Physiologie cardiaque
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Plan du cours UFRSMBH Physiologie I – Anatomie du cœur cardiaque II – Fonctionnement du cœur - les cellules cardionectrices - les cardiomyocytes III – Contrôle du cœur par le système nerveux autonome (SNA) IV – Electrocardiogramme (ECG) V – Le débit cardiaque Nicolas DARD 1 Physiologie cardiaque et maintien de l’homéostasie 2 Organisation du système cardiovasculaire Le système cardiovasculaire est constitué de 3 éléments fonctionnels: Le système cardiovasculaire a un rôle de : - distribution aux cellules : O2, nutriments (AA, AG, vit), hormones - élimination : déchets produits par les cellules (CO2, urée) - Une pompe : le cœur fournit la force nécessaire pour propulser le sang dans la circulation - Un réseau de transport : les vaisseaux acheminent le sang du cœur vers la périphérie (artères) et de la périphérie vers le cœur (veines) joue un rôle clé dans le maintien de l’homéostasie - Un réseau d’échange : les capillaires assurent les échanges avec les tissus 3 4 Situation anatomique du cœur Enveloppe du cœur : le péricarde Localisé au niveau du médiastin Base Vertèbres Péricarde Diaphragme Apex Péricarde Sternum 5 6 Anatomie du cœur Paroi du cœur : épicarde, myocarde, endocarde Veine cave supérieure Péricarde Aorte Artère pulmonaire Oreillette gauche (OG) Oreillette droite (OD) Ventricule gauche (VG) Ventricule droit (VD) Epicarde Endocarde OG OD VD VG Septum auriculo-ventriculaire Apex Myocarde (Cellules musculaires) 7 8 Le cœur : une circulation à sens unique Valves cardiaques Valve auriculo-ventriculaire tricuspide (droite) Valves Valve AV mitrale (gauche) Valve mitrale Cordages tendineux Valve sigmoïde aortique Muscle papillaire Valve sigmoïde pulmonaire 9 10 11 12 Valves cardiaques Sang passe des oreillettes aux ventricules, mais pas l’inverse Oreillettes Ventricules Sang passe des ventricules aux artères, mais pas l’inverse Ventricules Artères Valves sigmoïdes Valves tricuspide et mitrale Circulation sanguine CO2 Circulation coronaire O2 petite circulation : circulation pulmonaire -> Oxygénation du sang -> Détoxification (CO2) élimination des déchets par le sinus coronaire grande circulation : circulation systémique -> Irrigation de l’ensemble des tissus artères coronaires partent de la jonction valve sigmoïde/aorte CO2 O2 13 Cellules musculaires cardiaques (cardiomyocytes) 14 Cellules musculaires: niveaux d’organisation Cellule musculaire = ensemble de myofibrilles Disque intercalaire Myofibrille = succession de sarcomères Jonction communicante myofibrilles Sarcomère = unité de contraction = assemblage de filaments minces et épais Disque Intercalaire myosine Actine sarcomère 15 Filament mince = polymère d’actine Filament épais = polymère de myosine Contraction en présence de Ca2+ et ATP 16 Contraction autonome du myocarde Activité électrique du myocarde Cœur : muscle qui n’est jamais au repos • Le cœur a une activité mécanique qui est commandée électriquement de manière autonome. • Contraction des fibres musculaires squelettiques : ans*le*c *d n io t a it c x ’e e*l onduction*d oeur* ==> par ondes électriques (PA) provenant d’une terminaison nerveuse • Cellules cardionectrices : cellules non contractiles produisant spontanément un signal électrique qui stimule les cellules voisines. • Contraction des fibres musculaires cardiaques ? cytium* n y *s *: e ir la ns* constitue le tissu cardionecteur ou nodal u io • Cet *j ensemble de cellules ic t c t n n o e -rau cours du développement embryonnaire : le cœur commence à *v P t A *e e *G ulair battre avant la mise en place de son innervation s*par*des e é li e *r is a *m s - si certaines cellules cardiaques sont : s*autredétruites esélectivement *d s e n *u s e le cœur cesse de battre *l s e lé o s les* as*i u ic r t n e *v s e *l es*ne*sont*p ==> par ondes électriques (PA) produites par des cellules dutcœur *ou*dans s e t le il e r *o s è les cellules ans*le rt*dcardionectrices a *p e u lq e u icules* r *q t e n t e n *v a s u is *o a s e *n t itation *oreillet *2 s e *d e t lè p om ontraction*c - Ringer (1882-1883) : cœur isolé de grenouille mis dans un milieu salin contenant du Ca2+ continue de battre pendant plusieurs heures 17 18 Le tissu cardionecteur – le tissu nodal Propriétés du tissu cardionecteur 1) Nœud sinusal Fréquence propre : fréquence spontanée de dépolarisation d’un élément du tissu cardionecteur isolé des autres éléments. 