Coeur et vaisseaux sanguins PDF

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Fiche de cours sur le coeur et les vaisseaux sanguins ...

Description

Histologie du coeur et des vaisseaux sanguins : Introduction : L’appareil cardio-vasculaire a pour but d'amener le sang dans le lit vasculaire des organes. Il est constitué d'un tube endothélial qui est continu. Ce tube en vase-clos a une paroi qui varie en fonction du rôle des différentes parties de cet appareil cardio-vasculaire. Il y a 2 circulations, ce qui va conditionner la paroi des vaisseaux. Ces circulations sont : - systémique : à haute pression - pulmonaire : à basse pression L'ensemble de ce système cardio-vasculaire va comporter les éléments suivants : - l’endothélium qui est continu - de la matrice extracellulaire composée de : collagène, fibres élastiques, protéoglycanes, glycosaminoglycanes - des cellules contractiles qui sont soit des péricytes, soit des cellulaires musculaires lisses ou des cellules striées cardiaques - une innervation végétative ⇒ Cet ensemble va être modulé en fonction de l'étage de cet appareil cardio-vasculaire.

I. Rappels concernant le cœur : Il y a 3 éléments importants pour son fonctionnement : - le myocarde pour les contractions - le système de stimulation et de conduction : le système cardionecteur - les valves constituées de valvules permettant par alternance le bon cloisonnement ou la communication des différentes cavités constituant le coeur. A ceci s’ajoute une chambre péricardique virtuelle, très mince, on ne la voit quasiment pas. C’est une zone de glissement. En prenant pour exemple la paroi du ventricule gauche (la plus développée), on trouve : - l’endocarde du côté du ventricule, avec des cellules aplaties endocardiques sur leur lame basale, sous laquelle on trouve du tissu conjonctif - le myocarde situé sous cet endothélium, qui est relativement épais - le péricarde avec ses deux parties fibreuse et séreuse (au contact du coeur) séparées par la cavité péricardique et du mésothélium.

II. Le myocarde : Il est constitué de trois types cellulaires : - les cellules myocardiques de travail = cardiomyocytes de travail (les plus nombreuses) - les cellules myoendocrines - les cellules cardionectrices L'ensemble est entouré d’un tissu conjonctif très peu abondant, qui sert essentiellement à amener les vaisseaux et la très grande richesse en capillaires.

A. Les cellules myocardiques de travail : Elles forment un continuum et peuvent avoir des ramifications. Cet assemblage de cellules ramifiées est contenu dans un peu de tissu conjonctif entouré de capillaires sanguins. Le noyau est central (visible en coupe transversale). Les myofibrilles se voient déjà en microscopie optique et forment des champs visibles en coupe transversale à fort grossissement. Les cellules sont réunies

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entre-elles par l'intermédiaire de disques intercalaires qui forment des traits scalariformes visibles en coupe longitudinale. Ces cellules myocardiques de travail sont caractérisées par un certain nombre d'éléments : - les myofibrilles myocardiques, très similaires à celles que l’on trouve au niveau du muscle strié squelettique - un assemblage de sarcomères continu allant d'un bout à l'autre de la cellule avec les différentes parties : strie Z, bande A, bande I, filaments fins d’actine et filaments épais de myosine (cf P1) 1. Les sarcomères et leurs constituants : Les sarcomères sont constitués de macromolécules : l’actine, la myosine, et des protéines qui vont servir à maintenir le tout. Parmi ces protéines on trouve la titine. a. La titine : La titine est la protéine la plus volumineuse de l’espèce humaine (38000 acides aminés). Son nom est issu des titans de la mythologie grecque. Elle est étendue de la strie Z jusqu’à la ligne M et étant donné sa taille elle peut interagir avec différentes parties du sarcomère : - un domaine de liaison au disque Z - un domaine dans la bande I, responsable de l'élasticité car elle peut s'étirer en fonction du degré d’étirement du sarcomère - un domaine de liaison dans la bande A qui permet une stabilisation du filament épais de myosine - un domaine qui interagit au niveau de la strie M La titine va servir à l’assemblage et à l’alignement des filaments contractiles de telle sorte que l’échafaudage du sarcomère puisse se faire lors du développement ou lors de nouvelles formations de sarcomères. La titine permet de maintenir en place ces filaments contractiles, et elle va également servir à la détection et à la transmission de signaux mécaniques, notamment la transmission des forces de traction. b. L’agencement des sarcomères : La myofibrille va être ancrée à la membrane cytoplasmique sur le plan longitudinal par les disques intercalaires et latéralement par les costamères qui sont équivalents à ceux que l’on trouve au niveau du muscle strié squelettique. Les traits scalariformes ou disques intercalaires comportent 3 parties d’assemblage : - les nexus (jonctions gap) plutôt dans le plan longitudinal - Les fascias adhérens (plan transversal) - Les desmosomes (plan transversal et/ou longitudinal)

