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UE5 - Ranouil
Physiologie cardiaque
I.
Automatisme cardiaque et tissu nodal
1. Généralités
Le cœur est un muscle automatique, c’est-à-dire il se contracte tout seul.
Cet automatisme est lié à la présence de cellules aux propriétés spécifiques regroupées au sein d’un tissu : le
tissu nodal qui donne au cœur la caractéristique de se contracter spontanément.
Le cœur est donc constitué de deux populations cellulaires :
– les myocytes contractiles, assurant le travail mécanique et donnant l’énergie nécessaire à la propulsion du
sang.
– les myocytes automatiques, assurant l’automatisme cardiaque.
2. Rappel anatomique
Le tissu nodal comprend :
- le nœud sinusal (situé dans la partie haute de l’OD au pied de la VCS) qui a une taille d’environ
15mm de long sur 8mm de diamètre se contractant au environ de 100 batt/min et donnant la cadence
au cœur.
- le nœud auriculo ventriculaire (situé à la jonction des oreillettes et des ventricules, près de la valve
tricuspide dans la partie basse du septum Inter-Auriculaire sur le versant droit) avec une fréquence de
60-70 batt/min.
En raison de son emplacement, on peut accéder à sa physiologie en mettant des sondes dans la cavité
droite par exemple.
- le faisceau de His dont le tronc chemine dans le septum IV et se divise en deux branches : droite et
gauche. Il faut savoir que le ventricule gauche est plus important, il occupe 2/3 de l’espace
ventriculaire total. Donc la branche gauche va encore se subdiviser en 2 : la première branche est
pour le bloc antérieur (HBAG pour hémi-branche antérieure gauche) et la seconde est pour le bloc
postérieur (HBPG pour hémi-branche postérieure gauche).
- le réseau de Purkinje complète le maillage en s’enfonçant dans l’épaisseur du myocarde
ventriculaire de façon à amener l’activité électrique au plus près des cellules de l’ensemble du muscle
cardiaque en particulier pour les cellules des ventricules qui assurent l’essentielle de l’activité
musculaire cardiaque.
3. Electrophysiologie du tissu nodal
La fréquence de dépolarisation du NS est de 100 battements/min.
Le nœud AV a une fréquence de dépolarisation plus lente 60-70 battements/min. Cette fréquence est définie
en partie par la génétique.
En situation normale le NS impose sa fréquence à l’ensemble du cœur car il est situé plus en hauteur.
Le faisceau de His et le réseau de Purkinje assurent une conduction rapide de la dépolarisation à l’ensemble
du myocarde ventriculaire à la vitesse d’au moins 1 m/s.
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Les cellules sont chargées négativement, cette charge se traduit par une différence de potentiel (DDP) entre
l’intérieur et l’extérieur de la cellule de -90mv.
Cette DDP est liée à des échanges de Na+, K+, Cl-, Ca2+ permanents, par des pompes échangeuses d’ions
qui fonctionnent grâce à l’énergie fournie par l’ATP. C’est une forme d’équilibre instable qui permet aux
cellules à un moment donné d’être dans un état excitable.
Les cellules du NS ont une dépolarisation automatique spontanément (sans influx initiateur), ces propriétés
s’expliquent par une courbe de potentiel de membrane particulière.
Le potentiel de repos est instable spontanément, il oscille entre -90 mV et -70 mV. A partir de la valeur la
plus négative du potentiel de membrane (appelé potentiel diastolique maximal), la cellule se dépolarise
lentement jusqu’à un certain seuil (= pente diastolique), niveau à partir duquel la dépolarisation va être
brutale.
Cette propriété de dépolarisation spontanée et permanente est liée à la présence d’un canal particulier appelé
canal if ou funny échangeur de Na+. Ce canal est inhibé par le césium et certaines molécules comme
l’Ivabradine. Ces molécules sont utilisées pour ralentir la fréquence cardiaque en modifiant la vitesse de
dépolarisation du NS dont les cellules seront moins vite dépolarisées. Ce ralentissement permet de diminuer
la consommation en oxygène du myocarde ce qui peut avoir un intérêt dans certaines pathologies comme les
cardiopathies.
Comme le potentiel de repos est instable il va augmenter progressivement et lorsqu’il atteint le potentiel
seuil, il y a une ouverture des canaux calciques voltages dépendants et une entrée massive de Ca2+ dans la
cellule ce qui entraine une dépolarisation rapide de la cellule.
Dans un premier temps, on observe une entrée de Ca2+ puis le Na+ et le K+ entrent dans la cellule de façon
à déclencher le potentiel d'action et entrainer une dépolarisation de la cellule qui était majoritairement
négative et qui devient donc positive.
