TD Physiologie cardio-vasculaire

TD 1 Système cardiovasculaire Niveau L3
(année 2005 - 2006)
Description générale
Exercice 1
Quels sont les éléments constitutifs du système cardio-vasculaire et quels sont ces principaux rôles ?
Le système cardio-vasculaire est constitué par le cœur, les vaisseaux sanguins et le sang. Il a
plusieurs rôles parmi lesquels un rôle nourricier, protecteur et d'élimination des déchets. Il doit être
capable de s'adapter à toute modification du milieu permettant ainsi à tous les autres systèmes de
l'organisme de fonctionner le plus efficacement possible.
Exercice 2 : Les deux systèmes de circulation du sang
1. Légendez la figure suivante.
1
8 14 24
9
4
17 15
20
16
19
21
18
2
22
12
3
11
5
6
7
13
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
Artère pulmonaire
Aorte
Veine systémique
Veine cave
Valvules (retour veineux)
Veinule
Capillaire tissulaire
Capillaire pulmonaire
Veine pulmonaire
Artérioles
Artères
Cœur
Tissus (ex: muscles, foie…)
Poumons
Oreillette gauche
Oreillette droite
Valvule pulmonaire
Valvule aortique
Valvule tricuspide
Valvule mitrale
Ventricule droit
Ventricule gauche
Circuit systémique
Circuit pulmonaire
10
23
2. Indiquez par des flèches le sens de conduction du sang. Justifier votre réponse.
1. Le sang provenant des tissus est acheminé à l'oreillette droite par les veines caves (au
nombre de 2)
2. Le sang est poussé par le ventricule droit dans les artères pulmonaires.
3. Le sang qui s'est oxygéné dans les poumons retourne à l'oreillette gauche par les veines
pulmonaires (au nombre de 4).
1
4. Le sang oxygéné est poussé dans l'aorte par le ventricule gauche. L'aorte se divise en artères
qui irriguent tout le corps.
Exercice 3 : Anatomie du cœur
Complétez le schéma ci-dessous et décrivez le trajet du flux sanguin.
Crosse aortique
Veine cave supérieure
Artère pulmonaire gauche
Valvule pulmonaire
Oreillette droite
Valvule tricuspide
Tronc pulmonaire
Oreillette gauche
Veine pulmonaire
Valvule mitrale
Muscle papillaire
Ventricule gauche
Ventricule droit
Septum interventriculaire (cloison)
Veine cave inférieure
Après avoir apporté à la cellule l'oxygène, les nutrimens et pris en charge les déchets
métaboliques, le sang regagne l'oreillette droite grâce à deux troncs veineux, la veine cave supérieure
et la veine cave inférieure. Cette chambre reçoit ainsi la totalité du sang désoxygéné de l'organisme.
De l'oreillette droite, le sang gagne le ventricule droit en traversant l'orifice tricuspide muni d'une
valve du même nom. Cette cavité éjecte alors le sang vers l'artère pulmonaire au travers d'un orifice
muni d'une valve sigmoïde. L'artère pulmonaire transporte le sang aux poumons droit et gauche. Le
cœur droit appartient donc à la circulation dite "pulmonaire". Au niveau des poumons, le sang subit sa
réoxydation.
A la sortie des poumons, le sang ainsi oxygéné traverse les veines pulmonaires et est
transporté jusqu'à l'oreillette gauche. De l'oreillette gauche, le sang gagne le ventricule gauche en
traversant la valve mitrale. Le sang quitte le ventricule gauche par un orifice muni d'une valve sigmoïde.
Il est ainsi éjecté dans l'aorte, tronc artériel qui collecte tout le sang oxygéné destiné à l'ensemble du
corps.
Le cœur gauche appartient à la circulation dite "systémique". Il reçoit le sang oxygéné des
poumons pour le redistribuer à l'ensemble des tissus.
Exercice 4 : Origine de la contraction cardiaque
1. Complétez la figure suivante.
2
3
1
4
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Oreillette gauche
Ventricule gauche
Nœud sinusal (ou sinu-atrial)
Nœud auriculo-ventriculaire
Faisceau de His
Reseau de Purkinje
5
2
6
2. Quels sont les mécanismes à l'origine des contractions du cœur ?
Le muscle cardiaque est doué d'une propriété tout à fait spécifique : celle de générer sa propre
impulsion électrique ce qui lui permet de se contracter de manière rythmique, sans l'aide du système
nerveux. Cette propriété constitue l'automatisme cardiaque. En l'absence de toute stimulation nerveuse
ou humorale, la fréquence cardiaque intrinsèque se situe aux environs de 100 battements par minute.
Les 4 éléments principaux qui entrent dans la constitution du système de conduction cardiaque
sont :