- Les nexus vont permettre la transmission de l'influx et donc la contraction de proche en proche. Ils sont constitués de connexines et ces protéines vont varier en fonction de la localisation. Il en existe donc plusieurs types. - Les fascias adhérens permettent l’accrochage des fibrilles. Sur le plan moléculaire ils sont constitués de protéines extra-membranaires, les N-cadhérines, et de protéines intracellulaires comme les caténines assemblées dans un échafaudage protéique. - Les desmosomes sont des liens mécaniques entre les cellules et empêchent leur disjonction lors de la contraction. Sur le plan moléculaire ils sont constitués de protéines transmembranaires, les desmogléines et les desmocholines (famille des cadhérines) et de protéines intracellulaires permettant leur ancrage, les desmoplakines. c. Les pathologies sarcomériques :

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Certaines pathologies font intervenir les molécules qui forment le sarcomère. Exemple de pathologie : Une cardiomyopathie peut être acquise (infection) ou héréditaire. La cardiomyopathie arythmogène (CMA) est une maladie héréditaire myocardique primitive qui porte sur les jonctions desmosomales. Elle entraine de fréquentes arythmies ventriculaires (rythme cardiaque anormal) qui augmente le risque de mort subite. Le muscle présente une dégénérescence des cellules contractiles. En effet la mutation du gène qui code pour les protéines desmosomales engendre sa forme anormale (absence de plakoglobine par exemple). d. Les costamères : Les costamères permettent d'attacher la myofibrille au niveau de la strie Z à la membrane cytoplasmique. On retrouve la même chose au niveau du muscle strié squelettique avec des zones d'adhérence focale faisant intervenir des intégrines ou le système dystrophine/protéines lié à la dystrophine. e. Les mitochondries : Les très nombreuses mitochondries sont des éléments très importants pour le tissu cardiaque. Elles sont disséminées entre les myofibrilles des cellules myocardiques dont le noyau est central. Une pathologie mitochondriale, d’origine génétique par exemple, peut atteindre à la fois le muscle strié squelettique et le coeur. (Les tubules T sont également des éléments importants pour le fonctionnement des cellules contractiles). 2. Description des cellules myocardiques de travail : Les cellules myocardiques de travail forment un réseau en étant attachées entre elles par les disques intercalaires (formé des nexus, fascia etc…). Chaque cellule est entourée par une lame basale. Dans les interstices conjonctifs entre les cellules, on remarque la présence de capillaires avec leur lame basale. Les cellules myocardiques de travail se distinguent des myocytes striés squelettiques par 3 points essentiels : - l’absence de jonction myotendineuse (bien que ces cellules se fixent sur le tissu conjonctif notamment au niveau des anneaux entre deux types de cavités) - l’absence de synapses neuromusculaires (nexus assurent la transmission du signal) - la présence de jonctions intercellulaires 3. Le remodelage du tissu cardiaque : Les possibilités de remodelage du coeur sont liées aux myofibrilles et donc à l’assemblage de sarcomères. On observe chez les sportifs en dehors de la modification du rythme cardiaque une augmentation de volume des ventricules du coeur à cause de la demande plus importante. Les cellules myocardiques ne sont pas capables de se régénérer à partir de cellules souches. On a un nombre de cellule défini. La masse musculaire cardiaque augmente si la taille et le nombre des myofibrilles (donc le nombre de sarcomères) augmentent. Cette hypertrophie est alors physiologique. Lorsque le coeur doit combattre une tension trop importante, l’hypertrophie devient pathologique. Exemple de pathologie : La cardiomyopathie d'origine génétique peut être soit hypertrophique (CMH : augmentation du volume cellulaire) soit dilatée (CMD : augmentation du volume cellulaire et ventriculaire). De manière globale, ces modifications vont être liées à des modifications des protéines sarcomériques (filament fins, épais et tout ce qui est associé). Dans le cas où la cardiomyopathie est hypertrophique, la cavité ventriculaire est très mince, la diastole est donc défectueuse en raison d’une diminution de production des forces de contraction. Lorsque la myopathie est dilatée, la cavité ventriculaire est trop importante, c’est la systole qui sera défectueuse. Cela est dû à une diminution de la transmission des forces. Les cellules myocardiques tendent à compenser les défauts du sarcomère.