Les cellules du tissu nodal ne présentent pas de phase de plateau, la repolarisation débute dès le pic atteint et
correspond au retour à l'état de départ par sortie du K+ de la cellule, la cellule retrouve alors son potentiel de
membrane de départ et peut donc débuter un nouveau cycle.
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On a :
- le potentiel diastolique maximum qui correspond à l'état de base de la cellule instable,
- puis la dépolarisation lente qui est spécifique aux cellules du nœud sinusal avec une pente liée aux canaux
if,
- puis le seuil est franchi donc on a une ouverture des canaux calciques et sodiques et la genèse d'un potentiel
d'action permettant à la cellule de devenir fortement positive,
- puis on a la repolarisation avec une sortie de K+ permettant à la cellule de revenir à son état de base pour
recommencer un cycle.
Donc la cellule va se dépolariser régulièrement à une fréquence prédéfinie par certains éléments notamment
génétique mais pas seulement. C’est cette fréquence de dépolarisation c’est-à-dire le temps qui sépare 2
potentiels d’action qui va définir la fréquence cardiaque de repos du nœud sinusal qu’il va imposer à
l’ensemble des autres cellules du myocarde.
4. Propagation
Le potentiel d'action ainsi généré au niveau du nœud sinusal par cet automatisme va se propager au
myocarde car le NS et le myocarde sont en contact de façon continue. Il y a donc une propagation du
potentiel d’action de proche en proche aux autres cellules. La propagation commence avec les cellules en
contact avec le nœud sinusal : les myocytes auriculaires, puis elle continue de proche en proche et arrive au
nœud auriculo-ventriculaire. Ce nœud a un rôle de ralentisseur de la fréquence cardiaque. L’influx continue
de se propager à travers les fibres du tissu nodal avec le tronc du faisceau de His avec ses 2 branches (droite
et gauche). Puis ça se disperse dans le myocarde grâce au réseau de Purkinje en particulier dans les
ventricules pour qu’ils puissent se contracter de manière coordonnée, synchrone et symétrique. S’il y a un
problème de conduction, les 2 ventricules ne se contractent pas en même temps ce qui peut aboutir à des
déficiences mécaniques qui peuvent se traduire en clinique par des symptômes comme l’essoufflement.
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- Nœud sinusal : potentiel instable (120 coups/min)
- Nœud auriculo-ventriculaire : les cellules du NAV ont les mêmes propriétés que les cellules du NS mais à
leur état de base sans stimulation du NS, elles ont une fréquence de dépolarisation un peu plus lente. Si le
NS donne le tempo, elles vont suivre son rythme et se contracter à la fréquence prédéfinie.
- Cellules du myocarde (auriculaire et ventriculaire) : il y a une stabilité du potentiel de membrane au repos
car elles ne sont pas douées d’automatisme, lorsqu'elles sont stimulées par une impulsion des cellules
automatiques, elles se dépolarisent puis se contractent.
Donc l’intégrité de ce système est indispensable au bon fonctionnement du muscle cardiaque car lorsque le
tissu nodal est défaillant cela aboutit au décès du patient ou à la mise en place d’un pace maker (appareil
électrique qui va délivrer une impulsion et va venir remplacer l’automatisme cardiaque qui est défaillant
pour des raisons variées comme des pathologies ou le vieillissement).
5. Régulation
L’activité du NS est modulée par le SNA, en effet les cellules du NS reçoivent de nombreuses afférences des
nerfs sympathiques et parasympathiques.
Ci-dessous, le centre parasympathique qui est cardio inhibiteur ou modérateur et entraine le ralentissement
de la fréquence cardiaque par l’intermédiaire du nerf pneumogastrique ou nerf vague (X). En effet le nerf
vague a un impact sur le nœud sinusal en le ralentissant dès que la synapse cholinergique fonctionne à
l’acétylcholine dans le bulbe rachidien.
Le centre orthosympathique est stimulateur, il a un effet accélérateur, tachycardisant. Il agit par
l’intermédiaire d’une première synapse dans la moelle épinière dorsale et ensuite avec un relais
ganglionnaire qui a une première connexion cholinergique et une deuxième connexion adrénergique avec de
l’adrénaline. C’est la modulation de ces 2 systèmes agissant de manière concertée qui va définir la fréquence
cardiaque qui va être propre à chaque individu en fonction des circonstances, par exemple lors d’un stress la
stimulation orthosympathique l’emporte (accélération de la fréquence cardiaque) alors que dans le cas d’un
mal du transport la stimulation parasympathique l’emporte (ralentissement de la fréquence cardiaque, pâleur,
nausées, vomissement).
