Circulation sanguine et homéosyasie circulatoire PDF

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PETERSCHIMTT Yvan

Physio A

Circulation sanguine et homéostasie circulatoire Chap 1. Structure du coeur Physiologie des grandes fonctions • Concept de physiologie

Par exemple : la préssion artérielle est régulé afin de permettre de se levé le matin sinon sang au pied et retrouver encore couché. Les récepteurs ont informé les centre intégrateurs et a leur tour les effecteurs afin de les ramené a des valeurs de consigne. Un coeur pour quoi ? Sauf chez certaines espèces primitives ou peu actives et de petites tailles, le système circulatoire comporte toujours un ou plusieurs mécanismes de propulsion et un système vasculaire plus ou moins complet. La propulsion des liquides circulants peut faire intervenir différents systèmes 1. Pompe péristatique • • •

Portion de gros vaisseau pourvue de structure musculaires Alternance de contraction et de relâchements induit mouvement dans une direction donné Ex : coeurs tubulaire des tuniciers et des arthropodes, vaisseaux pulsatiles servant de coeur chez les annélides et certaines holothuries mais aussi de système de propulsion annexe dans les ailes des chauves-souris ou dans le conus arteriosus des

2. Pompe musculaires •

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écrasement d'un vaisseau par des masses musculaires en contraction. La présence de valvules assurent ici la direction de circulation. Ex) pompes veineuses facilitant, chez l'homme par exemple, le retour du sang des jambes vers le coeur.

3. Coeur à chambres

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structure de propulsion spécifique dite coeur à chambres. système le plus répandu. une ou plusieurs chambres entourées de muscles dont la contraction provoque un mouvement de fluide. direction assurée par des valvules d'entrée et de sortie.

Localisation du coeur Chez l'homme • • • • • •

Coeur = muscle creux (270g chez l'adulte) Contraction rythmique Fonction : assurer la progression du sang à l'intérieur des vaisseaux Dans le thorax entre les deux poumons Repose sur le diaphragme dans le médiastin antérieur, derrière le sternum et en avant de la colonne vertébrale Forme pyramidale triangulaire avec un grand axe oblique en avant, à gauche et en bas, une base en arrière et à droite. Pointe en regard du 5° espace intercostal gauche.

Configuration interne du coeur • Cloisonnement chez oiseaux, mammifères et certaines reptiles (efficacité accrue) • Individualisation petite circulation (respiratoire; à basse pression chez mammifères) et grande circulation (systèmique; à haute pression)

Configuration interne chez l'animal • •

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1 ventricule, 2 oreillettes incomplètement divisées et un sinus veineux. L'oreillette droite reçoit le sang du corps entier via le sinus veineux. L'oreillette gauche reçoit le sang des poumons par la petite veine pulmonaire. Les deux oreillettes se contractent simultanément, pompant le sang oxygéné et le sang désoxygéné par l'ouverture atrioventriculaire vers le ventricule. Ensuite, le ventricule pompe le sang dans l'aorte ventrale en passant par un cône artériel et un bulbe artériel

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Configuration interne chez l'homme • •

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Le coeur, une pompe Sang veineux ◦ Arrive de la périphérie par la veine cave inférieur (VCI) et veine cave supérieure (VCS) ◦ Rejoint les cavités droites Après oxygénation par son passage dans la vascularisation pulmonaire (petite circulation), le sang rejoint le coeur gauche par les veines pulmonaires. Le sang oxygéné est éjecté dans la grande circulation par le ventricule gauche.

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1. Cavité 4 Cavité: • Une cloison verticale • Une cloison horizontale • 2 cavité supérieures : oreillettes • 2 Cavités inférieures : ventricules Oreillettes séparés par septum inter auriculaire ventricules separés par septum inter ventriculaire (SV). Les oreillettes communiquent aux ventricules par les orifices auriculo-ventriculaires. Anneau fibreux du coeur (tissu cononctif) 2. Valves

Valves ventriculo-artérielles

Tricuspides, elle est séparér par 3 pent Mitrale : bicuspides Fonctionne à sens unique des valves cardiaques

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Anatomie cardiaque

En bref, coeur = pompe avec : • Cavités • Valves = claets antiretour

Histologie du coeur Les vaisseaux sanguin coronariens vont assurer l'oxygénation et l'alimentation des cellules cardiaques 3 tuniques cardiaques 1. Le péricarde : tunique externe • = enveloppe extérieur du coeur constituée du péricarde fibreux et du péricarde séreux. Le péricarde le rattache aux organes de voisinage • Entre les deux, la cavité péricardique ou espace de glissement permettant les mouvements du coeur (avec 50-70 mL de liquide) 2. L'endorcarde : tunique interne • = membrane endothéliale tapisse la face interne du myocarde qui se prolonge avec l'endothélium vasculaire (intima des vaisseaux) en dehors du coeur