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Les protéines sarcomériques ont des domaines multiples, il peut donc y avoir pour une même protéine, soit une hypertrophie soit une dilatation selon le domaine qui est atteint.

B. Les cellules myoendocrines : Les cellules myoendocrines sont à la fois contractiles et sécrétrices. Elles sécrètent le facteur natriurique atrial qui est un polypeptide intervenant dans la régulation du volume sanguin et la composition électrolytique de l'organisme. Ces cellules sont principalement localisées au niveau des oreillettes.

C. Le système cardionecteur Le système cardionecteur est composé de cellules myocardiques modifiées pour exercer une fonction soit d'entrainement (le tissu nodal), soit une fonction de conduction (système de conduction). Il y a 2 petites plages de tissu nodal : une plage à l’arrivée de la veine cave supérieure et une deuxième à la base de l'oreillette juste avant le ventricule. Ce noeud atrio-ventriculaire est lié au noeud sino-atrial par l’intermédiaire d’un faisceau de cellules. Ensuite le noeud atrio-ventriculaire va se poursuivre par le faisceau de His et ses deux branches donnant le réseau de Purkinje. Ce sont des cellules qui sont reliées entre elles par l’intermédiaire de jonctions, notamment les jonctions gap. Le tissu nodal a des propriétés membranaires permettant l’entrainement du coeur. Le système de conduction est un continuum de cellules qui va transmettre l’impulsion nerveuse de cellule en cellule jusqu'au niveau de la pointe du coeur. A ce niveau, les cellules du réseau de Purkinje sont reliées aux cellules de travail par des jonctions gap. Le signal se propage donc de la pointe vers la base du coeur. Le tissu nodal ressemble à des petites cellules fibroblastiques. Les cellules du réseau de Purkinje sont sous-endocardiques. Comparées aux cellules du myocarde ce sont des cellules volumineuses, beaucoup plus claires, chargées en glycogène, facilement observables. Le battement cardiaque est lié à ce système cardionecteur, mais est également soumis au système nerveux autonome par l’intermédiaire des branches sympathiques et parasympathiques qui ne forment pas de jonctions de type neuromusculaire mais forment des terminaisons qui laissent librement passer les neurotransmetteurs.

