Vascularisation du Muscle Strie Squelettique PDF

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Vascularisation du Muscle Strie Squelettique...

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VASCULARISATION DU MUSCLE STRIE SQUELETTIQUE 1- Hyperhémie d’exercice - Au repos, le débit sanguin (Q) du MSS est de l’ordre de 5 à 10mL de sang / min et pour 100g de muscle. Ce territoire vasculaire du MSS est caractérisé par un tonus orthosympathique. - Pendant la contraction, le Q dans le muscle augmente :

muscles de patte arrière de rat quadriceps de l’homme - Les mesures réalisées chez l’homme indiquent les valeurs MAX sont de l’ordre de 400mL de sang/min et pour 100g de muscle  Vrai pour les efforts dynamiques : implique des sites de contraction ET relâchement musculaire. - L’importance de cette hyperhémie est liée à l’intensité de l’effort : + l’intensité augmente, + le débit est élevé ! Ce qui est logique car le sang amène aux tissus des substrats du métabolisme qui vont être nécessaire à son fonctionnement.  intensité élevé  demande ++ importante  apports ++ importants ! - Cette notion d’adaptation des apports à la demande métabolique est caractéristique du MSS mais également de tous les tissus en général SAUF la peau qui est réglée par les besoins en thermorégulation. - Les déterminants de cette hyperhémie d’exercice sont les déterminants des débits sanguins :

 La PA moyenne n’augmente pas ou très peu pendant l’exercice musculaire généralisé DONC l’augmentation du QLOCAL est due à la baisse des résistances vasculaires locales ! Pendant l’exercice : L ne varie pas ƞ augmente car l’eau quitte le sang (peu) R augmente ! La diminution des résistances vasculaires (RV) est la conséquence de l’augmentation du rayon R des vaisseaux = Vasodilatation 2- Tonus vasculaire Le tonus vasculaire est le degré de contraction du muscle lisse vasculaire = muscles de la paroi des artères  Une augmentation du tonus = Vasoconstriction  Contraction du muscle lisse  Une diminution du tonus = Vasodilatation  Relâchement du muscle lisse Ce tonus est sous la dépendance de 2 grands types de facteurs : - centraux = nerveux  surtout le SN orthosympathique qui va libérer essentiellement de la noradrénaline venant agir sur des récepteurs de type α situés au niveau du muscle lisse vasculaire  Vasoconstriction Les vaisseaux sont constamment soumis à un tonus orthosympathique car les antagonistes des récepteurs α vont augmenter la perfusion musculaire jusqu’à doubler cette perfusion ! - facteurs agissant au niveau local : viennent stimuler soit directement le muscle lisse pour provoquer une contraction ou

une dilatation, soit au niveau de l’endothélium vasculaire qui tapisse la face interne des vaisseaux et celui-ci à son tour libèrera des facteurs qui agiront sur le muscle lisse. - Lors d’une contraction tétanique isométrique :  contraction dont la force est < 30% de la force MAX : le débit musculaire augmente  contraction dont la force est > 30% de la force MAX : le débit est diminué pendant la contraction et augmente après la contraction (hyperhémie) dont l’amplitude dépend de la force de contraction. Le pic d’hyperhémie est atteint très rapidement et le temps nécessaire pour revenir à la valeur de base dépend également de l’intensité

3- Limitation de l’hyperhémie d’exercice Le débit cardiaque MAX est de l’ordre de 20L/min chez un adulte sédentaire et peut atteindre 30 à 40L/min chez un adulte entraîné. Ex : débit dans le quadriceps à l’effort : on mesure pour chaque quadriceps des débits de l’ordre de 10L/min DONC un débit de 20L/min uniquement pour les 2 quadriceps !  Très vite, la demande cumulée de l’ensemble des muscles en sang risque de dépasser le débit cardiaque DONC la perfusion des muscles risque d’être inférieure à la demande ! - L’hyperhémie d’exercice dans les jambes est ++ faible au cours d’un effort qui implique à la fois les jambes et les bras qu’au cours d’un effort qui implique que les jambes. Cela est vrai même pour une puissance développée identique.  ++ la conductance est élevée, ++ les vaisseaux laissent passer le sang - Etude comparant les Q et les conductances dans les bras et les jambes au cours de 3 protocoles différents : 1- seules les jambes sont actives 2- seuls les bras sont actifs 3- les bras ET les jambes sont actifs

