DEPARTEMENT III – SCIENCES FONCTIONNELLES Discipline de PHYSIOPATHOLOGIE Rue Tudor Vladimirescu, no. 14 300173 Timi oara, Tel/Fax: +40 256 493085 Année universitaire 2014-2015 COURS 14 LA PHYSIOPATHOLOGIE DE L’INSUFFISANCE CARDIAQUE (I) PLAN DU COURS: I. La performance cardiaque: définition & facteurs déterminants (bref rappel physiologique) II. L’insuffisance cardiaque (IC): 1. Définition, classification et étiologie 2. Les mécanismes compensatoires de l’IC Le mécanisme de Frank-Starling I. LA PERFORMANCE CARDIAQUE: définition & facteurs déterminants LA PERFORMANCE CARDIAQUE (PC) peut être définie au niveau de: A. Muscle cardiaque B. Pompe cardiaque (coeur) Au niveau du muscle cardiaque, la PC s’exprime par la capacité du muscle cardiaque de générer de la tension (force) et de se raccourcir activement. Au niveau de la pompe cardiaque, la PC est appréciee par la capacité de développer une pression endocavitaire et de générer le débit cardiaque (DC). Les déterminants majeurs de la PC, tant au niveau du muscle qu’au niveau de la pompe sont: 1. La précharge 2. La postcharge 3. L’inotropisme (l’état contractile) 4. La fréquence cardiaque (FC) L’augmentation de 1, 3, 4 DC L’augmentation de 2 DC 1. LA PRÉCHARGE 1.1. La précharge du muscle cardiaque : Définition: représente la tension qui détermine le degré d’étirement des fibres myocardiques en repos (la longueur des sarcomères au début de la contraction) Signification: - l’étirement du muscle antérieurement à la stimulation (contraction) déterminera l’augmentation de la force de contraction par: i) l’optimisation du degré de superposition des myofilaments avec l’augmentation du nombre des ponts actine-myosine au cours de la systole suivante et respectivement, par ii) l’augmentation de la sensibilité des myofilaments pour le calcium. - à des longueurs des sarcomères entre 1,5-2,2 m la tension active est directement proportionnelle à la précharge. - la longueur optimale du sarcomère à laquelle la force maximale se développe est de 2,2 m, après quoi la force diminue. 1 ! Obs: La force développée par le muscle pendant la contraction est directement proportionnelle au nombre des ponts (interactions) acto-myosiniques qui, à leur tour, sont déterminés par la concentration du Ca++ dans l'espace inter-filamentaire.C’est ainsi qu’on explique pourquoi les médicaments qui déterminent l’accumulation du calcium dans l’espace intracellulaire des fibres cardiaques mènent à l’augmentation de la force de contraction, ex: les glycosides cardiotoniques (digitale). Récemment ont été introduits des composants qui actionnent par l’augmentation de la sensibilité des myofilaments pour le calcium, ex: le lévosimendan. Volume par battement 1.2. La précharge de la pompe cardiaque: Définitions: - est la tension au niveau des parois ventriculaires à la fin de la diastole - est aproximée avec le volume télédiastolique/end-diastolique (VTD/VED) ou la pression télédiastolique/end-diastolique (PTD/PED) qui détermine la longueur de repos des sarcomères - la précharge dépend: du tonus veineux: du tonus veineux du retour veineux VED de la volémie: de la volémie du retour veineux VED de la contraction atriale: contribue avec aproximativement 20% au VED de la distribution intra-vs. extrathoracique du volume sanguin: VED en clinostatisme, inspire, effort physique de la distensibilité (compliance) des ventricules: de la compliance ventriculaire (le relâchement déficitaire) apparaît dans: l’hypertrophie ventriculaire concentrique (ex. de l’HTA et de la sténose aortique), les cardiomyopathies restrictive et hypertrophique, la fibrose myocardique post-infarctus Signification: La relation entre le VED et la performance cardiaque a été décrite par les physiologues Frank et Starling il y a un siècle et elle est connue sous le nom de la courbe de Frank-Starling ou la courbe fonctionnelle cardiaque. La courbe fonctionnelle cardiaque montre que: - le coeur normal au repos travaille à une longueur intermédiaire des sarcomères (le point de fonctionnement du coeur normal au repos qui correspond au VED = 135 ml qui