Syllabus Cardiovasculaire PDF - Physiologie du Système Cardiovasculaire - Dr. Fanny Hontoir - Oct-Nov 2023

Q1- 2023 Physiologie du système cardiovasculaire Dr. Fanny HONTOIR DMV, MSc, PhD Table des matières Situations cliniques....................................................................................................................................

Q1- 2023 Physiologie du système cardiovasculaire Dr. Fanny HONTOIR DMV, MSc, PhD Table des matières Situations cliniques....................................................................................................................................................... 2 Objectifs........................................................................................................................................................................ 3 Moyens d’apprentissage............................................................................................................................................... 3 Evaluation..................................................................................................................................................................... 3 Organisation générale du système cardiovasculaire – flux sanguin.............................................................................. 4 Le cœur et le débit cardiaque.....................................................................................................................................12 Les capillaires – lieu d’échange...................................................................................................................................14 Les contractions cardiaques : des contractions pas comme les autres.......................................................................17 Un potentiel d’action des cardiomyocytes : un potentiel pas comme les autres....................................................... 21 Les contractions cardiaques : 2 pacemakers – 1 seule fréquence..............................................................................24 Un examen clinique : l’électrocardiogramme, une fenêtre sur l’activité électrique du cœur....................................27 La révolution !...cardiaque..........................................................................................................................................29 La fonction cardiaque – pump it up !..........................................................................................................................34 Résistance vasculaire périphérique et loi de Poiseuille...............................................................................................37 Les capillaires – lieu d’échange - loi de Fick................................................................................................................40 Les capillaires – lieu d’échange - loi de Starling..........................................................................................................41 Le système lymphatique et le flux de liquide interstitiel.............................................................................................42 Contrôle du flux sanguin – régulation intrinsèque......................................................................................................43 Altération du flux sanguin et conséquences...............................................................................................................46 Contrôle du flux sanguin – régulation extrinsèque.....................................................................................................48 Le sang – une suspension d’intérêt clinique...............................................................................................................52 Hémostase et coagulation..........................................................................................................................................56 Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 1  SVETB218 – Physiologie animale I Physiologie du système cardio-vasculaire - Dr. F. Hontoir En bloc2, à travers les unités d’enseignement SVETB218 et SVETB219, vous abordez l’apprentissage de la physiologie cellulaire (Prof. Alice Dennis) et la physiologie des systèmes cardiovasculaire, respiratoire, digestif et endocrinien. Les apprentissages de la physiologie cellulaire et des systèmes cardiovasculaire et respiratoire font partie des apprentissages du Q1 (= SVETB218). Les informations relatives au système cardio-vasculaire sont développées dans ce syllabus. Un autre syllabus fera l’objet des informations relatives au système respiratoire. Situations cliniques Voici quelques exemples de situations cliniques auxquelles les vétérinaires sont confrontés dans leur pratique et dont l’origine peut être liée à une atteinte du système cardio-vasculaire :  Lors de la consultation vaccinale, un client vous dit que son chien de 13 ans devient paresseux : il a de plus en plus de mal à le suivre lorsqu’il fait son jogging. Il se dit que c’est de l’arthrose.  