Hémodynamique cardiaque Régulation de la performance PCEM2
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PCEM2 Physiologie générale, 1er semestre Hémodynamique cardiaque Régulation de la performance cardiaque Pr J.-J. Mercadier VP OG VG Ao Coeur Gauche Circulation Systémique Poumons Coeur Droit AP VD OD VCI VCS Exercice Musculaire Activité Musculaire Transport O2 et CO2 Ventilation Muscle Squelettique Système Circulatoire Poumons QCO2 FC FR QO2 VES VC Contenu Artériel en Oxygène 19 mL/100mL de Sang Coeur Gauche Différence Artério - Veineuse en Oxygène ≈ 4 mL/100 mL de sang Poumons Consommation d'Oxygène ≈ 200 mL/min Coeur Droit Contenu Veineux Mêlé en Oxygène: 15 mL/100mL de Sang Circulation Systémique Activité Musculaire Transport O2 et CO2 Ventilation Muscle Squelettique Système Circulatoire Poumons QCO2 FC FR QO2 VES VC Débit Cardiaque VO2 DAVO2 Contraction Relaxation Physiologie Distension Artère Pressions Ventricule Volume Ventriculaire Bruits du Coeur B4 B2 B1 Clinique Systole B3 Diastole Pressions 120 90 70 20 12 8 0 2 6 Cavités Gauches 8 3 Cavités Droites 4 Déterminants du Débit cardiaque Ventriculographie Gauche Télé-diastole Télé-systole VTD – VTS = VES Volume d'Ejection Systolique Volume Télédiastolique 70 mL ~ 45 mL/m2 ~ 120 mL ~ 80 mL/m2 Fraction d'Ejection ~ 60% Volume Télésystolique ~ 50 mL ~ 35 mL/m2 Débit Cardiaque Volume d'Ejection Systolique x Fréquence Cardiaque 70 mL x 70 batt/min ~ 5 ± 1 L/min Index Cardiaque Débit Cardiaque / Surface Corporelle 3,3 ± 0,3 L/min/m2 Déterminants de la performance ventriculaire = déterminants du VES Déterminants de la performance ventriculaire (du volume d’éjection systolique=VES) Post-Charge Ao AP OG VG OD VD Contractilité Pré-Charge Déterminants du débit cardiaque Post-Charge Ao AP Fréquence Cardiaque OG VG OD VD Contractilité Pré-Charge 3 niveaux à prendre en compte pour apprécier la performance contractile du cœur : - Le myocyte - Le myocarde - Le cœur (= ventricule) Déterminants de la performance contractile du myocyte isolé - Quantité de Ca2+ libéré par le RS - Sensibilité des myofibrilles à ce calcium - Activité ATPasique des myofibrilles/myosine Effet de la stimulation sympathique sur les principales protéines du myocyte cardiaque P P NAD PL SERCA Isoproterenol P PKA CaMK AMPc P Ca-calmoduline Kinase P P Gαs P Ca-ATPase du sarcolemme = PMCA Cytosol βAR AC ATP « Fuite calcique » PKA Calséquestrine Ca-ATPase du RS (SERCA) + Phospholamban (PL) Tubule T P P P P P P P P P P RS Longitudinal P RS Corbulaire RS Jonctionnel Récepteur de la Ryanodine (RyR) P Echangeur Na-Ca = NCX Canal calcique de type L TnI P P P P P P P P P P Sarcomère Z P Sarcomère AMPc Déterminants de la performance contractile du myocarde isolé Muscle papillaire isolé 1) Contraction isométrique et relation Force/Longueur 2) Contraction isotonique et relation Force/Vitesse Effet de la Précharge Etudié en Isométrie Effet de la longueur initiale du muscle (précharge) : Relation Tension-Longueur (Contractions Isométriques) Tension Isométrique (% de Tmax active) Tension Totale a b c d Tmax 100 Tension Isométrique (% de Tmax active) Tension Totale Tension Passive Tmax100 80 Tension Active 20 80 b c d a Tension Active 60 40 60 40 Tension Passive c b d a 20 0 100 0 100 Lmax Longueur du Muscle (% de Lmax) Muscle Squelettique Lmax Longueur du Muscle (% de Lmax) Myocarde Le sarcomère Bande A (anisotrope) Z Z Relation tension-longueur Muscle squelettique 100 Myocarde 80 Tension 60 40 20 0 1.8 1 1.5 2.2 2 Lmax 2.5 3 3.5 4 Longueur des sarcomères (µm) 2.50 2.20-2.25 1µ 1.6 µ 2.05 1.65 Déterminants de l’augmentation de force consécutive à l’augmentation de longueur du muscle • Optimisation du degré de recouvrement des filaments fins et épais du sarcomère • Rapprochement des filaments fin et épais • Augmentation de la sensibilité de la troponine C au Ca2+ • Augmentation de la quantité de Ca2+ libérée par le réticulum sarcoplasmique Modification de la Postcharge et de la Contractilité étudié en isotonie Lo Lo butée reglable V max Effet inotrope+ Effet de la stimulation sympathique sur les principales protéines du myocyte cardiaque P P NAD PL SERCA Isoproterenol