assure un volume systolique/bat. = 70ml) - la pente ascendante de la courbe (du point de fonctionnement jusqu’au sommet de la courbe) s’appelle la réserve fonctionnelle cardiaque (qui est grande au coeur normal et baisse progressivement dans l’insuffisance cardiaque). Point de fonct. au repos Réserve cardiaque Le volume end-diastolique (La précharge) Figure 1. La courbe fonctionnelle cardiaque (explications dans le texte) 2 - L’augmentation du DC peut se produire par 2 mécanismes: l’augmentation de la contractilité et de la FC (déterminée par la stimulation bêtaadrénergique) qui déplacera en haut la courbe fonctionnelle cardiaque (ex., l’adaptation du coeur normal à l’effort) l’augmentation du VED (déterminée par le mécanisme de Frank-Starling) qui déplacera le point de fonctionnement du coeur sur la pente ascendante de la courbe fonctionnelle cardiaque avec de la reserve cardiaque (ex., l’adaptation du coeur insuf isant à la baisse du DC). ! Obs.: Pendant le remplissage ventriculaire, PED augmente légèrement pour le VED qui détermine des l'allongements des sarcomères entre 1.5 à 2.2 micromètres, puis PED augmente de façon exponentielle (le myocarde devient rigide) et les phénomènes de stase / congestion rétrograde se produisent. Celui-ci est l'inconvénient à long terme de l'adaptation par l’augmentation du VED, parce que la stase dans les capillaires pulmonaires mène à la sortie du liquide du vaisseau vers interstitium œdème pulmonaire aigu (voir ci-dessous). 2. LA POSTCHARGE 2.1. La postcharge du muscle cardiaque: Définition: la résistance que le cœur doit surmonter au cours de la contraction 2.2. La postcharge de la pompe cardiaque: Définition: - la résistance que le myocarde doit surmonter au cours de la systole - c’est la tension du niveau des parois ventriculaires au cours de la systole - Elle est souvent approximée par la pression artérielle systolique (de l’aorte pour le VG et respectivement de l’artère pulmonaire pour le VD) Signification: La postcharge (ou la tension pariétale systolique) est définie classiquement comme le stress pariétal (wall stress, ) étant exprimée comme force (tension)/unité de surface. Ainsi, selon la loi de Laplace pour une cavité sphérique (T = P x r), le stress pariétal pour VG est: = P x r/2 h Ou: P = pression ventriculaire, r = rayon de cavité et h = épaisseur de la paroi On observe que augmente soit par l’augmentation de P (dans les suprasolicitations de pression), soit par l’augmentation de r (dans les suprasolicitations de volume qui mènent à la dilatation du ventricule) – voir les causes de l’IC. !Obs.: Dans les conditions de suprasolicitation hémodynamique chronique de pression ou volume, l’augmentation h survient comme un mécanisme compensatoire, qui doit reduire le stress pariétal (parceque par l’augmentation de la masse ventriculaire baissera la force distribuée sur l’unité de surface – voir l’Hypertrophie cardiaque. 3. L’INOTROPISME (LA CONTRACTILITE) Définition: - la propriété intrinsèque du muscle cardiaque de se contracter, qui varie selon la concentration intracellulaire du Ca++. Signification: Les modifications de la contractilité se reflètent au niveau de la courbe de Frank-Starling par le changement de sa position: l’augmentation de l’inotropisme par l’action des agents pharmacologiques (ex. digitale) déplace en haut la courbe fonctionnelle cardiaque, en déterminant l’augmentation du débit par battement pour toute valeur de la précharge 3 la baisse de l’inotropisme (ex. IC) détermine le déplacement en bas de la courbe et respectivement, la baisse du débit par battement et du DC. 4. LA FREQUENCE CARDIAQUE (FC) FC représente le mécanisme majeur par lequel se réalise l’augmentation du débit cardiaque au cours de l’augmentation du nécessaire d’O2 déterminée par l’effort physique. Au niveau du muscle cardiaque: fréquence de stimulation raccourcit le temps disponible à la pompe de calcium du niveau du réticulum sarcoplasmatique longitudinal (SERCA, „sarcoendoplasmic reticulum calcium ATP-ase”) de capter le calcium avec [Ca2+] libre dans l’espace interfilamentaire