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Au niveau du cœur, il y a des capteurs présents principalement au niveau du glomus carotidien mais aussi au
niveau de l'aorte qui agissent comme des nerfs « sensitifs » et indiquent notamment la pression, le pH,
l’acidité du sang et permettent en fonction de la demande métabolique d'informer les centres médullaires,
c’est pour cela que lors d’une hypoxie le cœur s’accélère par exemple.
Cette régulation se fait soit par la stimulation des récepteurs Béta adrénergiques (système sympathique)
soit par la stimulation des récepteurs à Acétylcholine essentiellement muscarinique et atropinique. La
stimulation des récepteurs Béta adrénergiques par libération d’adrénaline aboutit à une accélération du
rythme sinusal par accélération de la pente diastolique du potentiel instable, le seuil est plus rapidement
franchi donc le temps pendant lequel la cellule est non dépolarisée est plus court.
Il y a également un accroissement du courant calcique L (dépolarisation plus rapide) et du courant
potassique (= repolarisation plus rapide) pour que la cellule puisse être excitée plus rapidement.
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Ici, la courbe 1 est la courbe normale de départ. Si l’on accélère le rythme cardiaque sous l’effet su système
sympathique, plusieurs mécanismes sont possibles :
-
le premier consiste à abaisser le seuil de stimulation en le faisant passer du niveau A au niveau B. Ce
niveau étant plus bas le seuil sera plus rapidement franchi, la cellule se dépolarisera donc plus
rapidement. Au lieu de se dépolariser à -70mV, elle dépolarisera à -80mV : le laps de temps sera
ainsi plus court. Par exemple au lieu d’1 seconde elle sera de 0.8 seconde (= courbe 4). Donc la
fréquence cardiaque sera plus rapide et au lieu d’être de 60bpm elle sera de 85bpm.
-
le second mécanisme est d’augmenter la vitesse de dépolarisation diastolique en modifiant la pente
de dépolarisation, la courbe sera plus aiguë que la 1 : donc la dépolarisation spontanée lente (passage
de -70mV à -60 mV) est plus rapide, on franchit plus vite le seuil A. La FC (fréquence cardiaque) est
plus rapide car le PA (potentiel d’action) est atteint plus rapidement (= courbe 2).
-
on peut aussi modifier le potentiel diastolique maximum, c’est-à-dire qu'on part d'une moindre
négativité, on a une plus grande facilité à franchir le seuil du potentiel d'action. Mais c'est une
dépolarisation partielle.
Avec ces mécanismes cellulaires on constate une extraction du calcium diminuée, une dépolarisation
partielle plus rapide, des catécholamines qui agissent pour augmenter la vitesse de dépolarisation où une
intoxication avec un médicament qui s’appelle la digitaline (à dose thérapeutique il diminue la fréquence
cardiaque mais à une dose trop importante il a un effet inverse). Donc il y a de nombreuses solutions
ioniques qui entrainent une modification du rythme cardiaque.
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Ici, la courbe 1 est la courbe normale de départ. Si l’on diminue le rythme cardiaque sous l’effet su système
parasympathique, plusieurs mécanismes sont possibles :
- Pour la solution de la courbe 4, on augmente le seuil qui passe de A à B où B est moins négatif que A.
Donc il faudra plus de temps pour le franchir ce qui ralentit le rythme cardiaque.
- Pour la solution 2, on diminue la vitesse de dépolarisation, par conséquent on prendra plus de temps pour
arriver au seuil A ce qui diminue la fréquence cardiaque.
- Pour la solution 3, on a une polarisation diastolique maximale plus négative/basse donc il est évident que
pour passer de -100 à -70 on prendra plus de temps que pour passer de – 75 à – 70.
On voit que l’acétylcholine utilise deux mécanismes pour ralentir le rythme cardiaque : la modification de la
vitesse de dépolarisation diastolique et la polarisation diastolique maximale permettant ainsi d’avoir un
franchissement de seuil retardé et une fréquence cardiaque ralentie.
2 médicaments anti-arythmiques : digitaline et quinidine qui à dose curative permettent la diminution de la
fréquence cardiaque mais qui sont peu utilisés aujourd’hui en clinique.
6. Electrophysiologie des myocytes
Les myocytes contractiles ont eux un potentiel de repos stable, ils ne sont dépolarisés que par une
dépolarisation imposée par les cellules du tissu nodal ou par contact direct avec une cellule contractile déjà
excitée. Ils ne sont donc pas doués d'automatisme.