2) Faisceaux internodaux 3) Nœud auriculo-ventriculaire OD Elément Nœud sinusal 4) Faisceau de His (branches gauche et droite) 5) Fibres de Purkinje 1 Noeud auriculo-ventriculaire 60 0,2 Faisceau de His 30 2 Réseau de Purkinje 19 Vitesse de conduction (m.s-1) 100 Faisceaux internodaux U*RIEN* *O T U O *T r a traction*p Le tissu cardio-necteur est responsable de l’automatisme du cœur et de la conduction de l’influx de dépolarisation Fréquence propre (min-1) 4 20 Potentiel d’action des cellules cardionectrices Activité électrique du myocarde Naissance du processus de stimulation du cœur dans le nœud sinusal Nœud sinusal = pace-maker impose son rythme à tout le cœur = rythme sinusal Propagation aux oreillettes qui se contractent en bloc Potentiel de pacemaker Relayée par le nœud auriculoventriculaire (propagation plus lente) • Fermeture spontannée de canaux K+, mais entrée lente d’ions Na+ --> dépolarisation lente = potentiel de pacemaker • A -40 mV : ouverture de canaux rapides Ca2+ volt-dépendants --> dépolarisation rapide Atteint l’ensemble des 2 ventricules par le faisceau de His et le réseau de Purkinje 21 Propagation du potentiel d’action dans les cellules contractiles • A 0/+10 mV : fermeture des canaux rapides Ca2+ volt-dépendants ouverture de canaux K+ volt-dépendants 22 --> repolarisation rapide PA des cellules cardiaques contractiles Les PA des cellules cardionectrices se propagent rapidement aux cellules contractiles (cardiomyocytes) adjacentes via les jonctions communicantes Cellules cardionectrices du nœud sinusal Cellules contractiles (cardiomyocytes) Disques intercalaires jonctions communicantes 23 24 Potentiel d’action des cellules cardionectrices RAPPEL Potentiel de pacemaker • Potentiel de mb “repos” = -60 mV • Potentiel d’action : ≈ 100 PA / min ==> 100 battements / min - Potentiel de pacemaker de -60 à -40 mV - Dépolarisation rapide de -40 mV à 0/10 mV - Repolarisation rapide de 0/10 mV à -60 mV 25 Régulation par le Système Nerveux Autonome (inhibés par propranolol) Bulbe rachidien SYSTEME PARASYMPATHIQUE Poten8el demembrane => entrée de Na+ => dépolarisation => seuil d’excitation + rapide à atteindre Nerf Vague seuil Poten8el demembrane Moelle épinière SYSTEME SYMPATHIQUE Oreillettes Régulation par le Système Nerveux Sympathique Noradrénaline => récepteurs β-adrénergiques => ouverture canaux Na+ (nœud) Centre cardio-inhibiteur Centre cardio-accélérateur 26 seuil Ventricules 27 Fc↑ car entrée Na+↑ = effet chronotrope positif 28 Régulation par le Système Nerveux Parasympathique Régulation par le Système Nerveux Autonome Centre cardio-inhibiteur Acétylcholine => récepteurs cholinergiques => ouverture canaux K+ (nœud) (inhibés par l’atropine) Centre cardio-accélérateur => sortie de K+ => hyperpolarisation => seuil d’excitation + long à atteindre Bulbe rachidien Poten8el demembrane Nerf Vague SYSTEME PARASYMPATHIQUE seuil Poten8el demembrane Moelle épinière SYSTEME SYMPATHIQUE Fc↓ car sortie K+↑ seuil = effet chronotrope négatif Oreillettes Ventricules 29 Noradrénaline et contractilité cardiaque 30 Electrocardiogramme (ECG) Noradrénaline ==> récepteurs β-adrénergiques ==> ouverture canaux Ca++ (cardiomyocytes) ==> Entrée de Ca++ ==> Liaison actine/myosine accrue ==> Force de contraction accrue = effet inotrope positif 31 32 Electrocardiogramme (ECG) Activité mécanique du cœur onde P : dépolarisation auriculaire complexe QRS : dépolarisation ventriculaire Cœur parcouru d’ondes électriques : - dépolarisation et repolarisation des oreillettes - dépolarisation et repolarisation des ventricules onde T : repolarisation ventriculaire Systole : contraction des oreillettes ou des ventricules qui résulte de la dépolarisation des cellules contractiles. Diastole : relâchement des oreillettes ou des ventricules qui résulte de la repolarisation des cellules contractiles. 