Dans les 3 modalités, la consommation d’oxygène est à peu près la même  intensité égale dans les 3 cas ! - On voit que le débit MAX à l’exercice dans un muscle est toujours inférieur dans la modalité d’exercice qui implique les bras + les jambes que dans la modalité simple impliquant 1 seul muscle. (20 à 30%) - Cette diminution ne provient pas de différence dans la PA MAIS c’est la conductance qui augmente lorsque seul 1 muscle est impliqué.  Le système ne peut pas répondre à une demande cumulée de tous les muscles

cette diminution de la vasodilatation correspond à la PA (baroréflexe). Lorsque les muscles demandent du sang, les les muscles diminuent donc PA diminue. La vasodilatation provoque une diminution des RV diminution de la PA qui doit être compensée par le mais lorsque la limite du Q est atteint, si les RV toujours et intervient donc le baroréflexe qui va venir vasodilatation !

- On pense que régulation de la résistances dans donc une débit cardiaque diminuent s’opposer à la

- Lorsque la masse musculaire devient importante, on a une augmentation de la concentration en noradrénaline donc indique une augmentation du tonus. - La conductance vasculaire est corrélée à l’augmentation de la consommation d’oxygène : relation linéaire. La différence de pente entre les bras et les jambes est liée au fait que l’extraction de l’oxygène par les muscles est légèrement ++ élevée dans les jambes que dans les bras.  ++ la demande est élevée, ++ les apports augmentent  Mais lors d’un exercice MAX, une augmentation de la demande ne peut pas être satisfaite par une augmentation de la conductance. ex bras + jambes : la conductance qui est diminuée va être associée à une diminution de la consommation d’oxygène donc une diminution du métabolisme.  C’est ici le métabolisme qui doit s’adapter aux apports !  - de sang  - d’O 2  - de métabolisme aérobie  Redistribution à l’effort :

On observe ici la répartition du débit cardiaque :  Q est proportionnel à l’intensité de l’effort On observe 3 cas de figures : - augmentation de la perfusion dans les dont le métabolisme est augmenté (MSS, cœur) proportionnellement à l’intensité de l’exercice valeur absolue) - diminution d’autres territoires qui vont perfusés à l’effort (reins, abdomen) pour l’augmentation dans les autres muscles - exceptions : le cerveau ne supporte pas perfusion diminuer, elle doit rester rigoureusement constante ! De ++, la peau dépend de contraintes de thermorégulation : elle a son débit qui au début puis diminue lors de l’exercice MAX plus de thermolyse et donc le muscle garde la cela entraine des augmentations de la température centrale (40-41°).

territoires (en % en en être moins compenser de voir sa

augmente car il n’y a chaleur et

 Cinétique de l’hyperhémie : Lors d’une contraction dynamique, l’augmentation du débit est instantanée Lors d’une contraction tétanique, le Q diminue pendant la contraction MAIS dès la fin de la contraction, il augmente instantanément également (RAPIDE) A quoi est due cette vitesse de réponse (phase précoce de l’hyperhémie) ?? HYPOTHESE 1 : Mécanisme nerveux  FAUX ! 1- commande nerveuse centrale : imaginer un effort peut suffire à mettre en place les adaptations cardio-circulatoires.  Activation sympathique dans le cortex : provient du système central MAIS on voit que l’activation rapide n’est pas modifiée en bloquant ce phénomène !  FAUX !