P PKA CaMK AMPc P Ca-calmoduline Kinase P P Gαs P Ca-ATPase du sarcolemme = PMCA Cytosol βAR AC ATP « Fuite calcique » PKA Calséquestrine Ca-ATPase du RS (SERCA) + Phospholamban (PL) Tubule T P P P P P P P P P P RS Longitudinal P RS Corbulaire RS Jonctionnel Récepteur de la Ryanodine (RyR) P Echangeur Na-Ca = NCX Canal calcique de type L TnI P P P P P P P P P P Sarcomère Z P Sarcomère AMPc Déterminants de la performance contractile du ventricule (G) Précharge Postcharge Contractilité Précharge du ventricule Déterminants du retour veineux Dépression Intrathoracique Baroréflexes, Chémoréflexes, Réflexes cardio-pulmonaires, Réflexes musculaires Diaphragme Veines Splanchniques Ventilation Retour Veineux Muscle Strié Contraction musculaire Veines Cutanées Température locale, Thermorégulation, Réflexes respiratoires, Émotion Débit Cardiaque Transposition de la relation force – longueur initiale (effet d’une variation de précharge) au niveau du cœur entier Frank 1895 Transposition de la relation force – longueur au niveau du cœur éjectant Cardiac Output Starling 1912 Right atrial Pressure Courbes de fonction ventriculaire Débit cardiaque ou VES (fréquence constante) P OD VTD VG PTD VG = augmentation de précharge Postcharge du ventricule Éjection Ventriculaire RVP Diastole Postcharge Contrainte pariétale Loi de Laplace S h P = F r2 σ σ = x F/S h x ( 1/r1 + 1/r2 ) σ = P r / 2h σ = P r / h x f( a / b ) r1 P b a Postcharge Contrainte pariétale ( F / S ) Paramètre « régulé » Rôle de la géométrie ventriculaire contrainte Laplace : σ = P Rôle des propriétés x r/h x f ( a ,b ) Φ du système artériel Notion d’ impédance artérielle Z = f ( R, L, C, fréquence) Aortic Stiffening and Early Wave Reflection Young compliant arteries : Normal PW velocity (8 m/sec) Systole Diastole (1) Ventricular-Vascular coupling (2) ↑ coronary blood flow Elderly stiff arteries with ISH : Increased PW velocity (12 m/sec) Systole (1) Ventricular-vascular mismatch (2) The reflected wave increases or “augments” central SBP during late systole: • • Increases vascular afterload with a propensity to • • • • • • Decreases coronary perfusion pressure • Increases myocardial oxygen demand and subendocardial ischemia • Increases flow turbulence, endothelial dysfunction and atherogenesis • Increases in pulsatile strain and chance of plaque rupture All recognized by a wide brachial artery pulse pressure in the elderly develop LVH GÉOMÉTRIE VENTRICULAIRE ET CONTRAINTE PARIÉTALE σ = P x r x f( a ,b ) h h Surcharge barométrique P h/r Surcharge volumétrique r h h/r Contractilité du ventricule Un état de la performance du ventricule qui ne dépend ni de la précharge ni de la postcharge Volume d'Ejection Systolique Volume Télédiastolique 70 mL ~ 45 mL/m2 ~ 120 mL ~ 80 mL/m2 Fraction d'Ejection ~ 60% Volume Télésystolique ~ 50 mL ~ 35 mL/m2 Pression dP/dt Temps Ejection Volume VD & VG Contraction iso-volum. Pression VTD PTS Relaxation iso-volum. PTD -2 0 0 2 8 4 6 8 10 12 16 24 VD VG Travail d'Ejection PTD VTS VTD Volume Pression (mmHg) Remplissage Performance Contractile PRESSION Ets A PTS Pression Ets B PTS APV WE EP PTD Relation pressionvolume passive PTD Vo VTS VOLUME VTD Vo VTS Volume VTD Relation PTS - VTS Pression P max Iso Contractilité I+ Postcharge PTS2 PTS1 Courbe de remplissage = précharge Vd Vo VTS1VTS2 50 VTD1 VTD2 120 Volume Augmentation de Pré-charge Ea Ets PTS PTS PRESSION Augmentation de Contractilité Ea Ets Augmentation de Post-charge PTD PTD VTS VTD Ea VOLUME Ets PTS PTS PTS PRESSION PRESSION PTD PTD VTS VTD VOLUME VTS VTD VOLUME Performances cardiaques • Performances de la pompe cardiaque: » Le débit : Q = VES x FC • Performances du VG : » VES et FE , dP/dt, pente de la droite PTS/VTS… • Performances du myocarde = contractilité intrinsèque du muscle » f ([Ca2+]i activateur x caractéristiques des ponts actine-myosine) » à pré- et postcharge constante, toute augmentation de la contractilité augmente le VES et inversement Courbes de fonction ventriculaire Débit cardiaque ou VES (fréquence constante) * Effet inotrope + * postcharge * Effet inotrope * postcharge P OD VTD VG PTD VG = augmentation de précharge
