Chapitre 3 Système cardiovasculaire PDF

Chapitre 4 Système cardiovasculaire Chapitre 3 Système cardiovasculaire 1. Organisation générale Le système circulatoire est subdivisé en : a. Système cardio-vasculaire b. Système lymphatique...

Chapitre 4 Système cardiovasculaire Chapitre 3 Système cardiovasculaire 1. Organisation générale Le système circulatoire est subdivisé en : a. Système cardio-vasculaire b. Système lymphatique Le cœur assure le mouvement du sang dans la petite circulation et la grande circulation. Cette performance dépend d’une organisation anatomique originale où les cavités du cœur communiquent par différents orifices équipés de valves anti reflux, d’un système d’excitation automatique, d’une mécanique contractile particulière, et enfin d’un apport correct en énergie et en oxygène. Les pressions créées par l’action du pompage du cœur entraînent l’écoulement rapide du sang dans tout l’organisme. Ce type d’écoulement porte le nom d’écoulement de masse. Car tous les constituants du sang se déplacent dans la même direction. La circulation du sang s’effectue toujours d’une zone de haute pression vers une zone de basse pression. L’unité du débit est un volume par unité de temps s’exprime en litres par min. le débit est directement proportionnel à la différence de pression et inversement proportionnel à la résistance. 2. Circulation sanguine a. Circulations systémique et pulmonaire À chaque battement, le cœur pompe le sang vers deux circuits fermés : la circulation systémique et la circulation pulmonaire. Le côté gauche du cœur est la pompe de la circulation systémique ; il reçoit le sang fraîchement oxygéné qui sort des poumons. Le ventricule gauche éjecte le sang dans l'aorte. De cette artère, le sang est réparti dans des artères systémiques de plus en plus petites, qui l'acheminent vers tous les organes du corps, sauf les alvéoles pulmonaires, qui sont irriguées par la circulation pulmonaire. Dans les tissus, les artères systémiques se subdivisent en artérioles de diamètre plus petit qui se jettent enfin dans les nombreux lits des capillaires systémiques. L’échange de nutriments et de 1 Chapitre 4 Système cardiovasculaire gaz, par lequel le sang se débarrasse de son oxygène (0 2) et absorbe du gaz carbonique (CO2), se fait à travers les minces parois des capillaires. Dans la plupart des cas, le sang circule dans un seul capillaire avant d'entrer dans une veinule systémique. Les veinules transportent le sang délesté de son oxygène vers les tissus et fusionnent pour former les veines systémiques, vaisseaux plus gros qui ramènent le sang dans l'oreillette droite. Le côté droit du cœur est la pompe de la circulation pulmonaire. Il reçoit le sang désoxygéné de la circulation systémique. En sortant du ventricule droit, le sang passe dans le tronc pulmonaire, puis dans les deux artères pulmonaires issues de ce dernier, pour enfin atteindre les poumons droit et gauche. Dans les capillaires pulmonaires, le sang se débarrasse du gaz carbonique, qui sera expiré, et absorbe de l'oxygène. Le sang fraîchement oxygéné emprunte ensuite les veines pulmonaires et revient dans l'oreillette gauche. b. Anatomie du cœur Le cœur est un véritable muscle creux qui est logé dans le thorax. Pendant toute la vie de l’homme, cette petite pompe pesant environ 300 grammes, « de la taille d’un poing fermé » est responsable de la circulation. Le cœur est un organe musculaire enfermé dans un sac fibreux ; Le péricarde qui protège le cœur. Figure 1 : les circulations générale et pulmonaire 2 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Les parois du cœur se composent principalement des cellules musculaires cardiaques le myocarde et l'endocarde tapissé d'endothélium et de tissu conjonctif. (Figure 2) Figure 2 : Anatomie du cœur Le cœur est formé de deux moitiés distinctes sans communication, le cœur droit et le cœur gauche, séparés par une cloison médiane étanche. Chaque moitié comprend 2 cavités : l'oreillette en haut et le ventricule en bas (Figure 3). 3 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Cœur séparé par une cloison Cœur droit Cœur gauche Figure 3 : Cloison séparant le cœur 1. Les cavités cardiaques : Comportent deux cavités supérieures, les oreillettes droite et gauche, et deux cavités inférieures, les ventricules droit et gauche. L’oreillette droite reçoit le sang de la veine cave supérieure, de la veine cave inférieure et du sinus coronaire. Elle est séparée de l'oreillette gauche par le septum inter-auriculaire. Le sang sort de l'oreillette droite en traversant la valve auriculo-ventriculaire droite. Le ventricule droit reçoit le sang de l'oreillette droite. Il est séparé du ventricule gauche par le septum inter-ventriculaire et éjecte le sang vers les poumons par le biais de la valve pulmonaire et du tronc pulmonaire. Le sang oxygéné entre dans l'oreillette gauche en empruntant les veines pulmonaires et il en sort par la valve auriculo-ventriculaire gauche. Le ventricule gauche éjecte le sang oxygéné dans la circulation systémique par le biais de la valve aortique et de l'aorte. Figure 5 4 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Oreillette gauche Oreillette droite Ventricule gauche Ventricule droit Figure 4 : Valvules du cœur 2. Les valves cardiaques : Empêchent le sang de refluer dans le cœur. Les valves auriculo- ventriculaires sont situées entre les oreillettes et les ventricules ; il s'agit de la valve auriculo-ventriculaire droite (ou tricuspide) et de la valve auriculo- ventriculaire gauche (ou mitrale ou encore bicuspide). Les cordages tendineux et les muscles papillaires stabilisent les cuspides des valves et empêchent le sang de refluer dans les oreillettes. Chacune des deux artères qui émergent du cœur possède une valve (valve aortique et valve pulmonaire). Il n’a pas de valvules entre les veines caves et l’oreillette droite, ni entre les veines pulmonaires et l’oreillette gauche. NB : l’insuffisance valvulaire qui un défaut de fermeture d’une valve entraine le reflux du sang. Dans le rétrécissement valvulaire appelé sténose, les valvules durcissent et obstruent l’orifice, ce qui oblige le cœur à se contracter fortement et l’affaiblit. On remplace dans ce cas les valvules par d’autres artificielles. 