Le nœud sinu-atrial ou sinusal de Keith-Flack

Le nœud atrio-ventriculaire ou d'Aschoff-Tawara

Le faisceau atrio-ventriculaire ou faisceau de His

Le réseau de Purkinje
Le nœud sinu-atrial constitue le pacemaker du cœur : c'est lui qui commande et coordonne l'activité
de tout le reste du muscle cardiaque ou myocarde.
3. Décrivez les différents évènements constituant une révolution cardiaque
La révolution cardiaque :
a) Les cellules du nœud sinusal se dépolarisent.
b) La dépolarisation se transmet aux cellules musculaires des oreillettes.
c) Les oreillettes se contractent et chassent le sang dans les ventricules = systole auriculaire
d) La dépolarisation atteint le nœud auriculo-ventriculaire.
e) La dépolarisation se transmet au faisceau de His et aux fibres de Purkinje.
f) La dépolarisation se transmet à l'ensemble des cellules musculaires des ventricules
g) Les ventricules se contractent et expulsent le sang dans les artères = systole ventriculaire
h) Diastole générale : oreillettes + ventricules
3
4. Comment la fréquence cardiaque est-elle contrôlée ?
Même si le cœur est capable d'une activité automatique la fréquence et l'efficacité de ses contractions
peuvent varier dans les conditions normales en réponse à la mise en jeu de 3 systèmes :

Le système nerveux parasympathique

Le système nerveux sympathique (ou orthosympathique)