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3. Le myocarde : tunique intermédiaire • Tapissé à l'interieur par un endothélium (l'endocarde) et à l'extérieur par une séreuse (l'épicarde) ◦ Histologie : myocarde = muscle strié particulier ◦ Physiologie, le myocarde = propre automatisme ◦ Muscle autonome régulé par le système Symphatique et le système Parasypathique Une membrane séreuse est le revêtement lisse des cavités du corps humain (thorax et abdomen). Elle est lisse, brillante Physiologie cardiaque Activité électrique du coeur Perspective historique Origine de la contraction cardiaque

• Au début du XIXe siècle, si le rôle moteur du coeur dans la circulation sanguine était parfaitement connu, l’origine des battements cardiaques n’était pas encore établie. A l’époque, c’est encore la théorie du médecin anglais William Harvey (1578-1657) qui prévalait, selon laquelle l’excitation de l’oreillette par le sang qui la traversait était le moteur de la pulsation (Degeneratione animalium, 1651).

• L’hypothèse d’une origine intrinsèque avait pourtant été avancée dès l’Antiquité par Claude Galien (131-201) qui avait observé, vers l’an 180, qu’un coeur prélevé chez un animal continuait à battre un certain temps en dehors du corps. Il affirmait ainsi: «La propriété pulsatile du coeur a sa source dans sa propre matière. »

• En 1842, le physicien italien Carlo Matteucci (1811-1868) enregistra un courant électrique à chaque contraction d’un coeur de grenouille isolé.

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Ce courant électrique cardiaque fut confirmé quelques années plus tard par l’anatomiste suisse Rudolph von Koëllicker (1817-1905) et le physiologiste allemand Heinrich Müller (1820-1864).

Perspective historique L'expérence de Koëllicker et müller (1856) Montage expérimental original: un coeur isolé de boeuf ou de chien est mis en contact avec le nerf sciatique d’une patte de grenouille •

À chaque contraction cardiaque un potentiel électrique sur le nerf sciatique déclenche la contraction de la patte de grenouille

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Un courant électrique capable de stimuler le nerf – et donc de provoquer une contraction musculaire – est spontanément généré par le coeur lors de ses contractions rythmiques.

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L'expérience de Stannius (1852)

• théorie dite neurogène, selon laquelle des ganglions nerveux associés à la paroi du coeur devaient être à l’origine de l’automatisme cardiaque. Cette théorie s’est par la suite avérée erronée, mais elle permit néanmoins de jeter les bases anatomiques et fonctionnelles de l’automatisme cardiaque. •

Stannius cherche à préciser le rôle de chacun des ganglions qui ont auparavant été identifiés. Il effectue des ligatures à différents niveaux du coeur de grenouille.

• Après mise en place d’une ligature entre sinus veineux et oreillettes, le sinus continue à battre normalement, mais les oreillettes et le ventricule s’arrêtent en diastole (ils sont relâchés). La pose d’une ligature supplémentaire entre les oreillettes et le ventricule provoque un redémarrage du ventricule, qui bat avec une fréquence de contraction plus faible que la normale. Enfin, lorsqu’une ligature est placée entre oreillettes et ventricule, sinus et oreillettes conservent une fréquence de contraction normale ; quant au ventricule, il s’arrête pendant un court laps de temps, puis reprend ses contractions sur un rythme propre, dit « idio-ventriculaire », plus lent que la normale. •

Stannius conclut en caractérisant et en hiérarchisant les influences des différents ganglions.

• Pour lui, le ganglion sinusal de Remak est le rythmeur principal de l’automatisme cardiaque.

• Lorsque l’on supprime son influence au moyen d’une ligature, le ganglion de Ludwig, inhibiteur, provoque un arrêt des oreillettes et du ventricule en diastole. La suppression de cette influence inhibitrice par la 7e ligature permet au ganglion de Bidder, ou rythmeur secondaire, d’entraîner les contractions ventriculaires. La 10e ligature confirme les rôles respectifs de ces deux ganglions. •

En réalité, les ligatures de Stannius ne permettent pas d’affirmer le rôle de pacemaker des ganglions nerveux du coeur de grenouille.

• On montrera plus tard que ceux-ci ne sont que des relais des influx régulateurs du

système nerveux autonome. Et la théorie neurogène sera supplantée par la théorie myogène, qui place les foyers à l’origine de l’automatisme cardiaque au sein même du muscle cardiaque (myocarde).