5 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Droite = tricuspide Gauche = bicuspide ou mitrale Figure 5 : les valvules auriculo-ventriculaires 3. Muscle cardiaque Les cellules myocardiques contractiles sont des fibres musculaires allongées, à ramification, présentant des bandes transversales identiques aux cellules musculaires striées. Le muscle cardiaque combine les propriétés du muscle squelettique et du muscle lisse. Les cellules sont soudées les unes aux autres grâce à des disques intercalaires, et contrairement aux myocytes striés, ils forment un véritable syncytium grâce à des "gap junction", ponts intercellulaires. (Figure 6) Ces cellules présentent quatre propriétés fondamentales : elles sont excitables du fait d’un équipement membranaire particulier, contractiles, conductrices et pour certaines, douées d’automaticité. Environ 1% des cellules musculaires cardiaques présentent des caractéristiques spécialisées qui sont essentielles à l’excitation cardiaque. Elles constituent un réseau qui porte le système de conduction. Celui-ci déclenche le 6 Chapitre 4 Système cardiovasculaire battement cardiaque et aide à propager rapidement l’onde d’excitation dans tout le cœur. Des fibres nerveuses sympathiques et parasympathiques innervent richement le cœur. Les fibres nerveuses parasympathiques proviennent du nerf vague. Les fibres sympathiques libèrent la noradrénaline et les fibres parasympathiques l’acétylcholine. Les artères qui irriguent le myocarde portent le nom d’artères coronaires et le sang qui y circule constitue le débit coronarien. Une obstruction d’une artère coronaire peut provoquer un infarctus du myocarde. 4. Les cellules endocrines cardiaques Ce sont des myocytes spécialisées situées essentiellement dans les oreillettes. Ces cellules sécrètent le facteur natriurétique (ANF), qui rentre dans la régulation de la pression artérielle et du volume sanguin. 5. Les cellules nodales Les cellules nodales constituent un groupe de cellules cardiaques réunies par certaines propriétés : - peu contractiles (peu de myofibrilles) ; - génératrices, conductrices et régulatrices du potentiel d'action (potentiel de repos instable). Les myocytes nodaux fabriquent le signal rythmique et assurent sa transmission. 3. Electrophysiologie cardiaque 1) Phénomènes électriques Le coeur est un organe automatique. Il possède en lui même tous les éléments de son fonctionnement. Cet automatisme est lié au tissu nodal (système de conduction cardiaque très spécialisé). Le coeur se contracte parce qu’un stimulus (ou onde de dépolarisation) prend origine au niveau de la paroi postérieure de l'oreillette droite. Ce stimulus traverse d'abord les deux oreillettes puis passe par la suite aux ventricules. 2) Application de la théorie ionique au coeur 2.1) Potentiel membranaire C'est la différence de potentiel électrique (ddp) entre les secteurs intracellulaire et extracellulaire. 7 Chapitre 4 Système cardiovasculaire La membrane cellulaire du tissu cardiaque (comme celle de tous les tissus excitables) sépare 2 milieux fluides dont les compositions et les concentrations sont différentes. A l’état de repos, le milieu extracellulaire est riche en Na+ et pauvre en K+ ; alors que le milieu intracellulaire est riche en K+ et pauvre en Na+ ; la composition intracellulaire en K+ est trente fois celle du Na. La cellule myocardique est donc porteuse de différence de charge entre le milieu intracellulaire et celui extracellulaire (la fibre myocardique est polarisée). Cette différence est le potentiel de membrane. Le potentiel membranaire est négatif (ex.: - 90 mV) lorsque la charge en ions est plus négative en intracellulaire qu'en extracellulaire (et vice versa). Ce potentiel dépend essentiellement de 3 ions: le potassium (K+), le sodium (Na+), et le calcium (Ca++). Le potentiel membranaire se divise en cinq phases distinctes (figure 8), selon les phénomènes électrophysiologiques qui rentrent en jeu: Phase 0: Dépolarisation; Phase 1: Repolarisation partielle; Phase 2: Plateau; Phase 3: Repolarisation complète et Phase 4: potentiel membranaire de repos, stable ou non suivant le type de cellule. Figure 7 : Potentiel d’action du myocyte ventriculaire 8 Chapitre 4 Système cardiovasculaire L’excitation par un stimulus quelconque (électrique, chimique, mécanique, ou physiologique, issue d’une autre cellule dépolarisée) déclenche des modifications de perméabilité (ou de conductance) aux ions, responsables d’un potentiel d’action. Lorsque la fibre myocardique est stimulée, des mouvements ioniques se produisent de part et d'autre de la membrane cellulaire. Les charges négatives internes sont remplacées par des charges positives : le potentiel intracellulaire passe brusquement de -90mV à +20 mV, la cellule est dite "dépolarisée" a1- dépolarisation Lorsqu'une cellule est stimulée, la perméabilité aux ions sodium est