Un éleveur de chien vient faire vacciner et pucer sa portée de chiot avant de les vendre. A l’auscultation cardiaque, vous entendez un bruit anormal sur l’un des chiots (souffle cardiaque). L’éleveur s’inquiète.  Un ami vous amène un chat trouvé sur le bord de la route, couvert de sang. Il vous demande si vous pouvez faire quelque chose.  Lors d’une chirurgie de stérilisation d’une chienne (ovario-hystérectomie), vous peinez à réaliser la ligature des vaisseaux ovariens. L’animal perd beaucoup de sang. Vous vous inquiétez.  Votre cousin vous appelle pour son chien car il est couvert de tiques et depuis quelques jours n’est pas en forme.  Vous réalisez le suivi clinique d’un chien qui a eu la piroplasmose. Vous analysez sa prise de sang. Son hématocrite est toujours bas (15). Cependant, un autre élément sur la prise de sang vous rassure.  Un éleveur de bovin vous appelle car l’une de ses vaches est mal en point. Elle ne rumine plus, elle semble faible. Ces dernières semaines, il a retrouvé beaucoup de déchets dans ses prairies (cannettes, entre-autre).  Quelques heures après avoir réalisé une césarienne, vous êtes appelés par l’éleveur de vache du village. Le veau est faible. Il tête très peu (quelques secondes, puis s’arrête).  Un jeune propriétaire de cheval vous demande si c’est normal de voir la peau du cou bouger lorsque son cheval mange, la tête en bas. Vous lui expliquez qu’il s’agit du pouls veineux jugulaire.  Vous êtes appelés car l’étalon du manège a les jambes et le fourreau gonflés. Le propriétaire pense que son cheval s’est fait piquer par des abeilles. En effet, le voisin possède des ruches. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 2 Objectifs Par les activités d’enseignement et les supports didactiques, l’étudiant acquerra les connaissances et compétences essentielles pour comprendre le fonctionnement normal du système cardio-vasculaire, mais aussi pour comprendre le mécanisme et/ou l’origine des anomalies principales de ce système. Ces bases doivent vous permettre d’aborder la pathologie animale (médecine interne – partie cardiologie/hématologie) envisagée lors de votre cursus de Master. Les objectifs d’apprentissage sont les suivants. Liste d’objectifs – la liste sera complétée avec les chapitres suivants. Acquis ? Décrire les rôles principaux du système cardio-vasculaire + donner un exemple concret Décrire les particularités des deux circulations sanguines Décrire les particularités des différents vaisseaux sanguines (i.e. nombre, diamètre, contenu,…) Comprendre et décrire la révolution cardiaque. Décrire l’origine des bruits cardiaques audibles et les relier aux étapes de la révolution cardiaque Décrire l’activité électrique du cœur et la mettre en relation avec l’examen clinique correspondant, l’ECG (électrocardiogramme). Être capable de mesurer une fréquence cardiaque : sur un ECG, un phonogramme cardiaque ou encore sur un être vivant Comprendre et décrire l’origine d’un souffle cardiaque (l’associer à la phase de révolution cardiaque, à l’activité électrique du cœur) Décrire l’origine de la fréquence cardiaque (pacemaker) et les facteurs l’influençant Décrire la contraction des cardiomyocytes et leurs particularités Décrire le débit cardiaque et les facteurs limitant son augmentation Décrire les mécanismes d’échanges ayant lieu au niveau des capillaires et leurs facteurs d’influence Décrire les mécanismes intrinsèques permettant le contrôle du flux sanguin à travers un organe Décrire les mécanismes extrinsèques permettant le contrôle du flux sanguin à travers un organe Décrire ce qu’est l’hématocrite et pouvoir la mesurer Décrire les mécanismes mis en place lors d’hémorragie externe aiguë (en fonction du volume perdu) Calculer le % de sang perdu par un animal lors d’hémorragie externe et en déduire les