Le système endocrinien (hormones).
Exercice 5 :
Que représente le tracé ci-dessous ? Après avoir identifié les trois complexes, expliquez les différentes
phases du tracé.
R
T
P
QS
L'activité
électrique
du
cœur
peut
être
enregistrée
grâce
à
un
système
appelé
électrocardiographe. Le tracé s'appelle un électrocardiogramme (ECG).
Sur le tracé, on peut individualiser 3 complexes :
1.
L'onde P
2.
Le complexe QRS
3.
L'onde T
L'onde P traduit la dépolarisation des oreillettes. Pour atteindre le nœud AV, le signal électrique
initial né du nœud SA doit en effet diffuser dans tout le myocarde auriculaire. Le complexe QRS
représente la dépolarisation des ventricules obtenue lorsque le signal électrique diffuse du faisceau de
His au réseau de Purkinje et par là même à toute la paroi ventriculaire. La repolarisation auriculaire est
invisible à l'ECG car contemporaine de la dépolarisation ventriculaire (c'est à dire du complexe QRS) et
masquée par elle. L'onde T correspond à la repolarisation des ventricules.
Exercice 6 :
Définissez les termes suivants :
1.
Systole
La systole est la contraction et la diminution de volume d'une cavité qui se vide de son sang.
2.
Diastole
La diastole correspond au relachement et à l'augmentation du volume d'une cavité qui se remplit de
sang.
4
3.
Volume d'éjection systolique
Le volume d'éjection systolique (VES) est le volume de sang éjecté par chaque ventricule lors de la
systole ventriculaire isotonique. Il correspond à la différence entre le volume télédiastolique et le volume
télésystolique.
Volume télédiastolique = volume ventriculaire maximal à la fin de la systole auriculaire.
Volume télésystolique = volume ventriculaire minimal à la fin de la systole ventriculaire.
4.
Débit cardiaque
Le débit cardiaque (Q) correspond au volume de sang rejeté par chaque ventricule par unité de temps
(exprimé en L/min)
Q = fréquence cardiaque (en battements/min, bpm) x volume d'éjection systolique (L /battement)
5.
Différence artério-veineuse en oxygène
La différence artério-veineuse en oxygène correspond à la différence entre la concentration en oxygène
dans les artères et celle dans les veines. Elle témoigne du niveau d'extraction tissulaire de l'oxygène à
partir du sang circulant. Elle est exprimée en ml pour 100 ml de sang.
Différence artério-veineuse en oxygène = CaO2 - CvO2
Exercice 7 :
A partir des graphes ci-dessous, calculez le débit cardiaque à l'effort de l'individu :
Débit cardiaque = Fréquence cardiaque (FC) X Volume d'éjection systolique (VES)
Détermination de la FC :
En 3 secondes, 6 révolutions cardiaques (RC) , donc FC = (6 RC /3) x 60 = 120 bpm
Détermination du volume d'éjection systolique
volume télédiastolique = volume ventriculaire maximum
volume télésystolique = volume ventriculaire minimum
Le VES est égal à la différence entre le volume télédiastolique et le volume télésystolique
VES = 240 – 80 = 160 ml
Détermination du débit cardiaque
Débit cardiaque = FC x VES = 120 x 160 = 19.2 L /min
5
Exercice 8 :
Un individu réalise une série d'exercices d'intensité croissante. Trois paramètres ont été mesurés : sa
consommation en oxygène (VO2), son débit cardiaque et sa fréquence cardiaque.
Les résultats vous sont présentés dans les 2 figures ci-dessous.
Variation du débit cardiaque lors d'un exercice
d'intensité croissante
1.
Variation de la fréquence cardiaque lors d'un
exercice d'intensité croissante
Calculez les volumes d'éjection systolique (VES) de l'individu pour des consommation d'oxygène de
1, 2, 3, et 4 L.min-1. Tracez le graphique représentant les variations du VES en fonction de la VO 2 .
Que pouvez vous en conclure ?
Débit cardiaque (Q) = Fréquence cardiaque (FC) X Volume d'éjection systolique (VES)
VES = Q / FC
Pour VO2 = 1L/min,
Pour VO2 = 2L/min,
Pour VO2 = 3L/min,
Pour VO2 = 4L/min,
VES = 8 / 88 = 90 mL / battement
VES = 15 / 125 = 120 mL / battement
VES = 22 / 160 = 137.5 mL / battement
VES = 27 / 200 = 135 mL / battement
VES=f(VO2)
VES (mL/battement)
150
130
110
90
70
50
0
1
2
3
4
5
VO2 (L/min)
Le volume d'éjection systolique augmente avec l'intensité de l'exercice. Classiquement, il est admis que
le VES augmente jusqu'à une intensité d'exercice correspondant à 40 à 60% des possibilités
maximales. Il atteint alors un plateau qui se maintient même si l'exercice est poursuivi jusqu'au
maximum des possibilités de l'individu.
6
2.
Calculez les différences artério-veineuses en oxygène de l'individu pour des consommation
d'oxygène de 1, 2, 3, et 4 L.min-1. Tracez le graphique représentant les variations de la différence
artério-veineuse en O2 en fonction de la VO2 . Que pouvez vous en conclure ?
VO2 = Fréquence cardiaque (FC) X Volume d'éjection systolique (VES) X différence artério-veineuse
Débit cardiaque (Q)
différence artério-veineuse = VO2 / Q
Pour VO2 = 1L/min,
Pour VO2 = 2L/min,
Pour VO2 = 3L/min,
Pour VO2 = 4L/min,
da-vO2
da-vO2
da-vO2
da-vO2
= 1 / 8 = 12.5 mL / 100 mL
= 2 / 15 = 13.3 mL / 100 mL
= 3 / 22 = 13.6 mL / 100 mL
= 4 / 27 = 14.8 mL / 100 mL
d(a-v)O2 (mL/100mL)
d(a-v)O2 = f (VO2)
15
14,5
14
13,5
13
12,5
12
0
1
2
3
4
5
VO2 (L/min)
La différence artério-veineuse en oxygène augmente avec l'intensité de l'exercice. Cette augmentation
témoigne d'une diminution en oxygène du sang veineux. En effet, la quantité d'oxygène prélevée par les
muscles actifs augmente ce qui diminue en aval la quantité d'oxygène dans le secteur veineux.
7
TD n°2 Système cardiovasculaire Niveau L3
Contrôle de la Fréquence cardiaque
Question 1
A partir du schéma (A) décrivez le rôle de l’innervation sympathique et parasympathique sur le
contrôle de la fréquence cardiaque. Le cœur autonome a une fréquence de 100-110 bpm, en
vous aidant du schéma (B), expliquez pourquoi la fréquence cardiaque de repos chez l’homme
A
B
est de 70 bpm.
Question 2
1) Pour les sujets témoins () par combien est multipliée la fréquence cardiaque de repos pour
atteindre la fréquence cardiaque maximale (correspondant à VO2 max)? L’augmentation de la
fréquence cardiaque à l’exercice est-elle seule responsable de l’augmentation de la VO2 au cours de
l’exercice?
2) A partir du schéma déterminer le rôle de l’atropine et du propanolol .
3) Pourquoi malgré l’inhibition de leur système sympathique, la fréquence cardiaque des sujets ( et 
) augmente-t-elle à l’exercice ?
Fréquence cardiaque (FC) en fonction de l’intensité de l’exercice
L’intensité de l’exercice est évaluée grâce à la
consommation d’O2 nécessaire à sa réalisation,
exprimée en % de la consommation d’O 2 maximale
du sujet (VO2 max).
La VO2 des sujets au repos correspond à 10% de la
VO2max.
 sujets témoins
 sujets traités avec un inhibiteur du système
parasympathique (atropine)
 sujets traités avec un inhibiteur du système
sympathique (propanolol)
 sujets traités avec des inhibiteurs des systèmes
sympathique et parasympathique
8
CORRECTION & TRANSPARENTS
Question 1 correction
Le nœud SA possède une « automaticité » intrinsèque = 100-110 bpm par minute. Le rythme
intrinsèque est influencé en 1er lieu par le système nerveux intrinsèque du coeur. Le système
parasympathique est dominant par rapport aux influences sympathiques au repos.
- Le système parasympathique permet donc d’abaisser le fréquence cardiaque à 60-80 beat/min
L’activation du système parasympathique passe par la libération d’acéthylcholine au niveau du nœud
SA et diminue la fréquence cardiaque.
- L’augmentation de la fréquence cardiaque passe par l’augmentation de l’influence du
système sympathique (ortho) sur le nœud SA. L’activation sympathique s’opère par libération
au niveau du nœud SA de norepinéphrine (neuromédiateur).
- Section des nerfs sympathiques : plus de systèmes permettant d’augmenter la Fc, donc le
système parasympathique « prend le dessus » et abaisse la Fc.
- Section des nerfs sympathique et parasympathique, le nœud sinusal « bat » à son propre
rythme 100 bpm. Donc au repos le système parasympathique permet d’abaisser la Fc à 60 bpm.
 NOREPINEPHRINE = NORADRENALINE
NOREPINEPHRINE = NORADRENALINE
transparent 1 et transparent 2 (schéma du haut)
Question 2 correction