2- acétylcholine : au niveau du muscle en périphérie  La vasodilatation serait due à un effet de l’Ach libérée par les terminaisons nerveuses au niveau du muscle. Il existe des récepteurs muscariniques à l’Ach au niveau des vaisseaux provoquant une vasodilatation. L’Ach provoquerait donc la contraction (récepteurs cholinergiques) et la vasodilatation (récepteurs muscariniques) - L’atropine bloquant les récepteurs muscariniques permet donc d’empêcher l’action de l’Ach sur les vaisseaux sans modifier son action sur le muscle  On observe une moindre dilatation des vaisseaux (au repos ET en contraction) - Les curares bloquent les récepteurs cholinergiques et empêchent la contraction sans modifier l’action sur les vaisseaux  On observe donc une absence de contraction ET une absence d’hyperhémie !  Donc l’hyperhémie n’est pas liée à l’action de l’Ach MAIS dépend de la contraction musculaire. HYPOTHESE 2 : Facteurs mécaniques (contraction elle-même)  début phase précoce - Un des principaux facteurs mécaniques est la pompe musculaire (cœur accessoire) Ce mécanisme est lié à la compression des vaisseaux pendant la contraction et à l’ouverture des vaisseaux pendant le relâchement musculaire. Pendant un effort dynamique, les successions de contraction-relâchement vont induire des successions de compression-ouverture des veines. (Effet de pompe)  Cela force donc le sang à circuler ++ rapidement ! - Ce mécanisme augmente le débit local dans le muscle actif et facilite le retour veineux en augmentant la précharge cardiaque DONC augmente le débit cardiaque.  Toujours une hypothèse car NON prouvé formellement Les substances qui bloquent le relâchement des vaisseaux vont empêcher l’hyperhémie DONC ce système de pompe est moins lié à l’hyperhémie que la dilatation propre des vaisseaux. Avec une fréquence de contraction basse (4Hz), on a une dilatation rapide (2 à 3s) Pour des fréquences un peu + importantes (20-60Hz), on a une première dilatation rapide (2-3s) suivie d’une 2e augmentation due à d’autres types de mécanismes.  Confirme que l’hyperhémie est bien liée à une dilatation des vaisseaux et pas uniquement un effet de pompe.

 MAIS cette hypothèse n’est pas complètement à éliminer ! Pendant un effort modéré, la pression (P) à l’intérieur du muscle peut atteindre 270mmHg et jusqu’à 570mmHg pour une contraction MAX DONC une augmentation de P à l’intérieur du muscle pendant la contraction (>> P sanguine !) Pendant la contraction, le gradient de P entre l’intérieur et l’extérieur du vaisseau va s’inverser car la P sera supérieur à l’extérieur !  Le vaisseau perçoit cela comme une diminution de la Pression Artérielle DONC induit le relâchement du muscle lisse vasculaire = VASODILATATION  Ce mécanisme permet d’expliquer l’hyperhémie d’exercice y compris la phase très précoce ! MAIS d’autres mécanismes expliquent cette hyperhémie (y compris dans la phase précoce !) HYPOTHESE 3 : Facteurs humoraux  suite phase précoce - Parmi ces facteurs humoraux, le Potassium est libéré très précocement lors d’une contraction. Il est libéré au moment du PA (nerveux ou musculaire) vers le milieu interstitiel ! La concentration du milieu interstitiel en potassium augmente lors de la contraction et peut atteindre des valeurs de 10mM et s’y maintenir pendant toute l’activité musculaire.