33 ==> cycle/révolution cardiaque 34 Le cycle cardiaque : fonction de pompage du cœur Pour fonctionner comme une pompe, le cœur répète successivement 2 phases : Systole : Elle permet de propulser le sang dans une zone de plus basse pression. Diastole : Elle permet le remplissage des oreillettes et des ventricules. 35 36 Le cycle cardiaque – La révolution cardiaque Le cycle cardiaque – La révolution cardiaque ECG Systole auriculaire Aorte Pression Volume TéléDiastolique (VTD) Ventricule gauche Oreillette gauche Volume Ventriculaire Diastole auriculaire Diastole générale Contraction isovolumétrique Diastole ventriculaire fermées Remplissage ventriculaire ==> Contraction isovolumétrique fermées Ejection ventriculaire Relaxation isovolumétrique Systole ventriculaire Remplissage ventriculaire Diastole générale 38 Répartition de l’apport sanguin au repos et pendant l’exercice Qc=FcxVES Battements/min Contraction auriculaire Valve AuriculoVentriculaire (AV) Valve sigmoïde aortique ouvertes fermées ouvertes Remplissage ventriculaire 37 Débit cardiaque L/min VTS ouvertes Systole ventriculaire Volume TéléSystolique (VTS) VTD Muscles 1000mL (20%) mL/Battement Au repos : Qc = 75 x 70 = 5250 mL/min = 5,25 L/min Repos Foie 1350mL (27%) Muscles 21000mL (84%) Exercice Foie 500mL (2%) 250 VTD VES VES: Volume d’Ejection Systolique VTS Cerveau 700mL (14%) VES = VTD - VTS 39 Cerveau 900mL (4%) 40 Modulation du débit cardiaque Retour veineux et Précharge ventriculaire Le retour veineux est le volume de sang qui revient au cœur Facteurs intrinsèques: Il détermine le niveau de remplissage des ventricules avant leur contraction - précharge ventriculaire - postcharge ventriculaire ===> VTD Facteurs extrinsèques: La précharge représente la force exercée sur la paroi ventriculaire - système nerveux autonome : contractilité et Fc Elle détermine le degré d’étirement des fibres des cardiomyocytes ventriculaires avant la contraction des ventricules dépend du retour veineux (VTD) 41 La précharge dépend de la fréquence cardiaque • Fc Valeurs au repos : plus de temps pour remplir les ventricules --> VTD ECG Volume Ventriculaire (= Force de contraction) Volume éjecté en mL Loi de Starling 42 VTD VTS ouvertes fermées fermées ouvertes ouvertes fermées Valve AuriculoVentriculaire (AV) Valve sigmoïde aortique Volume TéléDiastolique en mL ( = Degré d’étirement) Remplissage ventriculaire Précharge ñ Contraction ñ VES ñ Qc ñ 43 Contraction auriculaire Contraction isovolumétrique Ejection ventriculaire Relaxation isovolumétrique Remplissage ventriculaire 44 La précharge dépend du retour veineux : la pompe musculaire et les valves anti-reflux Postcharge Résistances qui s’opposent à l’éjection du sang par les ventricules : contre-pression exercée par les artères à la sortie des ventricules. Contraction des muscles squelettiques entourant les veines profondes propulse le sang de valvule en valvule vers le cœur verslecœur Valve ouverte Veine Valve fermée Muscle contracté Muscle relâché Hypertension artérielle : résistance plus importante, donc travail plus intense du cœur pour maintenir un débit équivalent 45 Action du système nerveux autonome sur le débit cardiaque 46 La précharge dépend de la fréquence cardiaque • Fc : moins de temps pour remplir les ventricules --> VTD Qc = Fc x VES Volume Ventriculaire ECG ==> Fc VTD VTS ouvertes fermées ==> Fc Remplissage ventriculaire Contraction auriculaire fermées ouvertes Contraction isovolumétrique ouvertes fermées Ejection ventriculaire Valve AuriculoVentriculaire (AV) Valve sigmoïde aortique Relaxation isovolumétrique Remplissage ventriculaire Mais… 47 48 Contractilité Résumé Volume éjecté Action du système nerveux sympathique sur le VES Débit cardiaque Loi de Starling FC système nerveux sympathique - VES + FE Parasympathique - + FE Sympathique VTD (précharge) + FI Postcharge FI Retour veineux Volume télédiastolique 49 FI : facteurs intrinsèques FE : facteurs extrinsèques 50
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