiaque A/ Le système nerveux autonome B/ Autres réflexes du coeur Augmentation du retour veineux Augmentation du sang dans les oreillettes Augmentation de l’étirement des oreillettes Augmentation de la fréquence cardiaque Augmentation de l’éjection ventriculaire RETOUR VEINEUX Volémie (remplissage vasculaire) Résistances I/ L’appareil circulatoire II/ L’activité électrique du cœur III/Le cycle cardiaque IV/ Le débit cardiaque V/ Régulation cardiaque A/ le système nerveux autonome B/ Réflexes du cœur C/ Température corporelle • Une augmentation de la température corporelle induit une augmentation de la fréquence cardiaque • Augmentation de 1°C produit une augmentation de 10 à 20 batts/min