augmentée de 500 fois. Du fait de leur forte concentration extracellulaire, environ 15 fois supérieure à celle du milieu intracellulaire, les ions sodium vont pénétrer dans la cellule. (Les ions calcium commencent également à pénétrer dans la cellule, mais en faible quantité). En 1 à 4 ms, l'intérieur de la cellule va devenir positif et on enregistre un potentiel membranaire de + 15 mV (+15 à +20 mV). La dépolarisation rapide pendant la phase O est créée par l’ouverture d’un canal sodique rapide autorisant l’entrée passive, selon les gradients de concentration, de sodium dans la cellule. Elle est due presque exclusivement au mouvement de Na+ à l`intérieur, résultat d`une augmentation soudaine de la perméabilité au Na. Comme les ions Na se précipitent vers les cellules cardiaques pendant la phase 0, la charge négative intracellulaire devient neutre et Vm devient progressivement moins négatif. Ceci force l'intérieur de la cellule à devenir chargé positivement par rapport à l'extérieur de la cellule, ce qui réduit la diffusion du Na. La phase 0 se termine avec la fermeture des canaux rapides membranaires a2- repolarisation La cellule ainsi dépolarisée va tendre à retourner à son état d'équilibre initial. Donc la repolarisation (phase 1 à 3) permet le retour du potentiel transmembranaire à sa valeur de repos ou diastolique. La repolarisation initiale ou phase 1 est due à l’inactivation du courant sodique rapide et à l’ouverture d’un canal potassique permettant la sortie, passive, du potassium de la cellule vers le milieu extracellulaire. C’est une période brève et précoce de repolarisation limitée. 9 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Les fibres cardiaques diffèrent des cellules nerveuses essentiellement par la plus longue durée de leur potentiel d’action en rapport avec l’existence d’un plateau (phase 2) plus ou moins prolongé selon le type de cellule ; ce plateau est la conséquence de l’ouverture d’un canal supplémentaire, responsable de l’entrée passive lente de calcium, qui maintient un certain degré de dépolarisation cellulaire. Le potentiel membranaire va ainsi se maintenir voisin de 0 mV pendant 0.1 à 0.4 s. Pendant cette phase, le calcium va entrer massivement dans la cellule et être stocké au niveau du réticulum avant d'être utilisé pour la contraction suivante. Ensuite, le K+ diffuserait vers le milieu extracellulaire et entraînerait une repolarisation précoce de la membrane. Mais cette diminution unidirectionnelle de la perméabilité au K entraîne une diminution du courant de K vers l'extérieur pendant le plateau. Ceci tend à équilibrer les courants lents vers l'intérieur de Ca et de Na et par la suite contribue à maintenir un plateau prolongé à un Vm proche de 0 mV. La repolarisation finale (phase 3) dépend de : - Une augmentation de la conductance potassique, Pk. Les ions potassium vont diffuser vers l'extérieur de la cellule. - Inactivation des courants lents de Ca et Na vers l'intérieur. Le potentiel de repos de la cellule du nœud sinusal n’est pas stable mais il montre une lente dépolarisation. Cette dépolarisation porte le nom de potentiel entraineur ou potentiel pacemaker. Le potentiel entraîneur assure l’automaticité du nœud sino auriculaire, c-a-d sa capacité d’engendrer spontanément des excitations rythmiques. 2.2) Périodes réfractaires Après l'excitation d'une cellule du muscle cardiaque, aucune excitation ne devrait se produire durant une période relativement longue appelée "période réfractaire". Cette période réfractaire relativement longue évite une tétanisation ou un spasme du cœur qui interrompait le flux sanguin et provoquerait la mort. 2.3) Relation entre phénomènes électriques et mécaniques. Le tissu nodal constitue le support de l'automatisme cardiaque. Il comporte différentes structures anatomiquement organisées en nœuds, en faisceaux, et en réseau. On distingue essentiellement : 10 Chapitre 4 Système cardiovasculaire - les cellules du noeud sinusal (nœud sino auriculaire de Keith et Flack) génératrices du rythme cardiaque normal. - les cellules du noeud atrio-ventriculaire (nœud atrio-ventriculaire d'Aschoff-Tawara) à structure différente ; elles se terminent au pôle distal par des fibres qui ensemble constituent les branches de His (faisceau de His et branches du faisceau de His). - les fibres de Purkinje: larges fibres conductrices riches en glycogène et en mitochondries (réseau sous-endocardique de Purkinje). Figure 8 : tissu de conduction Physiologiquement, les cellules du tissu nodal sont capables de se dépolariser spontanément et d'exciter d'autres cellules. Elles sont à ce titre responsable de l'automatisme cardiaque. Plus le seuil de potentiel est atteint rapidement et plus la fréquence de décharge est élevée. Elles constituent le pacemaker physiologique qui décharge les fibres automatiques sous- jacentes. Le nœud sino-auriculaire (SA), est situé à la base de l’oreillette droite. Il contient les cellules pacemakers qui fournissent au cœur son automatisme normal. Le noeud SA est appelé le pacemaker naturel parce qu’il présente l’autoexcitation la plus importante et un ordre très élevé de rythmicité; et c’est pour cette raison que le noeud SA contrôle la fréquence cardiaque. 