Perspective historique

• théorie myogène de l’automatisme cardiaque : en étudiant la chronologie du développement du système cardiovasculaire chez différents vertébrés, le médecin allemand Wilhelm His (1863-1934) observe que les battements cardiaques débutent avant le développement des nerfs cérébrospinaux et des ganglions sympathiques associés au coeur. Il décrit, au sein du myocarde, un tissu assurant la liaison entre les oreillettes et les ventricules. Son nom restera associé à ce tissu sous l’appellation faisceau de His. • tissu cardionecteur à l’origine de l’automatisme cardiaque: ◦ noeud auriculo-ventriculaire (S. Tawara , 1906) ◦ noeud sino-auriculaire ou noeud sinusal (A. Keith & MW Flack, 1907) ◦ =principal pacemaker cardiaque ou principal inducteur des dépolarisations responsables de la contraction du myocarde

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Foyer d'automatisme et système cardionecteur

Propagation de l'excitation dans le myocarde

Le coeur bat sans discontinuer, c'est un automatisme. Au départ l'excitation naît à l'apex de l'oreillette droite au niveau du noeud sinusale, se propage aux oreillettes, puis au noeud auriculo ventriculaire, par la suite le faisceau de His, puis au réseau de Purkinje. Puis on atteint un état de repos. Le coeur, est composé en partie de cellules cardionectrices. Il y a une variation du potentiel de membrane des cellules nodales, mais aussi une variation différente du potentiel des membranes contractiles. La dépolarisation qui naît au niveau des cellules nodales passe rapidement aux cellules adjacentes grâce à des jonctions GAP.

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Cytologie cardiaque 1. Cellules musculaires banales ou cardiomyocites contractiles ou "communs" (90% du tissu cardiaque) 2. Cellules myocardiques à fonctionnement automatique = cellules à dépolarisation spontanée; potentiel de membrane instabel (pacemaker) = cellules cardionectrices 3. La contraction du myocarde est commandé par des cellules produisangt une excitation électrique rythmique de façon totalement autonome. Ces cellules constituent un tissu nodal ou rythleur. Elles peuvent être d'origine nerveuse et localisées Fonction endocrine cardiaque du coeur • •

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La fonction endocrine cardiaque est liée aux cellules myoendocrines Pauvres en myofibrilles, ces cardiomyocites communs modifiés ont aussi et surtout une fonction endocrine. Ils contiennent de nombreux grains de sécretion sphériques, denses en microscope électronique et disposés de part et d'autre du noyau Ces vésicules contiennent les peptides natriurétiques de types A et B (ANP et BNP) Le peptide natriurétique de type A (premier polypeptide décelé) est sécrété par les cellules myoendocrines atriales en réponse à une dilatation auriculaire (atriale). Le peptide natriurétique de type B est sécrété par les cellules myoendocrines ventriculaire en réponse à l'élévation de pression en fin de diastole et à l'augmentation de volume. Le BNP est maintenant couramment dosé lors de l'évaluation et la surveillance de l'insuffisance cardiaque et fait l'objet de découvertes par ses relations avec le tissu adipeux. Du fait de ses implications cliniques, cette fonction endocrine cardiaque est en évolution de recherche active... Le peptide natriurétique de type C, au niveau endothélial ◦ -> Effet physiologique au niveau rénal : augmentation de la natriurèse Tissu cardionecteur

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organisé en "noeuds" (masse de tissu "nodal") et en "faisceau" (colonettes de tissu cardionecteur).

• Le noeud auriculaire, responsable du rythme sinusal ("pacemaker" modulé par le SNA),

est relié au noeud auriculo-ventriculaire (atrio-ventriculaire) par 3 fins faisceaux de connexion internodale. La conduction de l'influx au deux oreillettes (atriums) peut aussi se faire de proche en proche par les cardiomyocytes contractiles, mais reste "bloquée"

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par le tissu conjonctif de l'anneau fibreux du coeur. Le passage de l’influx des oreillettes (atriums) vers les ventricules ne peut donc se faire que par la perforation anatomique de l’anneau fibreux ; c’est la raison d’être du tronc du faisceau de His, qui, issu du noeud auriculo-ventriculaire (atrio-ventriculaire), joue ce rôle. Il se divise ensuite rapidement en deux branches principales puis se ramifie vers la pointe du coeur dans l’ensemble des parois ventriculaires puis en réseau de Purkinje ; la contraction cardiaque se fera ainsi d’abord à partir de la pointe du coeur rendant efficace la vidange ventriculaire vers les orifices valvulaires.

• Les cellules cardionectrices sont des cardiomyocytes communs modifiés qui constituent le système de conduction rapide du myocarde (système cardionecteur). Ces cellules sont spécialisées dans l’initiation de l’excitation (qui est myogénique) au pace-maker et dans la conduction de l’excitation.