Concentration en K+ > 20mM  Dépolarisation  Contraction. Concentration en K+ < 20mM  Stimulation des canaux potassium rectifiant-entrants  Hyperpolarisation Stimulation de la pompe Na/K ATPase  Hyperpolarisation Une hyperpolarisation se traduit par une relaxation du muscle lisse vasculaire = vasodilatation. - Si on bloque la libération de K+ par les canaux ou la pompe Na/K, on empêche la vasorelaxation pendant la contraction  Blocage complet si on bloque les 2 à la fois ! En tenant compte uniquement du potassium, on a un temps d’attente de l’hyperhémie de l’ordre de 4s ! Ces 4s seraient comblées par les facteurs mécaniques.  1ere vasodilatation due aux facteurs mécaniques (contraction musculaire)  2e vasodilatation due à l’augmentation de la concentration en potassium  Première phase précoce de l’hyperhémie (15 premières secondes): Facteurs mécaniques et Potassium permettent d’expliquer la rapidité de la réponse hyperhémique qui est ++ rapide que le métabolisme lui-même ! La première phase de cette hyperhémie est en avance sur les besoins métaboliques du muscle  Deuxième phase + longue ( > 15 secondes) : le débit sanguin dans le muscle se stabilise à une valeur qui dépend de l’intensité d’exercice.  Régulation métabolique ! La consommation d’oxygène correspond exactement aux apports sanguins pour des efforts sous-MAX. Les apports sanguins sont ici régulés pour apporter aux muscles uniquement ce dont ils ont besoin ! Le métabolisme en modifiant l’environnement du vaisseau va provoquer sa vasodilatation ou sa vasoconstriction. ++ le métabolisme sera intense, ++ il relâche dans le milieu interstitiel des molécules, ++ vasodilatation augmente ! (Toujours une hypothèse…)  Régulation métabolique : ions H+ (pH musculaire) et lactate Ces 2 molécules ont des effets vasodilatateurs MAIS leur augmentation pendant l’exercice n’est pas corrélées à celle du débit sanguin !!  Rien à voir dans l’hyperhémie !  Régulation métabolique : L’adénosine  1 des facteurs les ++ probable toujours aujourd’hui - C’est un puissant vasodilatateur - Sa vitesse de production dépend de la dégradation de l’ATP donc de l’intensité de l’effort - Sa concentration intramusculaire pendant l’exercice est corrélée au débit sanguin  En effet, le débit sanguin local est diminué d’environ 20-40% par les antagonistes des récepteurs purinergiques ! - D’où provient cette adénosine ? Elle ne provient pas de la cellule musculaire MAIS est fabriquée dans le milieu interstitiel par une enzyme à partir d’AMP. Cette AMP provient de la cellule par après dépense d’ATP.  L’AMP est donc fabriquée DANS la cellule puis passe dans le milieu interstitiel pour être transformé en Adénosine.  Régulation métabolique : L’oxygène : par les érythrocytes (globules rouges) Le débit sanguin est ++ élevé en hypoxie qu’en normoxie !  Hyperhémie augmentée En hyperoxie, on ne modifie pas l’hyperhémie, ni en augmentant le nombre de globules rouge. Les vaisseaux du muscle lisse sont donc sensibles au manque d’oxygène ! - Ces érythrocytes sont donc impliqués de 2 manières dans ce mécanisme :  Par libération de monoxyde d’azote = NO indépendante des NO synthases Dans la plupart des tissus le NO est synthétisé par les NO synthases (iNOS, eNOS et nNOS) puis envoyé dans le sang. Ce NO va être rapidement transformé en nitrites et nitrates formant un stock car le NO peut être reformé ensuite à partir de ces nitrites et nitrates. Or le NO est un puissant vasodilatateur et peut se lier à l’Hb dans le sang ! Il se lie d’autant +++ que l’Hb est saturée en oxygène et libère le NO quand elle libère sont oxygène ! (NO se fixe à l’Hb dans les territoires oxygénés et est relargué dans les territoires moins oxygénés) Lors d’une contraction, l’oxygène va être relargué dans le muscle et donc le NO aussi provoquant une vasodilatation.  Par libération d’ATP :