Les myocytes ont un PA différent avec d’emblée une dépolarisation maximale très rapide (quasi verticale)
qui provient d’une entrée de Na+ en très grande quantité (l’entrée du courant Na+ est à la fois très intense,
très brutale et très courte). Ensuite une fois que la cellule est polarisée des courants repolarisant de Ca2+ et
surtout de K+ vont progressivement ramener la cellule à son état de base, état qui est stable pour attendre à
nouveau une nouvelle stimulation car le cœur se contracte en permanence.
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Le potentiel de la cellule musculaire est représenté ici avec la loi du tout ou rien. Les stimulations 1 et 2 sont
inférieures au seuil donc il ne se passe rien. La stimulation 3 arrive au potentiel seuil qui est ici de – 70 mV
donc on a une entrée massive de Na+, la cellule devient très fortement positive. Ensuite on a une
dépolarisation rapide, puis un plateau suivie d’une dépolarisation plus rapide avec un retour au potentiel de
membrane de repos qui est stable et qui attend une nouvelle dépolarisation.
- Phase 0 : dépolarisation rapide (entrée brutale de Na+ qui va être plus faible ensuite)
- Phase 1 : repolarisation précoce (sortie de K+ par canal It0) qui ne dure pas, stabilité plateau. Action de
Na+
- Phase 2 : dépolarisation en plateau (sortie K+ et entrée de Ca2+ par canaux L et T)
- Phase 3 : repolarisation (sortie K+)
- Phase 4 : retour au potentiel stable des membranes
Résumé des 4 phases ci-dessus
/!\ Il faut juste bien comprendre qu’il y a deux types de cellule :
- Celles avec un potentiel instable caractérisées ici par un aspect de repos
- Celles avec un potentiel stable caractérisées par l’horizontalisation du potentiel et qui ont la nécessité
de recevoir une impulsion pour pouvoir se contracter alors que les autres n’en n’ont pas besoin.
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La cellule du tissu nodal va se dépolariser spontanément et une fois qu’elle s’est dépolarisée, elle va
dépolariser la cellule musculaire et lorsque cette cellule est dépolarisée, elle se repolarise. Lors de cette
repolarisation elle a 2 périodes particulières :
- PRA = période réfractaire absolue : temps durant lequel la cellule ne peut pas être à nouveau excitée.
- PRR = période réfractaire relative : temps au bout duquel la cellule peut être excitée par un stimulus
mais soit le stimulus devra être plus important soit la réponse sera plus faible, car la cellule n'est pas revenue
à son niveau de base. Cette période est plus courte et se situe à la fin de la repolarisation.
La PRA dure jusqu'à la fin de la phase 3 à peu près (impossible d’exciter la cellule). Une fois la PRA
terminée, on entre dans la zone de la PRR (un stimulus peut entrainer une réponse : s’il est très précoce, il
entrainera une réponse faible, s’il est un peu plus tardif, la réponse sera un peu plus élevée mais elle n’est
pas encore complète). Ce n’est qu’à la fin de la PRR qu’on peut retrouver un PA normal.
7. Conclusion
Les caractéristiques électrophysiologiques originales des cellules du tissu nodal expliquent le
fonctionnement automatique du cœur (dépolarisation spontanée). Il reçoit des afférences centrales et
périphériques essentiellement par les systèmes parasympathiques et sympathiques qui permettent
l'adaptation de la fréquence et de la contraction cardiaque aux besoins de l'organisme.
II.
Couplage-Excitation-Contraction
1. Généralités
La contraction du muscle cardiaque résulte de la contraction automatique de chaque unité élémentaire : les
myofibrilles.
L'activation des myofibrilles provient de l'automatisme des cellules du tissu nodal.
Le myocarde est un muscle strié un peu particulier, son unité de base est la cellule musculaire myocardique
qui mesure entre 50 et 100 microns. Elle possède une membrane, un noyau central, des mitochondries, un
sarcoplasme, des capillaires en grand nombre, des protéines contractiles spécifiques (présentes que dans le
muscle cardiaque) qui permettent au muscle cardiaque de se contracter pendant des dizaines d’années avec
une très bonne efficacité. Il y a également du tissu conjonctif d’emballage qui peut avoir une importance
dans certaines pathologies.
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Les cellules musculaires sont regroupées sous forme de myofibrilles qui sont des unités longitudinales. Il y a
de nombreuses mitochondries car le tissu cardiaque est le tissu le plus riche en mitochondries vu qu’il a
toujours besoin d’énergie. Il y a également de nombreux filaments telles que l’actine et la myosine et le tout
est enveloppé dans une membrane appelée le sarcomère.
Les myofibrilles sont une succession de sarcomères reliés les uns aux autres de manière longitudinale et
proche des filaments de myofibrilles, on trouve les apports d'énergie que sont les mitochondries ainsi que des
vaisseaux à proximité.
