Physiologie animale Introduction : Bonjour à tous, comme vous devez probablement le savoir, le cœur est un organe essentiel à la survie de tout être vivant. En effet, il permet d’apporter du sang aux organes et donc de les oxygéner pour pouvoir réaliser les fonctions de la vie de tous les jours. C’est donc pourquoi nous avons étudié les effets des ions et des neuromédiateurs sur le rythme et la force contractile du cœur d’une grenouille, qui a été isolée et perfusée. Nous nous sommes pour cela demander si le calcium, le sodium, l’adrénaline ou encore l’acétylcholine avaient un effet, et s’il était positif ou négatif sur le cœur ? Matériel et méthodes : (propre) Pour débuter, nous avons récupéré le cœur de grenouille en procédant à une incision thoracique. Cela permet d’accéder aux organes internes et de localiser le cœur. Une fois celui-ci repéré, il faut ouvrir le péricarde, saisir l’apex du ventricule à l’aide d’une serre-fine, soulever délicatement le cœur et sectionner le frenulum. Ensuite, on rabat le ventricule vers la partie supérieure du corps de l’animal en utilisant la serre-fine. Lorsque le cœur est en position, on passe un fil sous les crosses aortiques à l’aide de pinces fines et courbes. Il est important de manipuler le cœur avec soin pour ne pas l'endommager. Le fil est ensuite glissé sous les oreillettes jusqu'à la veine cave inférieure, juste avant la zone sinusale, et on prépare un nœud sans le serrer. À ce moment, une hémisection de la veine cave est réalisée sous la ligature. CHANGEMENT DIAPO Après avoir délicatement épongé avec du papier absorbant, on prépare du Ringer normal dans une seringue. Cette solution de Ringer est composée de NaCl à 7,5 g/l, de KCl à 0,23 g/l, de CaCl2 à 0,3 g/l, de MgCl2 à 0,2 g/l et de glucose à 1 g/l, avec un pH ajusté à 7,4 grâce à un tampon Tris/HCl à 10 mM. La canule qui est reliée à un cathéter et remplie de Ringer, est introduite avec l’aide de fines pinces. On serre fermement le nœud de ligature autour de la canule en vérifiant qu’elle soit bien fixée et qu’elle ne puisse pas glisser. Ensuite, on sectionne les aortes, et on injecte lentement le Ringer. Il faut savoir que c’est très important de soulever le cœur à l’aide de la serre-fine et de sectionner, au-dessus de l’hémisection, la veine cave inférieure ainsi que tous les vaisseaux restants et adhérences conjonctives, dans le but de libérer totalement le cœur. CHANGEMENT DE DIAPO Une fois la perfusion terminée, la canule est fixée au dispositif de perfusion. On ouvre alors le robinet à trois voies et on commence la perfusion avec le Ringer normal. Il est crucial de vérifier que la canule est correctement placée, qu’il n’y a pas de fuites, de bulles d'air ou de caillots pouvant obstruer la perfusion. Au bout de quelques minutes, le cœur doit battre de manière régulière. On prépare ensuite les solutions de ringer modifiées. Le Ringer hypocalcique est composé de 0,03 g/l de CaCl2, Le Ringer hypercalcique est composé de 0,45 g/l de CaCl2. Le Ringer hyposodique est composé 3,5 g/l de NaCl, les autres concentrations restent inchangées. Après avoir perfusé avec le Ringer normal, on procède à l’étalonnage du système d’acquisition. Pour cela, la jauge est replacée verticalement et la serre-fine est glissée sur le crochet. Il faut ajuster la tension et enregistrer la contraction cardiaque. Si le cœur ne bat pas spontanément et de manière régulière, il faut le remplacer par un nouveau cœur. Pendant l'expérience, nous avons mesuré et enregistré des paramètres à chaque étape telles que la fréquence cardiaque en battements par minute, l’amplitude des contractions cardiaques, et enfin, la durée de contraction et de relâchement. Ces mesures permettront d'étudier l'effet des différentes solutions sur le fonctionnement du cœur