III. L’endocarde : Le squelette fibreux du coeur (= endocarde) va séparer les oreillettes et les ventricules. Sur cet anneau fibreux vont venir se fixer les valves formées de valvules. La conduction du signal nerveux entre l'oreillette et le ventricule va nécessiter le faisceau de His qui doit traverser cet anneau fibreux. Les valves sont des replis de l'endocarde qui vont être bordés par un endothélium et dont la paroi va être constituée de matrice extracellulaire collagénique plus ou moins élastique avec des protéoglycanes. C’est une structure flasside. En résumé, l’endocarde correspond à du tissu conjonctif avec un endothélium dessus. Ces valves peuvent être la cible d'un certain nombre d'infections. Dans le cadre d’une endocardite (inflammation) affectant l’endocarde et les valvules, un bord apparaît jaunâtre : il y a eu un phénomène infectieux et des restructurations. Cela peut entraîner des thromboses, éventuellement une calcification. Dans ce cas, la valve n’est plus fonctionnelle et doit être remplacée chirurgicalement.

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IV. Les vaisseaux sanguins : A. Organisation générale du système vasculaire : Du coeur vont partir les artères de gros calibre qui sont les artères élastiques. Ces artères (aorte et artère pulmonaire) vont donner des artères de distribution aux organes qui sont de moyen calibre et à l'intérieur des organes on aura de petites artères et artérioles qui vont être à l'origine d'un réseau capillaire. Ce réseau se jette ensuite dans des veinules de plus en plus grandes jusqu'aux veines de gros calibre. (En dérivation, on a le système lymphatique qui commence par des capillaires lymphatiques dans les organes.) La circulation ici est directe puisqu’elle passe par les capillaires sanguins. Cependant il peut parfois y avoir des shunts, des anastomoses qui font que le sang passe directement des artérioles aux veinules, sans passer par des capillaires (par exemple au niveau de la peau). Il peut arriver également qu'il y ait 2 systèmes de capillaires successifs séparés par un système de type veineux ou artériel. Cela correspond aux systèmes portes que l’on peut trouver au niveau du foie, du rein et de l'hypophyse.

B. Structure générale d’un vaisseau sanguin : De l’intérieur vers l’extérieur du vaisseau sanguin on trouve :

- l’intima : composée d’un endothélium et de sa couche sousendothéliale - la média : plus ou moins développée - l’adventice : contenant de petits vaisseaux, les vasa vasorum, destinés à desservir les artères. On trouve également des vaisseaux nerveux dans la paroi des vaisseaux.

La partie interne de ces gros vaisseaux va être alimentée à partir de la cavité sanguine. Pour la partie externe, les vasa vasorum sont indispensables à l’irrigation. Une pathologie de ces vaisseaux peut donc se répercuter sur le fonctionnement des artères.

C. Caractéristiques des différents types d’artères 1. Les artères élastiques : Les artères élastiques comme l’aorte et le tronc pulmonaire sont caractérisées par leur média constituée d'un emboitement de lames élastiques. Ces lames élastiques sont reliées entre elles par de petites fibres élastiques assurant le maintien de l’élasticité de l'ensemble. Entre ces lames on peut trouver des cellules musculaires lisses (aussi appelées cellules rameuses) et du collagène de type III. Ces cellules rameuses sont à l'origine de la synthèse de la matrice extra-cellulaire. Elles sont donc contractiles ou sécrétrices et peuvent passer d’un phénotype à un autre selon l'état dans lequel se trouve l’artère. Le rôle de ces artères élastiques va être de réguler le flux sanguin puisque ce flux va être discontinu au niveau cardiaque et ensuite doit être continu pour pouvoir alimenter les organes périphériques. 2. Les vaisseaux de distribution : Les vaisseaux de distribution correspondent aux artères musculaires. La transition entre