2. Histologie
La spécificité des cellules myocardiques tient à la présence de protéines contractiles :
- myosine : filament épais
- actine : filament fin
- troponines (3 types)
L'assemblage de ces protéines constitue l'unité de base de la cellule musculaire : le sarcomère.
Le sarcomère est défini par la zone entre deux stries Z (zone où se relie les filaments d’actine), il mesure 1,8
micromètres au repos et 2,3 micromètres lorsqu'il est étiré. On distingue différentes zones : la Bande A
(myosine + actine) et la Bande I (actine, zone où il n’y a que les filaments fins). Un troisième filament (pour
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l’élasticité et la rigidité) : la titine relie la strie Z à la bande M qui se situe au milieu de la bande H. La
bande H est une zone où il n’y a que les filaments de myosine.
Schéma de myofibrilles en coupe longitudinale où l’on visualise les relations entre les mitochondries, les
invaginations de la membrane qui descendent dans la profondeur près de la strie Z (= tubules T transverses),
les citernes du réticulum sarcoplasmique = citernes ou tubules L (latéraux) situés sur le côté et qui se
répartissent tout le long des myofibrilles, proches des filaments d’actine et de myosine.
Sur ce schéma, on constate que la strie Z est un point d’ancrage où il y a l’insertion de la titine et de la
myosine.
• Myosine :
- Protéine héxamérique (6 sous-unités) : 2 sous-unités lourdes (MHC), 2 paires de sous unités légères
(MLC) : 1 essentielle (MLC1) et 1 régulatrice de l’activité mécanique (MLC2). Elle est schématisée par une
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crosse de hockey.
- La tête de la myosine est formée de l’extrémité N-terminale et porte un site de fixation pour l’ATP
(pour l’hydrolyse d’ATP) qui sert d’apport d’énergie et un site de fixation pour l’actine.
• Actine :
- Il est représenté par 2 chaines hélicoïdales qui s’entrecroisent.
- Il est formé de l’actine G globulaire et l’actine F filamentaire.
- Dans la gouttière de l’actine F on trouve une molécule de tropomyosine : elle participe à la rigidité et à la
stabilité de l’actine ainsi qu’à la régulation de la contraction en bloquant l’interaction avec les têtes de
myosine. C’est une sorte de masquage du site d’action : le site n’étant pas visible, la tête de myosine ne
prend pas appui dessus.
• Troponine :
- Elle est constituée de 3 sous-unités qui régulent la contraction :
 Tn I : inhibe l’action de l’actine et la contraction
 Tn C : fixe le calcium
 Tn T : se fixe à la tropomyosine
Lors d’un infarctus une cellule détruite libère son contenu notamment les protéines contractiles comme la
troponine dans le sang. Ainsi, en dosant la troponine, on va avoir la certitude que des cellules cardiaques ont
été détruites ce qui permet d’affirmer ou d’infirmer un certain nombre de diagnostic. En temps normal le
taux de troponine dans le sang est extrêmement bas.
3. Propagation du PA
Le potentiel d’action se propage par l’intermédiaire du tissu nodal et des cellules musculaires par contiguïté.
La propagation par contiguïté est facilitée par l’organisation du muscle en syncytium : les fibres se
terminent par des disques intercalaires en continuités avec le sarcolemme.
On note la présence de gap jonctions (Nexus) et desmosomes entres les membranes des cellules au niveau
des disques intercalaires qui permettent le contact et le passage rapide de la propagation du PA par
l’intermédiaire de canaux ioniques (canaux K+,Ca2+,Na+) alors que les membranes, normalement formées de
phospholipides, sont beaucoup plus étanches aux ions et rendent le passage beaucoup plus lent et difficile.
Ces canaux de jonction sont formés par des protéines qui réalisent des sortes de pores qui permettent de faire
passer des ions par des canaux généralement hydrophobes.
Au niveau des disques intercalaires la membrane est moins épaisse, ce qui permet un échange d’ions facilité.
En effet, on observe un phénomène de Gap (« trou ») qu’on peut schématiser sous la forme de protéines
assemblées les unes aux autres et qui constituent un passage en ligne direct au travers de la double couche
phospholipidique qui constitue la membrane de chacune des cellules.
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4. Couplage
Le couplage excitation-contraction assure la transformation du stimulus électrique (le potentiel d’action) en
un signal intra cellulaire qui permet la contraction de la cellule = phénomène mécanique.
La dépolarisation membranaire entraîne l’ouverture du canal calcique L voltage dépendant aussi appelé
DHPR pour récepteur à la dihydropiridine. Les dihydropiridines sont des médicaments vasodilatateurs et des
antihypertenseurs, certains d’entre eux diminuent la fréquence et la contraction cardiaque.