11 Chapitre 4 Système cardiovasculaire L'influx prend donc naissance au niveau du nœud sino-auriculaire. Le nœud auriculo-ventriculaire assure le lien entre la dépolarisation des oreillettes et celle des ventricules. Avant de quitter le nœud auriculo-ventriculaire l’onde d’excitation pénètre dans la paroi entre les deux ventricules par des fibres du système de conduction qui forment le faisceau de His. Le faisceau de His se divise en branches droite et gauche. Chaque branche du faisceau quitte la cloison pour pénétrer dans les parois des deux ventricules. Ces fibres établissent des contacts avec des fibres de Purkinje. L noeud auriculo-ventriculaire et le faisceau de His constituent le lien électrique entre les oreillettes et les ventricules. 3) Influences extrinsèques a- Actions neurales La fréquence de décharge du pacemaker est contrôlée par les 2 divisions du système nerveux autonome : * la stimulation sympathique a pour effet l’augmentation de la vitesse de conduction et l’accroissement des pentes de dépolarisation diastolique spontanée, donc l’accélération des pacemakers - augmente la fréquence et la force de contraction cardiaque. - augmente la vitesse de conduction à travers le noeud AV, l'oreillette et les ventricules, * la stimulation parasympathique entraîne une diminution de la fréquence sinusale et un ralentissement de la conduction au niveau du nœud de Tawara. 4. Electrocardiogramme La propagation du potentiel d'action dans le cœur génère des courants électriques que l'on peut détecter à la surface du corps. On appelle électrocardiogramme (ECG; gramma = dessin) le tracé des changements électriques enregistrés, qui rend compte de tous les potentiels d'action produits par les fibres musculaires cardiaques à chaque battement. L’instrument qui sert à enregistrer ces changements est un électrocardiographe. La procédure clinique consiste à placer des électrodes sur les bras, les jambes et sur la poitrine. L’électrocardiographe amplifie l’activité électrique du cœur et donne 12 tracés différents correspondant aux diverses combinaisons d’électrodes placées sur les membres et la poitrine. Chaque électrode enregistre une activité électrique légèrement différente des autres en raison de sa position 12 Chapitre 4 Système cardiovasculaire relative par rapport au cœur. En comparant les tracés obtenus entre eux et avec des tracés normaux, il est possible de déterminer si : 1) Le trajet de conduction est anormal 2) Le cœur est hypertrophié 3) Certaines régions sont endommagées Sur un tracé de dérivation II typique (du bras droit à la jambe gauche), trois ondes faciles à reconnaître accompagnent chaque battement du coeur. Figure 9 : Onde P = Dépolarisation des oreillettes Onde QRS = Dépolarisation des ventricules Onde T = Repolarisation des ventricules La première déflection est l'onde P, Elle correspond à la phase de dépolarisation auriculaire, qui commence dans le noeud sinusal et se termine dans les oreillettes. Environ 100 ms après le début de l'onde P, les oreillettes se contractent. La deuxième déflection, appelée complexe QRS, correspond au début de la dépolarisation ventriculaire, pendant laquelle l'onde d'excitation électrique se propage dans les ventricules. Peu après le début du complexe QRS, les ventricules commencent à se contracter. La troisième déflection est appelée onde T. Elle correspond à la repolarisation ventriculaire, qui survient juste avant la relaxation ventriculaire. L'onde T est plus petite et plus large que le complexe QRS car la repolarisation se déroule plus lentement que la dépolarisation. Habituellement, la repolarisation des oreillettes n'est pas visible sur un électrocardiogramme car elle est masquée par le grand complexe QRS. 13 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Figure 10 : Correspondances entre les étapes de la dépolarisation du cœur et les ondes de l’électrocardiogramme À la lecture d'un électrocardiogramme, la taille des ondes peut indiquer la présence d'anomalies. Par exemple, une onde P plus grande témoigne de l'hypertrophie d'une oreillette. L’onde T est aplatie lorsque le muscle cardiaque n'est pas suffisamment oxygéné, comme c'est le cas dans une coronaropathie. Figure 11 : Electrocardiogrammes anormaux 14 Chapitre 4 Système cardiovasculaire 5. Les phénomènes mécaniques du cycle cardiaque Le cycle cardiaque inclut tous les événements associés à un battement cardiaque. À chaque cycle, les oreillettes et les ventricules se contractent et se relâchent en alternance, de sorte que le sang est propulsé des régions où la pression est élevée à celles où elle est basse. Chaque fois qu'une cavité du coeur se contracte, la pression du sang à l'intérieur de cette cavité augmente. Pour fonctionner comme une pompe, le cœur doit répéter successivement 2 phases: La dépolarisation des cellules qui provoque la systole, la phase de contraction. La repolarisation des cellules qui entraîne la diastole, la phase de relâchement qui permet le remplissage sanguin des cavités auriculaires et ventriculaires. Figure 12 : les étapes de la systole Chaque cycle cardiaque comprend la systole (contraction) et la diastole (relaxation) des deux oreillettes, suivies par la systole et la diastole des deux ventricules. 15 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Pour une fréquence cardiaque moyenne de 72 battements par minute, chaque cycle dure environ 0,8 s dont 0,3 s en systole et 0,5 s en diastole. Les phases du cycle cardiaque sont : Figure 13 : les étapes de la diastole 1. Le remplissage ventriculaire, durant lequel la valve atrio-ventriculaire est ouverte, et le sang afflue de l’atrium vers le ventricule, tandis que la valve aortique (pour le ventricule gauche) ou pulmonaire (pour le ventricule droit) est fermée. 2. La contraction iso-volumétrique, durant laquelle la contraction augmente la pression dans le ventricule, fermant la valve atrio-ventriculaire tandis que la valve aortique ou pulmonaire reste fermée. 