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deux variétés principales de cellules cardionectrices

Cellules cardionectrices nodales •

situées dans noeud sino-auriculaire, noeud auriculo-ventriculaire et tronc du faisceau de His

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plus petites que les cardiomyocites contractiles pauvres en myofibrilles riches en glycogène Aspect fusiforme et striation transversale L'initiation de chaque battement naît dans les cellules nodales du noeud sinoauriculaire qui est ainsi ele chef d'orchestre ou "pacemaker" de l'excitation cardiaque. Cette particularité unique est due à leurs propriété membranaires (canaux Ca++ "lents" abscence de canaux Na+)

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responsables d’un potentiel « entraîneur » assurant l’automaticité excitatrice transmissible à l’ensemble des cellules myocardiques. Les autres localisations nodales (noeud auriculo-ventriculaire et tronc du faisceau de His) possèdent des propriétés du même type mais beaucoup moins efficaces et sans action physiologique à l’état normal.

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Le système nerveux autonome régule l’action du pacemaker sino-auriculaire ; le système sympathique accélère la fréquence cardiaque tandis que le système parasympathique le ralenti. Il existe également d’autres actions sur la contractilité auriculaire et ventriculaire ainsi que sur la vitesse de conduction au noeud atrioventriculaire. Cellules cardionectrices de Purkinje

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situées dans les branches du faisceau de His et dans le réseau de Purkinje. Cellules beaucoup plus volumineuses que les cardiomyocytes contractiles Cytoplasme abondant, clair riche en glycogène, mitochondries pauvre en myofibrilles La conduction de l'onde de dépolarisation se fait à une vitesse 4 à 5 fois plus élevée que dans les cardiomyocytes contractiles banals Cellules cardionectrices

• Le pré-potentiel est du à une lente entrée d’ions sodium jusqu’à ce que le potentiel

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seuil soit atteint suivi d’un rapide dépolarisation et repolarisation. Le pré-potentiel permet au potentiel d’atteindre le seuil qui entraine la dépolarisation sponatée et la contraction de la cellule Remarquez l’absence de potentiel de repos.

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Les cellules d'un centre automatique

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Transmission cholinergique

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Les cellules d'un centre automatique présentent une particularité : Le potentiel d'action est différent de celui des cellules myocardiques : la phase 4 est instable en repolarisation maximale et permet une dépolarisation spontanée dès qu'elle atteint le potentiel seuil. Les cellules automatiques ont, de ce fait, la propriété de s'activer et de se décharger spontanément, stimulant les oreillettes et les ventricules. Les tonus orthosympathiques, parasympathiques, et les inhibiteurs du canal sodique influenceront la pente de dépolarisation spontanée.

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Régulation de l'activité du coeur

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Régulation intrinsèque et extrinsèque Intrinsèque : coeur doté d'un automatisme de fonctionnement porté par le tissu cardionecteur extrinsèque ◦ Ions : Recherche de S. Ringer (1835-1910) sur constituant du sang et fonctionnement cardiaque Ca2+ et contractilité mise au point du milieu nutritif pour coeur isolé. ◦ Contrôle nerveux : ▪ 1845 frères Weber 3 physiologistes allemands : ralentissement du coeur par stimulation du nerf pneumogastrique ▪ O. Loewi (1873-1961) 1921 découverte du "Vagusstoff" identifiée par HH Dale (19751968) = Acétylcholine) ▪ => tout 2 prix Nobel 1936 Activité électrique du coeur

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Expérience d'O. Loewi (1873-1961): 1921 ◦ 2 coeurs de grenouilles isolés, en solution ◦ Coeur 1 avec nerf PG = vague = X : ▪ stimulation nerf Pneumo-Gastrique => arrêt coeur 2 décalé (après 30 sec) et moins long ▪ Coeur 2 sans nerf pneumo-gastrique : => déduction : substance diffusible liée au nerf pneumo-gastrique

Formation et conduction de l'excitation dans le coeur

Activité électrique globale du coeur et ECG : •

La variation d'activité électrique peut être suivie à l'aide d'électrodes externes. Ces variations, enregistrées sur des électrocardiogrammes, correspondent à des phases du

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cycle systole-diastole. Les tracés électrocardiographiques sont plus ou moins complexes en fonction de la complexité du système cardiaque des espèces considérées et de son système d'excitation. Activité électrique physiologique du coeur et ECG

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La variation d'activité électrique peut être suivie à l'aide d'électrodes externes Activité électrique d'un fragment de myocarde et ECG

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Notion de dipôle ◦

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A un instant donné de la dépolarisation myocardique, il existe des zones électronégatives (fibres dépolarisées) et des zones électronégatives (fibres dépolarisées) et des zones électropositives (fibres encore à l'état de repos). Ces charges électrique négatives et positives constituent des dipôles. La somme La somme vectorielle de ces dipôles donne un vecteur résultant instantané, dont la direction, le sens, et l’am...