Le canal s’ouvre, le calcium entre alors dans la cellule mais il n’est pas suffisamment important en volume
pour permettre la contraction. Il faut donc un phénomène d’amplification caractérisé par un récepteur, celui à
la ryanodine (RYR) qui est situé à côté du DHPR sur le réticulum sarcoplasmique qui est le lieu de stockage
du Ca2+. Lorsque le Ca2+ se fixe sur le RYR, ce dernier s’ouvre et libère cette fois-ci une grande quantité
de calcium dans le cytosol de la cellule musculaire. Ce calcium va alors se fixer sur les protéines contractiles
en particulier la troponine C, ce qui permettra la contraction musculaire cardiaque. Ce phénomène est un
phénomène auto catalytique ou auto induit par le CICR (Ca induced - Ca release : fait que la libération de
Ca2+ augmente l’activité d’un récepteur qui favorise la libération massive de Ca2+ par le réticulum
sarcoplasmique  phénomène d’auto amplification).
NB : les deux récepteurs sont situés côte à côte pour des raisons d’efficacité et c’est la modification de
conformation du premier récepteur (DHPR) qui vient entrainer la sortie de calcium qui va jouer un rôle sur
la déformation du deuxième récepteur qui lui va faire rentrer des doses plus importantes de calcium.
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Le Ca2+ ainsi libéré va se fixer sur la troponine C et lever l’inhibition de la troponine I par rotation. Ceci
permet le pivotement du complexe actomyosine sur les filaments d’actine et la prise de contact entre les
têtes de myosine et l’actine par démasquage du site de liaison. Le contact entraine l’hydrolyse de l’ATP, qui
produit l’énergie nécessaire à la bascule des têtes de myosine et un raccourcissement du sarcomère qui
permet la contraction de la cellule musculaire.
Calcium
Myosine
Troponine T
Troponine C
Actine
Tropomyosine
5. Contraction
La bascule des têtes de myosine entraine le glissement des filaments d’actine et de myosine. Le sarcomère se
raccourcit : l’espace entre les deux stries Z diminue. La force ainsi développée dépend du nombre de pont
actine myosine formés et du degré de recouvrement des filaments.
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La force développée dépend directement de la concentration de Ca2+ dans la cellule. Plus il y a de ponts
formés plus la Troponine C est affine pour le Ca2+. Pour chaque battement cardiaque seul 25% des ponts
génèrent une force (il y a donc une réserve contractile).
6. Relaxation
La relaxation correspond au retour du sarcomère à sa longueur initiale. Elle résulte du recaptage du calcium
par des pompes : SERCA (sarco/endoplasmmic reticulum Ca2+ ATPase) situées sur la membrane du
réticulum endoplasmique. Ces pompes sont également consommatrices d’énergie (moins que la contraction).
Le calcium est ensuite séquestré par différents protéines : calsequestrine, calreticuline, sarculemine
(possibilité de devenir un jour la cible de médicaments car leurs anomalies entrainent des pathologies
comme les cardiopathies qui sont des disfonctionnements musculaires myocardiques d’origine génétique).
La première étape dans une souffrance cardiaque est une diminution de la relaxation.
7. Régulation
Il existe de nombreuses régulations de la contraction :
- Par la longueur : Loi de Franck-Starling
- Neuro hormonale.
• Loi de Franck Starling :
- La déformation par le remplissage du ventricule est transmise aux myofibrilles et modifie leurs propriétés.
- C’est une relation tension/longueur.
- Elle s’explique par le changement du nombre de ponts actine myosine pouvant se former en fonction du
nombre de recouvrement des filaments. On peut avoir une plus grande action : plus un muscle est étiré,
plus sa propriété à se contracter est importante et plus on peut développer une force importante. Mais
cette propriété n’est pas valable indéfiniment, en effet s’il y a une trop grande distension on peut avoir une
déchirure.
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- Cependant la relation tension/longueur s’explique aussi par une plus grande sensibilité des myofilaments
au calcium.
• Force fréquence : potentialisation de la force liée à la durée de la diastole. Rôle de la quantité de Ca2+
disponible et fraction libéré du RS. Si on a une fréquence cardiaque élevée, on va avoir une diastole courte,
et donc la capacité à recapter du calcium sera de plus en plus faible. Donc la capacité de remobilisation sera
aussi plus faible ainsi que la capacité à se contracter.