réactions systémiques Connaitre les différentes étapes de l’hémostase, décrire les éléments déclencheurs et les intervenants d’intérêt clinique Certains des objectifs seront réalisés lors des exercices de TD (actes, par exemple), d’autres sont des connaissances développées dans le syllabus. Moyens d’apprentissage L’étudiant bénéficiera des moyens suivants pour atteindre les objectifs du cours : les supports didactiques déposés sur Webcampus, les explications en auditoire, ainsi que les supports didactiques et exercices proposés durant les séances de TD/TP. Evaluation La matière de physiologie du système cardio-vasculaire fait partie de l’examen de physiologie animale (SVETB218). Les acquis théoriques et pratiques seront évalués lors d’un examen oral, ayant lieu en fin de période (Janvier). Si vous détectez des coquilles dans ce syllabus, n’hésitez pas à m’en faire part. Il me reste à vous souhaiter : Bon travail ! Dr. Fanny Hontoir Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 3 Organisation générale du système cardiovasculaire – flux sanguin Le système cardiovasculaire est un élément indispensable pour la vie et la santé animale. Ce système est constitué de tuyaux (vaisseaux), et d’une pompe (cœur) qui déplace le sang à travers le corps. Ceci permet : - le transport : - l’apport d’éléments essentiels au fonctionnement normal des différentes cellules du corps, tels que l’oxygène, les nutriments (glucose, acides aminés, acides gras), les électrolytes. - l’évacuation des déchets métaboliques depuis les cellules (CO2, acide lactique, dérivés azotés des protéines) vers les organes de transformation et d’excrétion des déchets (foie, rein) Par ces activités de transport, il fait le lien entre les systèmes corporels. - la communication entre les organes (hypophyse -> hypothalamus -> gonades) et l’envoi de signaux aux cellules corporelles (l’insuline libérée par le pancréas, dans la circulation sanguine, favorisera l’entrée de glucose dans les cellules). - la thermorégulation : Les vaisseaux les plus superficiels permettent l’évacuation de la chaleur corporelle liée au métabolisme cellulaire. L’importance du système cardiovasculaire se mesure par les dégâts qu’un arrêt de ce système peut provoquer : en l’espace de quelques minutes, un arrêt cardiaque provoque des dégâts irréversibles au niveau d’organes clés tels que l’encéphale. Le système cardio-vasculaire adapte son activité en permanence, selon les besoins des tissus. Lors d’exercice physique, la distribution du flux sanguin sera en faveur des muscles (pour permettre une oxygénation et une évacuation des déchets produits par l’exercice), tandis qu’après un bon repas, le sang sera principalement envoyé vers le système digestif (en vue de récupérer un maximum de nutriments). Lorsqu’on se place au niveau des tissus, on parle de ‘perfusion tissulaire’, c’est-à-dire, l’apport en oxygène et nutriments nécessaire au bon fonctionnement du tissu considéré. L’insuffisance de perfusion tissulaire aura des conséquences cellulaires (mort/nécrose cellulaire, par exemple) et des conséquences visibles sur le plan clinique (manque de performance chez le cheval d’obstacle, par exemple). Le système cardio-vasculaire est aussi appelé système circulatoire (latin circulatio, mouvement circulaire), en référence au mouvement continu du sang qui circule dans les vaisseaux. Ce mouvement n’a pas de début ni de fin, c’est une boucle ‘continue’. En Anglais, on oppose le terme ‘circulatory’ au terme ‘tidal’ (marée). Le terme ‘tidal’ correspond à un mouvement d’aller-retour sur les mêmes voies de passage (comme pour l’air qui entre et sort des voies respiratoires, à l’inspiration et à l’expiration). Au cours de splanchnologie et d’embryologie, vous avez appris que le cœur est divisé en 4 chambres : les oreillettes gauche et droite, et les ventricules gauche et droit. Chaque chambre atriale communique avec chaque chambre ventriculaire par un orifice muni de valves (valves auriculo-ventriculaires). Chaque chambre ventriculaire est reliée à une des circulations par un orifice muni de valves : - valve aortique : entre le ventricule gauche et l’aorte - valve pulmonaire : entre le ventricule droit et le tronc pulmonaire. Chez les animaux domestiques, le positionnement du cœur dans la cavité thoracique est tel que la partie droite est plus crâniale (en avant), et la partie gauche plus caudale (en arrière). Ci-dessous, une schématisation de la séparation (en gris) entre le cœur gauche et le cœur droit. Le système vasculaire est fait de 2 systèmes qui se suivent : - la circulation pulmonaire : qui permet l’oxygénation du sang et l’évacuation du CO2 - la circulation systémique : qui envoie le sang oxygéné aux différents organes/systèmes et ramène le sang vicié vers le cœur. Le sang circule dans une circulation puis dans l’autre (systèmes ‘en série’). Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 4 Organisation du système cardiovasculaire : Distribution du volume sanguin entre les différents systèmes % Circulation centrale (pulmonaire) 25 Circulation systémique (périphérique) 75 Les artères amènent le sang vers l’organe (poumons, muscles, peau, os, encéphale, …). Elles se ramifient en artérioles, puis forment un réseau de capillaires. Ces derniers sont des vaisseaux de très faible diamètre. Ils ont la paroi la plus fine du système vasculaire. Ensuite, les capillaires se regroupent en veinules, puis en veines, qui acheminent alors le sang depuis les organes vers le cœur. Distribution du sang au sein des différents vaisseaux % Artères et artérioles 15 Capillaires 5 Veines et veinules 80 Au niveau des capillaires, le diamètre est tellement fin que les globules rouges (érythrocytes) doivent passer en file, un peu comme les voitures qui passent à une zone de péage. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 5  Si on suit ce schéma classique, l’organe (muscle, peau, os, …) est le siège d’un réseau capillaire, reçoit du sang ‘oxygéné’, et est le point de départ de sang ‘vicié’ (chargé de CO2, désoxygéné). Dans cet exemple, on a simplifié la situation, en se limitant à l’apport d’O2 et l’évacuation du CO2, mais ce principe est valable pour tout autre molécule (électrolyte, nutriment) d’intérêt pour les cellules de l’organe. Cependant, pour certains organes, ce schéma est modifié et le réseau capillaire débouche sur un élément différent. - la circulation ‘splanchnique’ : au niveau du système digestif, le réseau capillaire (qui récolte les nutriments absorbés par la paroi du tube digestif) se réunit en une veine : la veine porte. Elle entre dans le foie et se ramifie en un réseau capillaire : à ce niveau le but est que le foie soit informé des éléments absorbés. Il peut les transformer, les stocker, , ou les autoriser à passer dans le reste de la circulation. Ce système s’appelle : le système porte hépatique. Ce sang qui entre dans le foie, est un sang peu oxygéné (puisqu’il vient de passer dans la paroi des intestins, et donc il vient d’oxygéner les cellules du tube digestif). Le foie reçoit aussi, comme tout organe, du sang oxygéné, qui lui vient de l’artère hépatique (qui donne, un réseau capillaire classique, dédié à l’oxygénation du foie). Le foie reçoit donc deux ‘types’ de sang : du sang désoxygéné (mais chargé en nutriments) provenant des intestins et du sang oxygéné (provenant de l’artère hépatique). La voie entérale… L’administration de médicament peut se faire par injection (intramusculaire, intraveineuse), etc. Il existe aussi une voie : la voie entérale = voie orale. Si votre chat a une fracture du fémur, il est possible de lui administrer un antidouleur. Administrer cet antidouleur par voie orale/entérale, cela signifie que l’on administre, tant bien que mal, un médicament à votre chat, en lui mettant au fond de la gueule et en espérant qu’il l’avale. Si vous y arrivez, ce Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 6 médicament va traverser le tube digestif, subir les mêmes traitements que l’alimentation pourrait subir (acide gastrique, sucs pancréatiques, bile, …). Ensuite, il sera absorbé au niveau de la paroi de l’intestin, arrivera dans les capillaires, puis sera acheminé, via la veine porte, jusqu’au foie. A ce niveau, le foie aura la possibilité de le transformer (action des enzymes hépatiques), ou de le laisser passer dans la circulation sanguine tel quel. Il passera alors dans la veine cave et rejoindra ainsi le reste du corps via la circulation pulmonaire puis systémique et atteindra ainsi sa cible (muscle du dos, os, etc). Vous voyez donc, en lisant ce paragraphe que : - un médicament administré par voie orale doit parcourir un long chemin avant d’arriver à sa cible - un médicament administré par voie orale pourrait être modifié / dégradé avant d’arriver à sa cible…ou pourrait ne jamais atteindre sa cible. -> Application en industrie