Les érythrocytes contiennent de l’ATP et sont capables de libérer cet ATP chaque fois qu’ils sont dans des milieux faiblement oxygéné. La concentration d’ATP sanguine augmente à l’exercice et proportionnellement à l’effort. Or l’ATP est un puissant vasodilatateur ET bloque le système orthosympathique vasoconstricteur qui augmente également à l’exercice ! Lorsque l’oxyhémoglobine arrive au niveau des territoires musculaires actifs, la désaturation de l’Hb va stimuler la libération d’ATP par les globules rouges au niveau du muscle actif !  MAIS les facteurs qui ont provoqué la vasodilatation des artérioles au niveau des muscles ne provoqueront pas la vasodilatation des artères de conduction vers le cœur OR ces artères doivent elles aussi se relâcher !  Vasodilatation des artères de conductions : - Ces artères situées en amont des muscles donc ne sont pas soumises aux régulations locales mais 2 autres mécanismes :  Conduction rétrograde : transmission de la relaxation qui remonte le flux sanguin à partir du muscle et grâce à la transmission de la dépolarisation par les jonctions communicantes  Vasodilatation flux-dépendante : lié à l’augmentation du débit dans le vaisseau qui induit une augmentation des forces de cisaillement (= frottement du sang sur la paroi interne du vaisseau). Puis les cellules endothéliales vont libérer des substances provoquant une vasodilatation (NO, PGI2, EDHF…) 4- Effets de l’entrainement sur la perfusion du muscle squelettique La perfusion musculaire est modifiée à ++ long terme par l’entrainement musculaire (est augmentée)  1 muscle entrainé à une capacité de perfusion ++ élevée qu’1 muscle NON entrainé (niveau local, actif) !  Au niveau des fibres également, au sein d’un même muscle, les fibres qui travaillent seront mieux perfusées que celles qui ne travaillent pas ou moins ! - Par exemple : fibres rouges  entrainement aérobie (= endurance) fibres blanches  entrainement anaérobie (= sprint) L’augmentation de la capacité de perfusion dépend de 2 types d’adaptation :  STRUCTURELLE : l’augmentation du nombre de capillaires.  FONCTIONNELLE : capacité des vaisseaux à se dilater  Adaptations structurelles à l’entrainement : - augmentation du nombre de capillaires sanguins = angiogenèse et du diamètre des artérioles. - facteurs à l’origine de l’angiogenèse sont mal connus… (Cisaillement, hypoxie locale, facteurs mécanique) Ces stimuli agissent par un certain nombre de voies de signalisation, surtout par le VEGF-A et de son principal récepteur le VEGFR2  les ARNm du VEGF sont augmentés après 1 seule séance d’entrainement. MAIS pour voir la quantité de protéines augmentée il faut être dans un cycle d’entrainement (répétition des séances). L’entrainement augmente également le nombre de récepteurs au VEGF (VEGFR2).  Adaptations fonctionnelles à l’entrainement : Elles correspondent essentiellement à une meilleure capacité de vasodilatation ! - Le contrôle nerveux orthosympathique des vaisseaux n’est PAS modifié (peu d’études) : - la réactivité vasculaire à la noradrénaline (NA) n’est pas modifiée - la concentration en NA plasmatique est ++ faible pour un effort donné en valeur absolue ; la différence n’existe plus si l’intensité est exprimée en valeur relative. - Le muscle lisse vasculaire n’est PAS modifié : - la sensibilité à l’adénosine n’est pas modifiée par l’entraînement - la sensibilité aux donneurs de NO n’est pas modifiée par l’entraînement  La vasodilatation liée à ces phénomène reste donc la même quel que soit le niveau d’entrainement - L’endothélium vasculaire est MODIFIE par l’entrainement  amélioration de la vasodilatation Cette évolution est à la fois fibre-dépendant et entrainement-dépendant. On observe cette modification à la fois dans les artères musculaires ET les artères de conductance. Le principal facteur qui est modifié est la libération de NO par l’endothélium. Un endothélium entrainé libèrera ++ de NO qu’un endothélium issu d’un sujet sédentaire.  2 à 4 semaines d’entrainement suffisent

Cet effet passe aussi par une diminution de l’inactivation du NO par la voie du stress oxydant. Avec l’entrainement, on a une diminution du stress oxydant donc une diminution de l’inactivation du NO.  Avec des entrainements courts (2 à 4 semaines) : effets fonctionnels - modification de la capacité de l’endothélium à libérer des substances vasodilatatrices - PAS de modifications de la structure des vaisseaux  Avec des entrainements ++ longs (> 10-16 semaines) : effets structurels - modification progressive de la structure des vaisseaux  augmentation du diamètre au repos - leur capacité à se dilater revient elle à la normale (libérer des substances vasodilatatrices)  Effets de l’entrainement sur la rhéologie : - études longitudinales : suivre des personnes - études transversales : comparer des personnes  Ces 2 types d’études montrent que le sang des athlètes en endurance est ++ dilué que le sang de personnes sédentaires. Le volume sanguin augmente chez les personnes entrainées lié à l’augmentation du volume plasmatique ! Le sang est donc + dilué et l’hématocrite baisse  diminution de la viscosité ! Le sang opposera donc moins de résistance à l’écoulement et donc diminue le travail cardiaque et les résistances vasculaires. - Pendant l’exercice, le sang à tendance à se concentrer par perte d’eau (sudation) donc + le plasma est dilué au départ, moins la concentration sanguine à l’effort sera élevée  ++ les résistances vasculaires seront conservées. - Cette augmentation du volume plasmatique favorise également la thermolys...