• Régulation hormonale :
- La stimulation béta adrénergique par l’adrénaline influe sur la contraction cardiaque en particulier avec
l’activation d’une protéine G (sous membranaire) d’où la production d'AMPc qui phosphoryle le DHPR ce
qui conduit à une ouverture plus longue du canal calcique et donc une libération plus importante de calcium,
d’où une intensité de contraction plus ou moins importante.
- Le phospholamban (situé dans le réticulum sarcoplasmique) inhibe les pompes SERCA et recapte le
calcium ce qui permet d’augmenter la vitesse de relaxation.
- La stimulation, par le système rénine angiotensine aldostérone et l'endothéline, qui sont des enzymes
produites par le foie (angiotensine et l’endothéline) et le rein (rénine), participe à la régulation. Ces enzymes
vont agir sur la contraction cardiaque et la contraction musculaire des vaisseaux qui vont modifier des
caractéristiques de régulation sur des longues durées (semaines à mois) contrairement à l’adrénaline qui a
une régulation plus immédiate.
 Cette régulation se fait par l’intermédiaire de médiateurs intracellulaires qui sont des dilatateurs sous
membranaires ou membranaires.
Le système orthosympathique accélère le rythme cardiaque et augmente la contraction : l’adrénaline se fixe
sur son récepteur, puis il y a activation de la protéine Gs (stimulatrice) qui entraine la production d’AMPc.
L’AMPc agit sur le récepteur IF (des cellules du nœud sinusal) en augmentant l’entrée de Na+ qui influence
le rythme cardiaque et en agissant sur le canal calcique DHPR en augmentant la concentration en Ca2+ ce
qui influence directement la contraction.
8. Conclusion
La contraction des cellules musculaires cardiaques provient du glissement des filaments d'actine et de
myosine. Ce mécanisme est finement régulé par des boucles de rétrocontrôles complexes. Le calcium y joue
un rôle fondamental par l’intermédiaire de deux récepteurs. Elle nécessite de l'énergie fournie sous forme
d'ATP issue de la phosphorylation oxydative, c’est à dire de la respiration.
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III. Sources d’énergie du muscle cardiaque/myocarde
1. Généralités
Le cœur est un des organes les plus oxydatifs de l’organisme (0.4% du PDC (= Poids du corps) avec 250g
mais 11% de la consommation d’O2) : c’est celui qui a une des plus grandes consommations d’oxygène car il
se contracte en permanence. Ses réserves en oxygène sont très faibles et ne permettent que quelques
secondes d’autonomie (maximum 1min d’énergie ce qui équivaut à 60 battements) : il n’a pas de possibilité
de le stocker. Il fonctionne donc selon le principe du flux tendu (= commande permanente d’ATP car
impossibilité de stocker l’oxygène).
2. Les substrats
Le cœur est capable d’utiliser tous les substrats endogènes (glycogène, corps cétoniques, acides aminés...) ou
exogènes (lipides, glucose, lactates…) pour fournir l’énergie nécessaire à sa contraction. Le manque
d’énergie est donc très rare, même si on s’arrête de manger. L’oxygène dans l’air est nécessaire au cœur pour
pouvoir utiliser les différents substrats afin qu’ils fournissent de l’énergie. A l’état normal la majeure partie
de l’énergie provient de la Béta oxydation des acides gras, de la phosphorylation oxydative du glucose et
du lactate. Au repos, l’oxydation des acides gras représente plus de 60% de l’énergie du myocarde, le
glucose et l’acide lactique 16-18% et les corps cétoniques 3%. A l’effort, les muscles périphériques
produisent de l’acide lactique utilisé par le cœur pour produire de l’énergie : l’oxydation des acides gras
libres ne représente plus que 20% de l’énergie du myocarde, alors que l’acide lactique représente 60%. Seul
le métabolisme oxydatif est capable de synthétiser à partir des substrats de l’ATP en quantité suffisante pour
assurer ces besoins, le tout en présence d’oxygène. Ceci explique la grande dépendance du myocarde vis-àvis de l’oxygène. Ainsi le muscle cardiaque est le muscle le plus vascularisé avec environ 3000
capillaires/mm2 de façon à ce qu’il y ait toujours de l’oxygène au plus près des cellules musculaires
cardiaques. De plus, ça explique aussi le grand nombre de mitochondries qui servent à utiliser l’oxygène
amené par les capillaires pour fournir de l’énergie sous forme d’ATP à partir des substrats. Chaque
hydrolyse d’une liaison phosphate d’ATP libère 7,3 kcal ou 30,5 KJ (énergie qui permet la bascule des têtes
de myosine).