Chez le sujet témoin (1)
L’augmentation de la consommation d’O2 nécessite une augmentation de la livraison d’O 2 aux muscles.
L’augmentation de la fréquence cardiaque n’est qu’un des moyens mis en jeu pour assurer cette
augmentation. La Fc augmente proportionnellement à la VO 2. Elle est multipliée environ par 3
quand la consommation d’O2 est multipliée par plus de 10. L’augmentation de la fréquence
cardiaque est donc très inférieure à l’augmentation de la VO 2. Il convenait alors de s’interroger sur les
mécanismes qui permettent de multiplier par 10 l’apport d’O 2 alors que la fréquence cardiaque n’est
multipliée que par 3. Ces mécanismes sont les suivants :
- Pendant un effort, le volume d’éjection systolique augmente d’environ 50 % (voir TD n°1)
L’action combinée de l’augmentation de la fréquence cardiaque et du volume d’éjection systolique fait
donc augmenter le débit cardiaque d’un facteur compris entre 4 et 5. L'augmentation du débit cardiaque
est donc très inférieure à celle de la VO2.
-
C’est l’action combinée de l’augmentation du débit cardiaque et de l’augmentation de la différence
artério-veineuse de concentration de l’O2 (DAV[O2]) qui permet d’ajuster la livraison tissulaire d’O 2
aux besoins crées par l’exercice. Le sang artériel étant généralement saturé en O 2, sa
concentration ne peut pas augmenter, la seule possibilité est donc de diminuer la concentration
veineuse de l’O2. En effet, si le sang veineux mêlé d’un sujet au repos contient environ 150 mL d’O 2
par litre (SvO2 = 75%), lors d’un exercice très intense cette concentration peut diminuer jusqu'à 50
mL (SvO2 = 25 %) sous l’action de l’augmentation de la quantité d’oxygène prélevé par le muscle.
VO2 = Fc x VES x d(a-v)