de la grenouille. CHANGEMENT DIAPO Une fois ces paramètres enregistrés, on remplace le Ringer normal par du Ringer hypocalcique et on détermine les effets sur la contraction cardiaque. On remet du ringer normal entre chaque ringer modifié. Le Ringer hypercalcique est ensuite utilisé, mais il ne faut pas perfuser trop longtemps avec cette solution, il faut revenir au Ringer normal dès que les enregistrements sont réalisés. On poursuit l'expérience avec du Ringer hyposodique, et après avoir analysé les résultats, on revient à la solution de Ringer normal. CHANGEMENT DIAPO Ensuite, on prépare une solution d'adrénaline dans du Ringer en y ajoutant 250 μL, puis on mesure à nouveau les paramètres de contraction cardiaque. Une fois l'enregistrement réalisé, on revient au Ringer normal. Enfin, on remplace le Ringer par de l’acétylcholine, préparée dans du Ringer avec 5 μL de la solution. On observe et enregistre les effets de l’acétylcholine sur la contraction cardiaque avant de revenir au Ringer normal. Après l'expérience, il est important de bien rincer toute la verrerie avec de l'eau distillée, puis de la stériliser pour éviter toute contamination. CHANGEMENT DIAPO Nous avons par la suite étudié les résultats à l'aide de différents graphiques. Sur ce 1er graphique, nous comparons tous les ringer normaux entre eux. On voit qu’ils ont globalement les mêmes temps de contraction et de relâchement. En revanche, au niveau de l’amplitude et de la fréquence cardiaque on observe énormément de variations. Cela peut potentiellement s’expliquer par le fait qu’on remette du ringer normal après chaque condition différente, afin que le cœur puisse à nouveau battre normalement. Et ce que ces graphiques montrent c’est que malgré l’injection de ringer normal, le cœur peut mettre du temps à revenir à son état normal. 2e graphique : Temps de contraction Ce graphique illustre l’influence des conditions ioniques sur la contraction musculaire du cœur. Le 1er segment représente le ringer hypocalcique, il montre un temps de contraction élevé. Le 2ème segment représente le ringer hypercalcique, il a un temps de contraction plus court que l’hypocalcique. Pour le segment jaune, hyposodique, on observe une contraction intermédiaire. Le segment vert, représente l’adrénaline, le temps de contraction est relativement élevé. Enfin, le segment orange représente l’acétylcholine, son temps de contraction est similaire à l’hypercalcique. 3e graphique : Temps de relâchement Sur ce 3e graphique, nous avons étudié le temps de relâchement pour chaque condition. On observe que le plus grand temps de relâchement est obtenu en présence du ringer hypercalcique. Tandis que le plus petit temps de relâchement est obtenu avec le ringer hypocalcique. Les autres conditions présentent un temps de relâchement assez similaire pour chacune d’entre elles. 4e graphique : Amplitude Sur ce graphique, nous avons étudié l’amplitude de la contraction pour chaque condition. On observe que la plus grande amplitude est obtenue avec l’acétylcholine et la plus petite amplitude est obtenue avec le ringer hypocalcique. On observe une grande différence entre l'adrénaline et l'acétylcholine, mais l’adrénaline a quand même une amplitude élevée comparée à l’hypercalcique et, l’hyposodique et l’hypocalcique. Sur ce 5e et dernier graphique, nous avons étudié la fréquence cardiaque pour chaque condition. On observe que la plus grande fréquence cardiaque est obtenue en présence d’acétylcholine et de condition hypocalcique alors que la plus petite fréquence cardiaque est obtenue avec le ringer hypercalcique. Les conditions restantes, hyposodique et adrénaline sont plutôt intermédiaires. DISCUSSION : Ainsi, grâce à ses résultats nous pouvons en déduire plusieurs choses. Tout d’abord, nous savons que