pharmaceutique : développer un médicament administré oralement implique certains challenges pour que celui-ci atteigne sa cible sans être modifié. - la circulation sanguine du rein : L’artère rénale donne naissance à deux réseaux capillaires successifs (un réseau glomérulaire et un réseau tubulaire) qui permettent au rein d’adapter la composition de l’urine en fonction des conditions (déshydraté, par exemple), et de jouer ainsi son rôle d’excrétion, de régulateur de l’équilibre hydrique-électrolytique, entre-autre. - la circulation sanguine au niveau de l’axe hypothalamo-hypophysaire : L’hypothalamus et l’hypophyse sont deux éléments du système nerveux qui travaillent de concert. Un premier réseau capillaire est formé au niveau de l’hypothalamus, les veinules se rassemblent, rejoignent l’hypophyse où se forme un 2ème réseau capillaire. Ceci permet de transférer directement des hormones produites par l’hypothalamus à l’hypophyse, pour la stimuler/l’inhiber dans sa production d’hormones (hormones qui ont des effets sur des organes tels que les gonades, la surrénale, …). Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 7 Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 8 Ci-dessous, voici le trajet qu’effectuerait un volume donné de sang. Pour faciliter la compréhension, les vaisseaux seront dessinés progressivement sur le schéma, afin d’arriver à une vue complète du cœur avec ses vaisseaux afférents (qui arrivent sur le cœur) et efférents (qui partent du cœur). Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 9 NB : Il s’agit d’une représentation schématique, d’un modèle. Comme tout modèle, il s’agit d’une représentation légèrement tronquée de la réalité/ qui contient des simplifications. Dans ce modèle, l’origine du tronc pulmonaire (qui envoie le sang vers les poumons) a été légèrement déplacée pour être visible sur le schéma. Observez qu’au cours des différentes étapes, des valves (ouvertures) s’ouvrent et se ferment. La fermeture des valves est due au mouvement d’une petite quantité de sang qui les repousse, ce petit mouvement est turbulent. C’est ce mouvement qu’on entend à l’auscultation (Boum Pa). Un flux laminaire de sang (aucune turbulence) n’est PAS audible. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 10 Notez que les contractions des ventricules sont simultanées : le sang est donc simultanément éjecté du cœur par l’aorte et par le tronc pulmonaire lors d’une contraction des ventricules (=appelée systole ventriculaire). Les 2 circulations en série (circulation pulmonaire et systémique) se croisent au niveau du cœur, sans se mélanger (chez l’adulte normal). Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 11 Le cœur et le débit cardiaque La pompe cardiaque fait avancer, à chaque contraction, une quantité de sang donnée (volume d’éjection systolique, VES). Le nombre de contractions par minute est connue, en pratique, sous le nom de fréquence cardiaque (FC, en battements par minute ‘bpm’). En combinant fréquence cardiaque et volume d’éjection systolique, on obtient le débit cardiaque. Débit cardiaque = fréquence cardiaque x volume d’éjection systolique Au niveau de la circulation systémique, sur la quantité de sang éjectée à chaque contraction à travers l’aorte :  20% est dédiée aux viscères abdominaux  20% pour les reins  20% pour les muscles squelettiques  15% pour l’encéphale  5% pour le cœur lui-même (pour alimenter ses propres cellules (cardiomyocytes) ..% vont à la peau, aux os. Lorsque le cœur se contracte, la pression au sein de l’aorte arrive à un pic : la pression systolique (~120mmHg). Le moment où la pression est minimale (juste avant la contraction suivante) est appelée pression diastolique (~80mmHg). La variation de pression suit une courbe pulsatile asymétrique, ce qui mène à une moyenne proche de 98mmHg. Au niveau des veines (i.e. veine cave qui ramène le sang des organes vers le cœur), la pression est moindre. En effet, la pression au niveau de l’aorte est une force qui pousse le sang au sein des vaisseaux. Cependant, suite à la friction contre les parois des vaisseaux, cette force se dissipe peu à peu, avec la distance, menant à une pression de 3mmHg au niveau de la veine cave. La pression de perfusion (=pression d’entrée – pression de sortie) au sein de la circulation systémique est égale à 95mmHg (=98-3). Au niveau du tronc pulmonaire (artère pulmonaire), la pression varie de20mmHg lors de