3. Les mitochondries
Elles fournissent les ATP. Elles sont situées dans la cellule musculaire près des tubules en T (contenant du
Ca2+) et près des zones de filaments d’actine et de myosine de façon à ce que les interactions soient plus
pertinentes et rapides. Ce sont des structures sphériques ou en bâtonnets. Elles sont constituées d’une double
membrane : une membrane externe juxtaposée à une membrane interne avec des invaginations. C’est
grâce à cette double membrane qu’est produite l’énergie. Elles sont fortement intégrées à l’architecture
cellulaire en raison de ses interactions avec le cytosquelette (filaments d’actine et de myosine). Les
mitochondries représentent à elles seules 30% du volume cellulaire cardiaque.
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Elles possèdent un ADN mitochondrial fait de 16 569 paires de bases (portant 37 gènes). Il est extrêmement
compact et seul 5 % de cet ADN n’est pas codant. Ce qui est le contraire de l’ADN nucléaire qui lui est très
peu codant et est très volumineux. Les mutations sont fréquentes et pourraient expliquer certaines
pathologies musculaires : le dysfonctionnement des mitochondries serait la source de dysfonctionnement
musculaire.
La glycolyse cytosolique aboutit à la formation de pyruvate (et de 2 ATP directs) puis d’acétyl-CoA dans la
mitochondrie. Les acides gras sont transformés dans le cytosol en acyl-CoA ; dans la mitochondrie les
enzymes de la béta-oxydation des acides gras donnent de l’acétyl-CoA. L’acétyl-CoA est ainsi le carrefour
métabolique de la dégradation des sucres et des graisses. On a besoin dans un premier temps de dépenser de
l’énergie pour pouvoir ensuite en libérer en plus grande quantité : il y a donc une consommation d’énergie
pour arriver dans une phase d’investissement de l’énergie et ensuite, pour arriver à la formation de pyruvate
on a une formation d’ATP. Quelque soit le substrat utilisé dans le cytosol, on aboutit à la formation
d’acétyl-CoA qui va entrer dans le cycle de Krebs.
4. Le cycle de Krebs
Le cycle de Krebs aboutit à la formation de molécules de NADH et de FADH2. Ces molécules en présence
d’oxygène vont permettre aux différents complexes de la chaine respiratoire de produire l’énergie (ATP)
nécessaire : ce qui constitue la phosphorylation oxydative ; le but étant de produire de l’ATP, soit de mettre
en stockage du phosphate/phosphore.
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5. La chaine respiratoire
Ces molécules (NADH et FADH2) sont oxydées par le complexe I de la chaine respiratoire. Les réactions de
la chaine respiratoire aboutissent finalement à la formation d’eau. Le gradient électrochimique de part et
d’autre de la membrane est crée par l’expulsion de protons de la matrice dans la zone inter membranaire qui
est alors fortement acide avec un pH bas à l’inverse de la matrice où le pH est élevé. Cette expulsion est
couplée au transfert d’électrons dans les complexes I-III-IV de la chaine respiratoire.
L’ATP synthétase (complexe V ou complexe terminal) utilise ce gradient de protons générer par le cycle de
Krebs pour phosphoryler l’ADP en ATP qui sera la source d’énergie du myocarde : deux protons repassent
vers la matrices via l’ATP synthétase en formant un ATP.
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L’ATP est ensuite transporté vers l’espace inter membranaire par le translocateur des nucléotides
adényliques, puis vers le cytosol par le transporteur VDAC (voltage dépendant anion chanel). Il pourra alors
être utilisé pour la contraction musculaire. L’ATP peut également être utilisé immédiatement par la créatine
kinase qui synthétise de la créatine phosphate (ou phosphocréatine) qui est une forme chimique de stockage
de l’énergie (en petite quantité, pas plus d’une minute de réserve d’énergie).
6. Conclusion
La mitochondrie est le site de production de l'énergie nécessaire au muscle cardiaque. Elle fait intervenir le
cycle de Krebs qui est la voie finale de catalyse des substrats énergétiques. Celui-ci permet la production
d'ATP par la chaine respiratoire en présence d'oxygène. Le rendement du muscle cardiaque est de 40%, le
reste étant perdu sous forme de chaleur ou en produisant des molécules d’eau.
IV.
Annales 2014/2015
54. L’automatisme des cellules du nœud sinusal est principalement lié au canal :
A. Calcique
B. Potassique
C. du midi
D. Chlorique
E. Canal If
55. Le canal voltage dépendant activé par le potentiel d’action de la membrane des myocytes contractiles
s’appelle :
A. ABCD
B. DHPR
C. ABC A1
D. DPCG
E. MDRT
56. Sur un sarcomère, il existe :
A. La bande H
B. La Bande FM
C. La strie Z
D. La bande I
E. La bande X
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