3. L’éjection systolique, qui débute lorsque la pression dans le ventricule surmonte la pression dans l’aorte ou l’artère pulmonaire, et au cours de laquelle le sang est expulsé hors du ventricule. 4. La relaxation iso-volumétrique, qui débute lorsque la contraction du ventricule ayant cessé, la pression dans le ventricule devient inférieure à la pression dans l’aorte ou l’artère pulmonaire, de sorte que la valve aortique ou pulmonaire se ferme, tandis que la valve atrioventriculaire est encore fermée. a) La relaxation isovolumétrique Le volume du sang éjecté par un ventricule au cours d’une systole porte le nom de volume systolique. La quantité de sang dans le ventricule a la fin de 16 Chapitre 4 Système cardiovasculaire la diastole constitue le volume télédiastolique.. La quantité du sang qui reste après l’éjection constitue le volume télésystolique. Ainsi : Volume systolique = volume télédiastolique – volume télésystolique 6. Les bruits du cœur Le premier bruit du cœur, B1 (un bruit résonnant), est crée par la turbulence du sang pendant la fermeture des valves auriculo-ventriculaires. Le deuxième bruit du cœur, B2 (un bruit sec), est causé par la turbulence du sang pendant la fermeture des valves aortiques et pulmonaires. Les souffles sont fréquemment le signe d’une cardiopathie, ils se manifestent quand le sang s’écoule dans la direction habituelle par une valvule très étroite (sténose). 7. Le débit cardiaque Le volume du sang pompé par chaque ventricule par minute constitue le débit cardiaque DC. On exprime le débit cardiaque en litres par minute. Le débit cardiaque est le produit de la fréquence des battements cardiaques (Fc) par le volume d’éjection systolique (VES) : DB = Fc x VES = 72 battements /min x 0,07 l = 5 ,0 l/min Comme par coïncidence, le volume sanguin total est approximativement égal à 5 l, cela signifie que le cœur pompe la quasi totalité du sang dans la circulation une fois par minute. En l’absence complète de toute influence nerveuse ou hormonale sur le nœud sino-auriculaire, le cœur se contracte d’une façon rythmique à une fréquence approximative de 100 battements par minute. Ce qui correspond a la fréquence de décharge intrinsèque du nœud. Cette fréquence peut être plus lente ou beaucoup plus rapide car le nœud est sous l’influence des hormones et des nerfs. L’activité du nerf vague (parasympathique) provoque la diminution de la fréquence cardiaque, alors que l’activité des nerfs sympathiques accélère la fréquence cardiaque. Au repos l’activité parasympathique domine largement l’activité sympathique, si bien que la fréquence cardiaque au repos est bien inferieure à la fréquence intrinsèque de 100 battements par minute. 17 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Le « service rendu » par le cœur à l’ensemble des organes et tissus est un débit sanguin, apportant l’oxygène et les nutriments, et extrayant les déchets du métabolisme. Ce débit doit être fourni sous une certaine pression, permettant le réglage de la distribution sanguine dans chaque organe en fonction de ses besoins propres sans compromettre l’équilibre général. Cette pression dépend du débit cardiaque et de la résistance circulatoire périphérique totale (RPT) : P = RPT x DB Figure 14 : Principaux facteurs déterminant le débit cardiaque 8. Vaisseaux sanguins a. Anatomie des vaisseaux sanguins la paroi vasculaire est formée de trois couches (tuniques) : 1) tunique interne (intima) Elle est formée d’un endothélium (épithélium squameux simple) dont la surface est lisse 18 Chapitre 4 Système cardiovasculaire 2) tunique moyenne (média) Elle est formée des cellules musculaires lisses et des fibres élastiques. Elle permet la vasoconstriction (↓ diamètre du vaisseau) et la vasodilatation (↑ diamètre du vaisseau) 3) tunique externe Elle est formée du tissu conjonctif. Figure 15 : Anatomie des vaisseaux sanguins b. Artères Les artères transportent le sang du cœur jusqu'aux tissus. La paroi d'une artère comprend une tunique interne, une tunique moyenne (qui maintient son élasticité et sa force de contraction) et une tunique externe. Les artères qui possèdent le plus grand diamètre sont appelées artères élastiques (ou artères conductrices), et les artères de taille moyenne sont appelées artères musculaires (ou artères distributrices). c. Pression artérielle c. 1 Définition La tension artérielle mesure la tension exercée par le sang sur les parois des artères. Elle correspond à deux mesures : celle de la tension exercée par le sang sur les artères lors de la phase de contraction et d'éjection des oreillettes et des ventricules (pression systolique PS) et celle exercée lors de la phase de remplissage des cavités cardiaques (pression diastolique PD). On exprime 19 Chapitre 4 Système cardiovasculaire en général la pression artérielle comme le rapport entre la pression systolique et la pression diastolique. La différence entre la pression systolique et la pression diastolique (125 mmHg - 75 mmHg = 50 mmHg) constitue la pression différentielle que l’on sentit en mesurant le pouls au niveau du poignet ou du cou. La pression artérielle change continuellement tout au long du cycle cardiaque. La pression artérielle moyenne est approximativement égale à la pression diastolique plus le tiers de la pression différentielle PAM = PD +1/3 (PS –PD) La pression artérielle moyenne est la plus importante des pressions c’est elle qui entraine l’écoulement du sang dans les tissus tout au long du cycle cardiaque. c. 2 Mesure de la