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artères élastiques et artères musculaires est progressive. On retrouve les mêmes éléments que dans les artères élastiques avec quelques variations : - l’intima qui comporte un endothélium et une couche sous-endocardique - la limitante élastique interne, lame élastique continue séparant l’intima de la média - la média plus ou moins volumineuse, contenant un faisceau de cellules musculaires lisses et quelques fibres élastiques (attention contrairement à la média des artères élastiques on ne retrouve plus de lames élastiques) - la limitante élastique externe (présente dans les plus gros vaisseaux musculaires) qui sépare média et adventice - l’adventice correspondant à du tissu conjonctif collagénique associé à des fibres élastiques (plutôt longitudinales) contenant de petits vaisseaux et nerfs du système végétatif accompagnant l’artère. Les vaisseaux sont hélicoïdaux. Sur des coupes de 5 microns leur structure apparaît circulaire. L’innervation est végétative. Le signal nerveux se propage par l’intermédiaire de nexus entre les différents faisceaux des cellules. Les neurotransmetteurs comme la noradrénaline ne peuvent donc se fixer que sur certaines cellules. 3. Les particularités de certaines artères : Il y a dans l‘organisme des particularités par rapport à cette structure vasculaire de base. - Par exemple la circulation à basse pression (= la circulation pulmonaire ou petite circulation) est caractérisée par des artères dont la paroi est plus fine que dans la circulation systémique correspondante. En effet, la pression étant moins importante, la paroi n’a pas besoin d’être aussi épaisse. On aura donc du mal à différencier l’artère pulmonaire (en basse pression) de ses veines correspondantes. - Au niveau du cerveau, on a des artères cérébrales dont la paroi est mince. - Au niveau du coeur, les coronaires ont un système particulier comportant des petits coussinets de cellules musculaires lisses. Ces derniers vont réguler le débit à l'intérieur de ces artères coronaires en fonction de la demande du coeur. - Dernier exemple de variation : Les artères situées au niveau des zones de flexion peuvent s’adapter pour faciliter le mouvement et ne pas être totalement comprimées lors de la flexion. Dans ce cas, les cellules musculaires lisses ont un pas de vis beaucoup plus long que pour les autres artères dont l’aspect est plus longitudinal.

D. Fonctionnement artériel normal et pathologique : A ces parois artérielles vont être associés à certains endroits des récepteurs de pression (barorécepteurs) ou des récepteurs chimiques (chémorécepteurs). - Parmi les barorécepteurs on trouve le sinus carotidien qui se situe au niveau de la carotide primitive. Cela correspond à des terminaisons sensibles qui détectent la pression artérielle et la régulent. - Parmi les chémorécepteurs il y a le glomus carotidien qui est un petit organe plus complexe constitué des cellules glomiques. Ces cellules ont un contenu vésiculaire (vésicules de sécrétion contenant de la dopamine) et sont en contact avec les terminaisons sensibles. Elles vont ainsi pouvoir détecter des modifications en oxygène et gaz carbonique et intervenir dans la régulation de la respiration. Avec l’âge, les artères évoluent au fur et à mesure de manière normale sans qu’il y ait de pathologie : il y a augmentation de dépôt en collagène, en protéoglycane et une augmentation du nombre de cellules musculaires. Cependant il peut y avoir des dépôts plus anormaux au niveau de l’intima ce qui forme un athérome (ou athérosclérose) et être la cause d’une maladie athéromique. Une des pathologies atteignant ces vaisseaux artériels (plus particulièrement les gros vaisseaux élastiques) est le syndrome de Marfan. Cette pathologie héréditaire est caractérisée par une atteinte cardiovasculaire avec apparition progressive d'une dilatation appelée anévrisme, et est causée par une mutation du gène codant la fibrilline (protéine de la fibre élastique). En conséquence, la périphérie des fibres touchées ne comporte pas de microfibrilles. Le risque de dilatation artérielle peut se manifester notamment au niveau de l’œil, et causer des atteintes visuelles. La maladie d'Ehlers Danlos correspond à une atteinte de plus petit vaisseaux, comme les vaisseaux cérébraux. Dans ce cas, le pronostic est différent car l’anomalie concerne le collagène III que l’on trouve en grande quantité dans ces vaisseaux. Les risques encourus sont :

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- l’atteinte cérébrale - le risque de rupture utérin chez les femmes au cours de la grossesse - le risque de perforation intestinale Ces pathologies sont néanmoins très rares.

E. Les capillaires : Dans les...