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MODULE BIOCLINIQUE CARDIOVASCULAIRE PCEM2 Cours N°1 : Hémodynamique cardiaque Régulation de la performance cardiaque Prs J.-J. Mercadier, A. Nitenberg et M. Eugène 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 du débit cardiaque Post-Charge Ao AP Fréquence Cardiaque OG VG OD VD Contractilité Pré-Charge Déterminants de la performance ventriculaire (du volume d’éjection systolique=VES) Post-Charge Ao AP OG VG OD VD Contractilité Pré-Charge Déterminants de la performance contractile du myocarde isolé Muscle papillaire isolé 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 Passive Tension Active 80 60 40 60 b c d Tension Active c b d a 20 40 20 a 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 Effet de la Postcharge et de la Contractilité étudié en isotonie Relation Force-Vitesse (Contractions Isotoniques) Vitesse de Raccourcissement (% de Vmax) Amplitude de Raccourcissement 100 Vitesse de Raccourcissement Ô Charge Temps 0 Contraction Isométrique Étirement Initial Force 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 P PKA CaMK AMPc P CaCa-calmoduline Kinase P P AC Gαs P Ca-ATPase du sarcolemme = PMCA Cytosol Isoproterenol βAR 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) Echangeur Na-Ca = NCX Canal calcique de type L P 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 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 * Effet inotrope + * postcharge ( compliance) * Effet inotrope * postcharge ( compliance ) P OD Î VTD VG Î PTD VG Dépression Intrathoracique Baroréflexes, Chémoréflexes, Réflexes cardio-pulmonaires, Réflexes musculaires Ventilation Diaphragme Veines Splanchniques Retour Veineux Muscle Strié Contraction musculaire Veines Cutanées Température locale, Thermorégulation, Réflexes respiratoires, Émotion Débit Cardiaque Postcharge du ventricule 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 Éjection Ventriculaire Diastole 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) 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 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 Ejection Volume VD & VG Pression Contraction iso-volum. 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 Relaxation et propriétés passives du ventricule Contraction 3 Relaxation Distension Aorta Pressions LV RI RR Volume du VG Contraction de l’oreillette Diastasis Bruits du coeur 2 1 Physiologie Clinique B4 B1 Systole B2 B3 Diastole Systole Diastole B4 B1 mmHg PVG 20 10 POG 0 RELAXATION PROPRIETES PASSIVES CONTRACTION AURICULAIRE Augmentation de la Fréquence Cardiaque PVG POG PVG POG FACTEURS PARIETAUX Composition du Myocarde Epaisseur de la Paroi FACTEURS PHYSICOCHIMIQUES Hypoxie Acidose Ischémie PROPRIETES PASSIVES du VENTRICULE FACTEURS EXTRA-PARIETAUX Interaction Volume des Cavités-Péricarde Poumons Compliance/Rigidité ventriculaire PTDVG (mmHg) 30 ΔP 10 ΔV1 ΔV2 VTDVG (ml) R = ΔP / ΔV = 1 / C Précharge Rôle du péricarde Interaction VD / VG Pe P1 Pi P2 Pe P P VD 50 ml + péricarde - péricarde VTD VD 20 ml VTD VD VG Pression Volume VD VG VG Pression Volume VG Diminution de Compliance Ea Augmentation de Compliance Ea Ets Ets PTS PTS PTS PTS PRESSION PRESSION PTD PTD VTS VTD VOLUME VTS VOLUME VTD Normal Hypertrophie Compliance Myocardique Normale Fibrose Compliance Myocardique Diminuée Compliance Ventriculaire Diminuée Déterminants de la performance ventriculaire • Précharge longueur initiale des fibres • Retour veineux • Compliance ventriculaire • Postcharge résistance à l’éjection • Contrainte pariétale • Propriétés physiques du système artériel • Contractilité force pour une L init. donnée • Intrinseque • extrinseque • Effet de le fréquence cardiaque • Relation force/fréquence (« escalier positif »)