qui: i) à court terme = a un effet inotrop positif ii) à long terme = conduit à l’altération du relâchement du muscle cardiaque Au niveau de la pompe cardiaque: - La FC < 140-160 b/min DC (DC = Dsystolique x FC) - La FC > 160 b/min: le raccourcissement de la diastole détermine la baisse du temps de remplissage ventriculaire) Dsystolique DC II. L’INSUFFISANCE CARDIAQUE (IC) DEFINITION, CLASSIFICATION, ETIOLOGIE 1. Définition: IC = L’incapacité du cœur à pomper suffisamment de sang pour fournir aux besoins de l'organisme qui détermine : - DC sous les nécessités métabolique de l’organisme (IC antérograde) ou - l’assurance de ce débit au prix d’une augmentation symptomatique de la pression de remplissage du myocarde (IC rétrograde) Selon le guide de la Société Européenne de Cardiologie, IC est un syndrome clinique définit par : A. Symptomes typiques de l’IC: - IC gauche: dyspnée d’effort ou de repos, orthopnée, toux, asténie/fatigabilité - IC droite: hépatalgies, ballonnement, anorexie B. Signes typiques de l’IC: - IC gauche: tachycardie, pâleur, transpirations, râles pulmonaires souscrépitants symétriques, le déplacement latéral du choc apexien - IC droite: oedèmes périphériques déclives, hépatomégalie douloureuse, reflux hépato-jugulaire, liquide pléural en grande quantité/ascite) C. Prouves objectives des anomalies cardiaques structurelles ou fonctionnelles en repos (cardiomégalie, galop protodiastolique, souffles cardiaques, des modifications écographiques de dysfonction systolique ou diastolique, l’augmentation des péptides natriurétiques). Terminologie: IC aiguë vs. chronique: IC aiguë décrit: (i) IC de novo, à un début aigu (dans le cas d’une maladie cardiaque sévère) ou (ii) la décompensation d’une IC chronique dét. par les facteurs précipitants (voir en bas) et se caractérise par des signes d’oedème pulmonaire aigu (EPA) ou choc cardiogène; IC chronique correspond à la définition décrite en haut et est la forme la plus souvent rencontrée dans la pratique. 4 IC gauche vs. droite/globale: IC gauche correspond à l’affectation prédominante du ventricule gauche (VG) et la prédominance des signes de la congéstion pulmonaire IC droite correspond à l’affectation prédominante du ventricule droit (VD) et la prédominance des signes de la congéstion systémique IC globale correspond à une congéstion concomitante systémique et pulmonaire 2. Classification IC: 2.1. La classification fonctionnelle NYHA (New York Heart Association) et ACC/AHA (American College of Cardiology/American Heart Association) Tableau 1. Classification de l’insuffisance cardiaque selon ACC/AHA et NYHA. ACC : American College of Cardiology, AHA : American Heart Association, NYHA: New York Heart Association. 2.3. Classification physiopathologique – selon la valeur de la fraction d’éjection (FE): FE est calculée comme le rapport Vsystolique/VEDx100 et a les valeurs normales = 55-70%. Pathologiquement, baisse dans l’IC par dysfonction systolique A. IC à FE baissée (< 50%) correspond à l’association du tableau clinique de l’IC à la dysfonction systolique du VG B. IC à FE maintenue correspond à l’association du tableau clinique de l’IC à la dysfonction diastolique du VG (anomalie de relâchement). Elle est plus fréquente chez les femmes, les personnes âgées, les hypertensifs. 3. Étiologie IC: IC représente le stade final évolutif de nombreuses affections cardio-vasculaires (causes déterminantes) et une fois instalée, une série de facteurs peuvent conduire à l’aggravation/décompensation de celles-ci (causes précipitantes). 5 ! Obs: IC ne doit jamais être le seul diagnostic d’un patient mais doit être accompagné par le diagnostic de la maladie de base qui a conduit à l’apparition de l’IC dans l’évolution de la maladie. 