pression artérielle La mesure non invasive de la pression artérielle s'effectue avec un sphygmomanomètre (sphygmos : pouls ; manomètre : mesure de pression) et un stéthoscope. Le sphygmomanomètre est constitué d'un brassard gonflable relié à une poire et à un manomètre gradué en mm de mercure qui mesure la pression dans le brassard. La poire de gonflage est munie d'une valve permettant à l'air du brassard de s'évacuer. Le stéthoscope sert à détecter le pouls artériel ce qui peut aussi être fait avec le bout des doigts. Figure 16 : Mesure de la pression artérielle 20 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Il s'agit d'amener d'abord la pression du brassard (PB) à une valeur supérieure à la pression systolique pour bloquer la circulation artérielle dans le bras. On laisse ensuite la pression du brassard diminuer progressivement jusqu'à la valeur limite à partir de laquelle la pression artérielle est suffisante pour laisser de nouveau passer le sang dans l'artère. C'est la pression systolique. En poursuivant le dégonflage, on amène la pression du brassard à une valeur à partir de laquelle il n'y a plus d'obstacle au flux artériel même lorsque le cœur est en diastole. C'est la pression diastolique. Le schéma ci- dessous montre la relation entre pression artérielle, pression dans le brassard et bruits de l'artère. La pression artérielle s'exprime donc par deux valeurs. Dans le milieu médical, les valeurs de pression artérielle ("tension") sont généralement indiquées en cm de mercure (Hg). PB > PS : absence dePB = PS : apparition desPD < PB < PS :PB = PD : bruits bruits les bruits augmentent d'intensitédisparition des puis s'atténuent bruits Figure 17: Changement de la pression diastolique et systolique dans le brassard Dans la tranche d'âge 20-24 ans, 90 % des hommes ont des valeurs comprises entre 60 et 80 mm de Hg pour le minimum et 105 à 140 mm de Hg pour le maximum. Chez les femmes, les valeurs sont comprises dans les fourchettes 60 - 85 mm de Hg et 100 - 130 mm de Hg. Une artériole est une petite artère qui apporte le sang aux capillaires. Grâce à la vasoconstriction et à la vasodilatation, les artérioles jouent un rôle essentiel dans la régulation du débit sanguin depuis les artères jusqu'aux capillaires ainsi que dans la régulation de la pression artérielle. P=Q*R P = Pression artérielle moyenne au niveau des grosses artères 21 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Q = Débit cardiaque R = Résistances périphériques moyennes Figure 18: pression sanguine dans divers vaisseaux de la circulation La pression sanguine tend à diminuer lorsqu’on s’éloigne du cœur à cause du gradient de pression et l’écoulement continuel du sang. La baisse la plus abrupte de la pression se produit dans les artérioles : Pourquoi ? - Vasomotricité des artérioles : Leur diamètre peut être modifié en réponse à plusieurs facteurs (Facteurs détaillés plus loin) - Rôle des artérioles → Contrôler le débit sanguin vers les capillaires d’un tissu Figure 19 : Rôle des artérioles Les mécanismes qui régissent les mécanismes de la résistance des artérioles appartiennent à deux catégories générales les régulations locales et les régulations réflexes ou extrinsèques. 22 Chapitre 4 Système cardiovasculaire c.3 Mécanismes locaux du contrôle vasculaire L’expression régulations locales indique que chaque organe et chaque tissu possède des mécanismes propres indépendants des nerfs et des hormones pour réguler son débit sanguin. Cette autorégulation comprend les phénomènes d’hyperémie active, autorégulation du débit et les réponses locales aux lésions. - hyperémie active : la plupart des organes présentent une élévation de leur débit sanguin (hyperémie) quand leur activité métabolique augmente. Ce phénomène porte le nom d’hyperémie active ou fonctionnelle. Le résultat est la dilatation des artérioles dans le tissu pu l’organe le plus actif.. Les facteurs qui agissent sur le muscle des artérioles et qui provoquent leur relaxation sont des modifications chimiques locales dans le LEC baignant les artérioles. Parmi ces facteurs, on cite : - La température : peau, récepteurs alpha 2 (affinité fonction de la température) - Métabolites locaux : hypoxie, hypercapnie, lactases, acidose - Les messagers locaux c. 4 Régulations extrinsèques 1- Système nerveux autonome 1-1- Système nerveux sympathique : La plupart des artérioles reçoivent un riche apport de fibres nerveuses sympathiques. Ces neurones libèrent la noradrénaline qui se lie aux récepteurs alpha-adrénergiques des vaisseaux sanguins et entraîne la vasoconstriction. Il faut noter que les récepteurs se trouvant sur le muscle cardiaque sont béta adrénergiques entrainant une augmentation de la fréquence cardiaque. 