Utilisation d’inhibiteurs des systèmes parasympathique et orthosympathique (2)
Ces expériences permettaient de comprendre la part respective des systèmes sympathiques et parasympathiques dans la tachycardie d’effort. L’utilisation des antagonistes permettait de constater :
9
-
au repos, le tonus parasympathique est beaucoup plus important que le tonus
orthosympathique
-
alors que pendant un effort intense, c’est l’inverse, le tonus parasympathique devient même
nul puisque l’inhibiteur du système parasympathique n’a plus d’effet.
-
Le tonus ortho-sympathique augmente et le tonus para-sympathique diminue graduellement
quand l’intensité de l’effort augmente.
-
L’emploi simultané des 2 inhibiteurs ne bloque pas totalement l’augmentation de la FC pendant
l’effort. DONC il existe d’autres mécanismes que les systèmes ortho et parasympathique
d’ajustement de la fréquence cardiaque.
(3)
-
Malgré l’inhibition des systèmes orthosympathique et parasympathique, la fréquence cardiaque des
sujets augmente à l’exercice car il y a libération d’hormones (norepinéphrine et épinéphrine) qui
ont un rôle « stimulateur » sur la fréquence cardiaque (fixation à de  et  adrénorecepteurs sur les
myocytes)

L’ADRENALINE
ET
LA NORADRENALINE
SONT
DES
« NEUROTRANSMETTEURS »
(SECRETION PAR DES NEURONES). ILS ONT EGALEMENT UNE ACTION HORMONALE :
LIBERATION SANGUINE AU NIVEAU DE LA SURRENALE.
10
Noyau vagal
Centre cardio-inhibiteur
(parasympathique)
Nerf vague
(parasympathique)
Centre cardioaccélérateur
(sympathique)
Medulla oblongata
Chaîne
ganglionnaire
sympathique
Moelle épinière
Tronc sympathique
Nerf cardiaque sympathique
Fibres parasympathiques
Fibres sympathiques
Interneurones
Nœud
SA
Nœud
AV
Nœud SA : Nœud sinusal (ou sinu-atrial)
Nœud AV : Nœud auriculo-ventriculaire
11
Molécules
de
neurotransmetteurs
Récepteurs
Neurone
« accepteur»
Neurone
« donneur »
Antagoniste
12
Adrénaline provenant
du sang :«hormone»
OD
OG
Nœud SA
Nœud AV
Adrénaline provenant
des nerfs :
«neurotransmetteur»
VD
VG
13