3.1 Les causes DETERMINANTES DE L’IC: A. IC par la baisse primaire de la contractilité myocardique apparaît dans: 1. La maladie coronaire: - l’infarctus du myocarde - l’ischémie myocardique transitoire 2. La cardiomyopathie dilatative et hypertrophique 3. Les myocardites (bactériennes, virales, parasitaires) ! Obs.: La baisse de la fonction contractile du coeur apparaît aussi dans les affections extra-cardiaques, comme : - les maladies infiltratives myocardiques (hémochromatose, amyloïdose, sarcoïdose) - les maladies endocrines (diabète sucré, dysfonction thyroïdienne) - les maladies neuromusculaires (dystrophie musculaire de Duchenne, l’ataxie de Friedrich, la dystrophie myotonique) - Les toxiques cardiaques: alcool, chimiothérapie (les anthracyclines) i radiothérapie anticancéreuse B. IC par la baisse secondaire de la contractilité myocardique (par suprasolicitation hémodynamique): 1. Suprasolicitation de PRESSION (augmentation de la POSTCHARGE) - du VG: - ! HTA - sténose aortique - coarctation de l’aorte - du VD: - HT pulmonaire de: l’embolie pulmonaire les maladies pulmonaires chroniques (bronchite chronique, BPCO) - sténose mitrale - sténose pulmonaire 2. Suprasolicitation de VOLUME (augmentation de la PRECHARGE): - du VG: - insuffisance aortique - insuffisance mitrale - états hyperkinétiques (hyperdynamiques) associés aux nécessités métaboliques tissulaires augmentées des: anémies chroniques sévères, fistules artério-veineuses, thyrotoxicose - a VD: - insuffisance pulmonaire - insuffisance tricuspidienne - défaut séptal ventriculaire La baisse primaire ou secondaire de la contractilité conduit à l’IC à FE systolique). (par dysfonction C. IC par la baisse de remplissage cardiaque apparaît dans: 1. Les cardiomyopathie restrictive 2. Les maladies péricardiques (péricardite constrictive, tamponnade cardiaque) 3. Le raccourcissement de la diastole (tachyarrhythmies excessives) 4. Les obstructions intracardiaques (tumeurs) - rarement 6 La baisse du remplissage ventriculaire conduit à l’IC à FE maintenue (par dysfonction dyastolique). 3.2. Les causes precipitantes de l’IC : Beaucoup des patients à IC sont asymptomatiques une longue période de temps comme suite de l’entrée en fonction des mécanismes compensatoires (voir en bas). Quelques facteurs précipitants déterminent l’aggravation de l’IC, c’est à dire le passage de l’IC du stade compensé dans le stade decompensé: Cause précipitante 1. LES TROUBLES DE RYTHME/COND.: Fibrillation/flutter auriculaire Tachycardies paroxistiques supraventriculaires Bradycardies sévères (FC< 40/min) et bloc AV III-ème degré (dissociation A-V) 2. LES MALADIES INFECTIEUSES - systémiques (ex., pulmonaires) - cardiaques (endocardite infectieuse, myocardite) 5. LES ETATS HYPERKINETIQUES (fistules artério-veineuses, thyrotoxicose, beri-beri, anémies graves, grossesse) 6. LA CRISE HYPERTENSIVE 7. LE THROMBOEMBOLISME PULMONAIRE 8. L’INFARCTUS MYOCARDIQUE 9. L’OMISSION DU TRAITEMENT pour l’IC Mécanisme qui détermine la décompensation de l’IC - la contraction auriculaire est inefficace hémodynamiquement et la fonction de pompe secondaire des auricules est limitée VED par 20% DC - le raccourcissement de la diastole temps de remplissage ventriculaire D systolique à une FC > 160 b/min DC - FC DC (bien que la diastole est très longue et le remplissage ventriculaire se fait bien, respectivement le débit systolique est normal) - les infections pulmonaires dét. l’altération des échanges gazeux respiratoires hypoxie et altération du rapport offrenécessaire de O2 au niveau myocardique - l’endocardite dét. l’accentuation des lésions valvulaires et le risque de rupture valvulaire brusquement de la précharge = suprasolicitation aiguë de volume - la myocardite dét. supplémentaire de la contractilité myocardique décompensation de l’IC - dans toutes les maladies infectieuses, la fièvre dét. des nécessités métaboliques tissulaires et tachycardie compensatoire en vue de DC - sont des états dans lesquelles l’augmentation des nécessités métaboliques tissulaires impose une une augmentation proportionnelle du DC - DC par brusque de la post-charge VG - DC par brusque de la post-charge VD - chez un patient coronarien la baisse supplémentaire de la contractilité due à la nécrose d’une partie du myocarde conduit à la du DC. 7 LES MECANISMES COMPENSATOIRES DANS L’IC L’IC évolue en 2 stades: IC compensée dans laquelle les mécanismes compensatoires réussissent