1-2- Système nerveux parasympathique : L’acétylcholine, le principal neurotransmetteur parasympathique, est un vasodilatateur, notamment dans les vaisseaux sanguins : du cœur, glandes salivaires, pancréas exocrine, muqueuse digestive, artères coronaires. MAIS PAS LES VAISSEAUX PERIPHERIQUES - Effets : action inhibitrice sur l’ensemble des fonctions 2- Système hormonal 23 Chapitre 4 Système cardiovasculaire 2-1- La glande médullosurrénale Figure 20 : Effet de la glande surrénale 2-2- L’ADH Figure 21 : Effet de l’ADH 24 Chapitre 4 Système cardiovasculaire 2-3- Le système rénine-angiotensine-aldostèrone Figure 22: Effet du système rénine-angiotensine-aldostèrone 3. Le peptide atrial natriurétique : Hormone secrétée par les oreillettes, c’est un puissant vasodilatateur - Régulation à moyen et à long terme en réponse : - aux récepteurs osmotiques centraux et cardio-pulmonaires - agit sur la volémie 4. Les cellules endothéliales et le muscle lisse L’endothéline est une des substances vasoconstrictrices libérées par les cellules endothéliales en réponse à certains stimuli chimiques et mécaniques, c’est un puissant vasoconstricteur. c. 5 Maintien de la pression artérielle Le sang doit circuler uniformément de la tète aux pieds pour assurer le bon fonctionnement des organes. Parmi les mécanismes homéostatiques qui régissent la maintenance de la pression sont le débit cardiaque, la résistance 25 Chapitre 4 Système cardiovasculaire périphérique et le volume sanguin. Puisque le débit cardiaque dépend du volume sanguin la pression est alors directement proportionnelle au débit, à la résistance et au volume sanguin. Tout changement dans l’une de ces variables perturbe l’homéostasie de la pression sanguine. c.5.1 Régulation à court terme : Mécanismes de régulation à court terme de la pression sont activés par le système nerveux. Le centre qui régit les changements du diamètre des vaisseaux sanguins est le centre vasomoteur situé dans le bulbe rachidien, il forme le centre cardiovasculaire. La diminution de l’activité sympathique provoque un relâchement du muscle lisse des artérioles et une baisse de la pression artérielle. (Voir régulation) l’activité du centre vasomoteur est modifiée part des influx sensitifs provenant des barorécepteurs et des chimiorécepteurs et des centres cérébraux supérieurs. 1- Les récepteurs artériels : ◊ Baro-récepteurs : situés dans les sinus carotidien, crosse aortique, ils sont sensibles aux variations d’étirements de la paroi vasculaire et donc aux variations de la PA (voir figures) ◊ Chémo-récepteurs : situés dans le glomus carotidien, l’arche aortique, ils sont sensibles à l’hypoxie, l’hypercapnie, acidose. Figure 23 : Localisation du sinus carotidien et de la crosse aortique. 26 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Figure 24 : Régulation nerveuse de la pression artérielle 2- Influence des centres cérébraux supérieurs Les réflexes sont intègre dans le bulbe rachidien. Le cortex et l’hypothalamus peuvent modifier la pression artérielle par l’intermédiaire des relais avec les centres du bulbe. Exemple : l’émotion, l’exercice physique, la température. 3- Les mécanismes chimiques Les substances chimiques se trouvant dans le sang influent sur la pression artérielle en agissant directement sur le muscle lisse vasculaire ou sur le centre vasomoteur. Parmi les agents les plus importants sont les hormones : 3-1- de la glande médullosurrénale 27 Chapitre 4 Système cardiovasculaire 3-2- L’ADH 3-3- Le système rénine-angiotensine-aldostérone 3-4- Le peptide atrial natriurétique Régulation hormonale de la pression artérielle Figure 25 : Régulation hormonale de la pression artérielle c.5.2 Régulation à long terme : La régulation à long terme est assurée par les reins. Le changement de la pression est détecté par les récepteurs osmotiques et barorécepteurs centraux et cardio-pulmonaires et agit sur la volémie. Ces récepteurs stimulent le système rénine Angiotensine qui modifie la pression artérielle (vu en haut). 28 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Figure 26 : mécanismes de régulation de la pression artérielle durant un choc hypovolemique d. Capillaires Les capillaires sont des vaisseaux sanguins microscopiques qui permettent l'échange de substances entre le sang et les cellules des tissus ; certains capillaires sont continus, tandis que d'autres sont fenestrés. Les capillaires se ramifient pour former un vaste réseau qui alimente un tissu. Ce réseau augmente la surface de distribution des substances échangées et accroît la vitesse de ces échanges. 29 Chapitre 4 Système cardiovasculaire d.1 Échanges capillaires Le système cardiovasculaire est chargé de maintenir l’écoulement sanguin dans les capillaires afin de permettre les échanges capillaires, soit les mouvements de substances entre l'intérieur et l'extérieur des capillaires. Bien que 5% seulement du volume sanguin se trouve dans les capillaires systémiques, c'est surtout ce sang qui permet les échanges avec le liquide interstitiel. Les substances entrent dans les capillaires et en sortent suivant trois mécanismes de base : 1) La diffusion 2) La transcytose 3) L’écoulement de masse 1) Diffusion La diffusion simple est le principal mécanisme qui permet les échanges capillaires. Des substances comme l'oxygène (02), le gaz carbonique (CO2), le glucose, les acides aminés et les hormones diffusent à travers les parois des capillaires en suivant leur gradient de concentration. 2) Transcytose Une petite quantité de substances traversent les membranes capillaires par transcytose (trans = par-delà). Au cours de ce processus, des substances du plasma sanguin sont emprisonnées dans de minuscules vésicules qui pénètrent dans les cellules endothéliales par endocytose et en sortent de l'autre côté par exocytose. Ce moyen de transport est surtout important pour les grosses molécules liposolubles qui ne peuvent traverser autrement les parois des capillaires. 3) Écoulement de masse L’écoulement de masse est un processus passif par lequel de grandes quantités d'ions, de molécules ou de particules, dissous ou en suspension dans un liquide, se déplacent ensemble dans la même direction. L’écoulement de masse s'effectue toujours d'une région où la pression est plus élevée à une autre où la pression est plus faible. e. Veines Les veinules sont de petites veines formées par l'union de plusieurs capillaires. 