le calcium permet une contraction prolongée du muscle cardiaque. Une augmentation du calcium, donc dans la condition hypercalcique, favorise l’excitation des cellules myocardiques. Tandis qu’une diminution du calcium, donc dans la condition hypocalcique, entraîne une réduction de l’excitabilité. Le calcium étant essentiel à l’excitation pour la contraction musculaire, une hypocalcémie pourrait prolonger la contraction car le calcium est en petite quantité et met du temps à arriver et retarde la relaxation musculaire. Une concentration élevée en calcium facilite la contraction qui est donc plus rapide et peut accélérer la relaxation qui est donc moindre. Une hypercalcémie va entraîner un ralentissement de la fréquence cardiaque car elle stabilise les membranes cellulaires et ralentit la dépolarisation. En revanche, une hypocalcémie peut provoquer une tachycardie réflexe car le cœur tente de compenser une contraction moins efficace. Les graphiques correspondent bien à cela. CHANGEMENT DIAPO L’ion sodium exerce principalement une influence sur la génération et la propagation du potentiel d’action, ce qui affecte la fréquence cardiaque. Une diminution du sodium entraîne une réduction de la disponibilité en calcium ce qui diminue la contractilité du myocarde. Pour faire plus simple ça veut dire que moins de sodium induit moins de calcium disponible et ce qui traduit par le cœur qui se contractera moins. Une baisse du sodium peut donc provoquer une bradycardie entraînant une baisse de la fréquence cardiaque. C’est ce que nous avons pu démontrer avec les graphiques précédents. CHANGEMENT DIAPO L’adrénaline est un neurotransmetteur qui agit sur le cœur et entraîne plusieurs effets. Elle va notamment augmenter la fréquence cardiaque en accélérant la dépolarisation des cellules, ce qui entraîne une tachycardie. Elle entraîne également l’augmentation de la contractilité du myocarde ce qui correspond bien à ce que nous avons observé. En tant normal, l’adrénaline facilite la relaxation du muscle cardiaque après la contraction. Cependant, nous observons un temps de relâchement assez élevé pour l’adrénaline, cela peut s’expliquer par le fait que le ringer hyposodique, comme vu précédemment, a entraîné une grande augmentation sur le temps de relâchement et l’adrénaline n'a pas eu le temps de compenser cette augmentation. Comme nous l'avons dit, l’adrénaline provoque une tachycardie donc une fréquence cardiaque élevée, or sur notre graphique nous voyons que la fréquence cardiaque est élevée mais pas suffisamment comparé à ce qui est attendu. Cela peut s’expliquer par le fait que le ringer hyposodique, avec ses effets bradychardiques, a pris le dessus sur l’adrénaline qui n'a donc pas pu bien se mettre en place. CHANGEMENT DIAPO L’acétylcholine est un neurotransmetteur du système nerveux parasympathique. Celui-ci entraîne une diminution de l’activité cardiaque. En effet, il ralentit la dépolarisation donc entraîne une bradycardie qui diminue la fréquence cardiaque. Cependant, nous observons sur notre graphique une fréquence cardiaque très élevée ce qui n’est pas censé être le cas. Nous pouvons imaginer que nous n’avons pas perfusé assez longtemps avec le ringer normal entre l’adrénaline et l'acétylcholine ce qui n'a pas permis une bonne assimilation du cœur avec le ringer hyposodique et donc une fréquence cardiaque élevée. Ainsi, nous pouvons conclure que tous ces ions ont des effets divers sur le cœur. L’adrénaline et l'hypocalcémie (ou la baisse de calcium) induisent une accélération de la fréquence cardiaque. Tandis que l’hyposodium (ou baisse du sodium), l’hypercalcémie (excès de calcium) ainsi que l'acétylcholine entraînent une diminution de la fréquence cardiaque via leur multiples propriétés et fonctions sur le système cardiaque.