à maintenir le DC à des valeurs adéquates aux nécessités métaboliques tissulaires il y a une réserve fonctionnelle cardiaque à laquelle fait appel l’organisme dans des conditions de suprasolicitation IC décompensée dans laquelle la réserve cardiaque est épuisée le coeur ne peut satisfaire les nécessités tissulaires ni au repos. Les mécanismes compensatoires de l’IC sont: Le mécanisme de Frank-Starling Les mécanismes neuro-humoraux L’hypertrophie et le remodelage cardiaque LE MÉCANISME DE FRANK-STARLING L’effet favorable (compensatoire) du mécanisme de Frank – Starling consiste dans l’augmentation du DC comme suite de l’augmentation du VED (précharge) Les mécanismes qui conduisent à de la précharge : La baisse du DC dans IC conduit à: i) L’augmentation du volume résiduel/end-systolique (VR, VES) ii) La baisse de la pression artérielle au niveau des barorécepteurs du sinus carotidien et de la crosse de l’aorte stimulation sympathique & stimulation parasympathique à 3 conséquences: de la FC de l’inotropisme vasoconstriction via stimulation des récepteurs des artères et des veines avec la „centralisation de la circulation” par la redistribution du sang vers les organes vitaux (coeur et cerveau) où prédomine la vasodilatation au détriment des viscères, des téguments et des reins où prédominera la vasoconstriction iii) La baisse de la pérfusion rénale (qui avec la v.c. rénale induite par la stimulation sympathique) dét. l’activation du système RAA: AII dét.: o reabsorption tubulaire de Na et H2O dans le TCP o v.c. systémique ALDO dét. la réabsorption primaire de Na et secondairement de H2O dans le TCD et TC les 2 effets étants responsables de la rétention hydro-saline du retour veineux et de la pré-charge. Le mécanisme de Frank-Starling a à la base la courbe fonctionnelle cardiaque (relation VED-DC): - dans le cas du couer normal, le point de fonctionnement s’établie sur la pente ascendante de la courbe – le point A où VED assure le DC de repos - dans le cas du couer à l’IC, la courbe fonctionnelle est déplacée en bas avec la baisse du DC (point B) et le coeur réalise son DC de repos (et s’adapte à l’effort) par l’augmentation du VED avec le déplacement du point de fonctionnement du coeur en haut et à droite (de B en C) sur la pente ascendante de la courbe fonctionnelle cardiaque (mais avec de la réserve cardiaque) – Fig. 2. 8 IC + digitale Symptomes du DC de repos baissé IC pas traitée Symptomes de congestion veineuse Figure 2. Le mécanisme compensatoire de Frank-Starling et l’effet de la digitale dans l’IC. Les effets défavorables du mécanisme de Frank-Starling sont: La stase et la congestion rétrograde dans la circulation veineuse: excessive du VED qui dét. PED qui se transmet retrogradement par: o L’auricule gauche et la circulation pulmonaire dans l’IC gauche risque d’oedème pulmonaire o L’auricule droit et la circulation systémique dans l’IC droite risque d’oedème cardiaque périphérique L’altération du rapport offre-nécessaire de O 2 au niveau myocardique pour: o la de l’offre de O2 (due à la PED et de la tension pariétale diastolique, avec du gradient diastolique de la pression de perfusion coronarienne) o l’ du nécessaire de O2 (due à la distension ventriculaire, avec du rayon de la cavité augmentation du stress pariétal) L’augmentation excessive du VED chez les patients à IC classe II-IV NYHA par dysfonction systolique (à FE 40%) est combatue par l’administration des agents inotropes positifs (ex. digitale) qui la contractilité du myocarde. L’administration de la digitale dans l’IC dét.: (Fig. 2): - le déplacement en haut de la courbe fonctionnelle cardiaque - l’augmentation du DC et de la perfusion tissulaire qui dét.: = au niveau rénal: iltration glomerullaire, elimination de sodium et d’eau, de la volémie et du retour veineux et respectivement, du VED = le point de fonctionnement du coeur baisse et se déplace vers la gauche sur la courbe du coeur digitalisé (point E) le coeur digitalisé assure le DC de repos sur la base d’une augmentation modérée du VED avec la réduction des phénomènes congestives. 9