30 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Les veines sont constituées des trois mêmes tuniques que les artères, mais leurs tuniques interne et moyenne sont plus minces. La lumière d'une veine est également plus grande que celle d'une artère comparable. Les veines contiennent des valvules qui empêchent le sang de refluer. Ils constituent un réservoir sanguin (surtout les veines abdominales et les veines cutanées) et ramènent le sang vers le cœur (retour veineux) Figure 27 : présence des valves dans les veines Le sang parvient à remonter au cœur par: - Valvules des veines - Pompe musculaire (mouvements musculaires) - Pompe respiratoire (augmentation de la pression abdominale lors de l’inspiration) Figure 28 : pompe musculaire 31 Chapitre 4 Système cardiovasculaire 9. Maladies cardiovasculaires Les maladies cardio-vasculaires sont les maladies qui concernent le cœur et la circulation sanguine. a. L'infarctus du myocarde est une nécrose d'une partie du muscle cardiaque. On l'appelle le plus souvent une crise cardiaque. Il se produit quand une ou plusieurs artères coronaires se bouchent, les cellules du myocarde irriguées par cette (ou ces) artère(s) ne sont alors plus oxygénées. b. La valvulopathie cardiaque désigne divers dysfonctionnements des valves cardiaques. c. Athérosclérose : Terme utilisé pour désigner la perte d'élasticité des artères due à la sclérose provoquée par l'accumulation de corps gras (lipides, essentiellement cholestérol LDL) au niveau de la paroi des artères (l'intima) et intéressant avant tous les grosses et les moyennes artères. La variété de lipides concernée porte le nom d'athérome. d. L’hypertension artérielle est définie par une pression artérielle trop élevée. e. Varices : veines dilatées et tortueuses cause: insuffisance des valvules veineuses 10. Système lymphatique Le système lymphatique entier est un réseau complexe : organes lymphoïdes, tissus, vaisseaux et conduits. Les capillaires lymphatiques, les vaisseaux et les conduits ont uniquement une fonction de transport. Les organes lymphoïdes, les ganglions lymphatiques et les tissus sont responsables du traitement de la lymphe et éventuellement des mécanismes réactifs sur son contenu. 32 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Figure 29 : Système lymphatique Le système lymphatique s'étend partout dans l'organisme, comme le système circulatoire, commençant par un fin capillaire lymphatique dans les espaces interstitiels et présentant périodiquement des ganglions lymphatiques le long de son cours comme un système de filtration. Les ganglions lymphatiques sont particulièrement concentrés dans certaines régions de l'organisme, comme les surfaces de flexion des grosses articulations et dans le cou. Il est important de noter que chaque goutte de liquide interstitiel pris par un capillaire lymphatique, à n'importe quel endroit de l'organisme, passera par au moins une station de ganglions lymphatiques avant qu‘elle ne termine dans le système sanguin. Dans le ganglion lymphatique 2 actions principales sont entreprises : la lymphe est contrôlée sur des impuretés comme des bactéries ou autres antigènes et le clonage (multiplication) des lymphocytes activés. La lymphe est originaire du plasma sanguin qui a fui les capillaires sanguins dans les espaces interstitiels et en est devenu une partie. Le liquide en excès (qui n'a pas été réabsorbé par les capillaires sanguins) se répand finalement dans les capillaires lymphatiques et une fois à l’intérieur de ces vaisseaux lymphatiques il devient la «lymphe» (semblable dans sa composition au liquide interstitiel). La lymphe est transportée par le système lymphatique, elle est traitée par les ganglions lymphatiques et entre progressivement dans de plus grands vaisseaux lymphatiques pour finir dans : 33 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Le canal lymphatique droit (pour la lymphe de la partie supérieure du corps) Le canal thoracique (pour la lymphe de reste de l’organisme) Ces conduits s’écoulent alors dans le système circulatoire par les veines sous-clavières droites et gauches. Figure 30 : Circulation lymphatique Le drainage lymphatique est une aide ou un transport parallèle du système veineux. Les graisses et les homotoxines liposolubles, par exemple, ne peuvent pas être transportées vers le système veineux, ce transport ce fait donc via les vaisseaux lymphatiques. Les vaisseaux lymphatiques, contrairement aux vaisseaux sanguins qui transportent le sang via la pression cardiaque, transportent la lymphe passivement, aidés par un système de structures de valve (semblable à celles dans les veines) qui empêche le reflux et favorise un flux monodirectionnel des liquides vers le cœur. Fonctions Transport des liquides en excès des tissus de l'organisme Absorption des acides gras et leur transport au système circulatoire 34 Chapitre 4 Système cardiovasculaire Transport des homotoxines de l'espace extracellulaire ou de la matrice (MEC) vers le système sanguin Filtrage de la lymphe Production de cellules immunocompétentes (lymphocytes, monocytes et cellules productrices d’anticorps) Maladies Lymphatiques Lymphoedème Le lymphoedème est une accumulation de lymphe causant un gonflement. Le lymphoedème apparaît quand n'importe quelle facteur ou anomalie empêchent la lymphe d'être réabsorbée dans les capillaires veineux et/ou d'être drainée convenablement par les capillaires et par les vaisseaux lymphatiques. Éléphantiasis: obstruction des vaisseaux lymphatiques par un ver parasite Figure 31 : œdème lymphatique 35