la systole à 8mmHg lors de la diastole (diastole =relaxation des ventricules), avec une pression moyenne de 13mmHg. La pression au niveau des veines pulmonaires (à l’entrée de l’auricule gauche) est de 5mmHg. Dès lors au sein de la circulation pulmonaire, la pression de perfusion est de ……… mmHg. Sur base de ces calculs, vous voyez que la pression de perfusion de la circulation pulmonaire est moins élevée que la pression de perfusion de la circulation systémique. Ceci s’explique par la résistance au flux au sein des deux circulations. En effet, la résistance au sein de la circulation pulmonaire (et donc les forces de frictions – dissipation) est moins élevée que la résistance au flux dans la circulation systémique. Ceci est dû à la densité des tissus traversés et la longueur des vaisseaux de chaque circulation (ceci sera revu plus tard, avec la loi de Poiseuille). Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 12 Pour permettre au cœur de toujours envoyer le même volume de sang dans les deux circulations, la pression/ la force de contraction développée par le ventricule gauche doit être supérieure à celle du cœur droit. S’il y avait une différence entre les volumes, on aurait des ‘embouteillages’ dans une circulation, et des ‘vides’ dans l’autre circulation. La circulation systémique est appelée une circulation à pression élevée et résistance (friction) élevée (high pressure – high resistance circulation), tandis que la circulation pulmonaire est à ‘pression basse, friction basse’ (low pressure – low resistance circulation). Les érythrocytes (globules rouges) : ont une taille de 7.5µm…ils doivent donc passer en file indienne au niveau des capillaires En pratique, on réalise un test appelé le ‘test de remplissage capillaire’. Il s’agit d’appuyer sur la muqueuse (gingivale) avec son doigt afin de ‘pousser’ le sang hors des capillaires. Lorsqu’on retire son doigt, la muqueuse reprend une couleur rosée. Ce test est uniquement réalisé au niveau d’une muqueuse non pigmentée (puisqu’à ce niveau, la couleur dépend du passage du sang dans les capillaires qui la traversent). Le TRC normal doit être inférieur à 2 secondes. En effet, après avoir relâché la pression, le flux sanguin est restauré, la muqueuse reprend sa couleur rose, normale. Un temps prolongé est signe d’une mauvaise perfusion de la muqueuse (ce qui est révélateur d’une mauvaise circulation. H. Amaury Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 13 L’évaluation de la couleur des muqueuses (buccale, palpébrales, vulvaire) est un acte qui fait partie intégrante de l’examen général d’un animal. Une altération de la couleur des muqueuses peut apparaitre, par exemple, lors de fièvre (syndrome d’origine variée), de problème de coagulation, d’hémorragie, de problème endocrinien (foie, rein). Les muqueuses peuvent alors prendre une couleur plus rouge, bleue (cyanosée/désoxyhémoglobine), ou encore jaune. Ci-contre : évaluation de la muqueuse de la conjonctive palpébrale F.Hontoir et de la 3ème paupière chez le cheval. Les capillaires – lieu d’échange Le transport de substances à travers le corps est réalisé par le flux sanguin et la diffusion. Le flux sanguin est provoqué par les contractions cardiaques. Celles-ci sont à l’origine de la pression appelée pression hydrostatique. Le flux du cœur vers un organe (muscle par exemple) n’est possible que s’il existe une différence de pression entre le cœur et le muscle. Cette différence de pression entre deux points du système vasculaire est appelée différence de pression de perfusion, ou plus simplement pression de perfusion. Cette pression produite par le cœur est la force motrice du sang. La diffusion (passage de molécules du sang vers le liquide interstitiel, et inversement) dépend de la différence de pression transmurale (qu’on appelle aussi ‘pression transmurale’). Cette dernière est la différence entre la pression sanguine à l’intérieur du vaisseau et la pression liquidienne au niveau du tissus, juste autour du vaisseau (liquide interstitiel). La pression transmurale correspond à la pression qui ferait passer le sang hors du vaisseau si celui-ci était percé d’une fine ouverture (ici on considère que la pression est plus importante dans le vaisseau et plus faible du côté de l’espace interstitiel). Eau corporelle : 55-60% poids corporel ≈2/3 ≈1/4 ≈1/13 Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 14  A B C D Pression de perfusion = A - B Pression transmurale = C – D La diffusion est un phénomène lent. Elle a donc lieu au niveau des capillaires (vitesse réduite de passage), pas au niveau des vaisseaux ‘de transport’ (artères/artérioles, veines/veinules) et dépend de la concentration de la substance concernée. A un endroit donné, la diffusion peut donc aller dans un sens pour une molécule et dans l’autre pour une molécule différente. Par exemple, au niveau du muscle en action (besoins x40 selon l’exercice), le CO2 produit s’accumule, tandis que l’O2 est consommé. Le sang qui arrive au niveau de ce muscle est un sang oxygéné et qui contient peu de CO2 : ceci permet l’échange de gaz : l’oxygène va du sang vers le muscle (flèche noire ‘diffusion’ du schéma), tandis que le CO2 va du muscle vers le sang (sens opposé). Le sang qui repart du muscle est dès lors chargé en CO2 et pauvre en O2. Les détails concernant les échanges et transport de l’O2 et du CO2 sont développés dans le cours sur le système respiratoire. La diffusion a lieu uniquement si la paroi est perméable à la substance considérée (gaz, molécule, …). C’est un phénomène lent. Cela explique que les cellules qui ont des besoins métaboliques élevés et peu de réserve (i.e. neurone de l’encéphale) ont besoin d’être proche d’un capillaire pour assurer leur bon fonctionnement. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 15  Fig. General layout of the cardiovascular system, showing that the systemic and pulmonary circulations are arranged in series and that the organs within the systemic circulation are arranged in parallel. Oxygenated blood has a bright-red color; deoxygenated blood is darker and bluish red. The drawing also shows that, if an open tube containing mercury (black) were stuck into the aorta, the normal blood pressure within the aorta would push mercury nearly 100 mm upward into the tube, at which point the upward force of the blood pressure would be equalized by the downward force of gravity acting on the mercury. In contrast, the blood pressure in the venae cavae is much lower (typically about 3 mm Hg), as illustrated on the left side of the drawing. LA, Left atrium; LV, left ventricle; PA, pulmonary artery; PV, pulmonary vein; RA, right atrium; RV, right ventricle. La recherche sur les métastases des tumeurs primaires implique notamment de s’intéresser aux mécanismes permettant à la tumeur primaire d’envoyer des cellules vers d’autres organes. La question implique de comprendre les phénomènes qui permettent à la cellule tumorale-métastatique de se déplacer à travers le système sanguin, sans se faire attaquer par le système immunitaire de son hôte, (ou encore à travers le système lymphatique), mais aussi de décrire les signaux envoyés par la tumeur primaire vers le futur site de métastase pour que ce site accueille les cellules tumorales métastatiques. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 16 Les contractions cardiaques : des contractions pas comme les autres Le cœur est un muscle particulier. L’origine de la contraction est liée à l’activité autonome d’un pacemaker (groupe de cellules qui se dépolarisent spontanément). Ses myofibrilles sont connectées les unes aux autres (disques intercalaires et gap junction). Cette connexion permet au potentiel d’action de sauter de cellules en cellules pour provoquer la contraction de l’entièreté du cœur, selon un schéma particulier et toujours le même (en situation physiologique). Ces connexions entre cellules impliquent que la dépolarisation d’une seule cellule jusqu’à son seuil peut entrainer la contraction de l’ensemble du cœur. Muscle strié squelettique Muscle cardiaque -> cellules pacemaker + cardiomyocyte ère 1 étape : un potentiel d’action est généré au Pas besoin de motoneurone pour initier les battements niveau du motoneurone somatique cardiaques - spontané Libération d’acétylcholine (ACh) Pas besoin de neurotransmetteur pour réaliser la contraction Activation des récepteurs cholinergiques Pas d’activation de récepteur, un cœur dénervé continue de nicotiniques sur la membrane post-synaptique battre du muscle Ouverture des canaux à Sodium (ligand-gated Les canaux sodiques du pacemaker s’ouvrent spontanément sodium channels…ligand = ACh) (et les K+ se ferment) au niveau de la membrane des cellules du pacemaker Dépolarisation de la membrane de la cellule La membrane se dépolarise jusqu’au seuil de potentiel musculaire jusqu’à atteindre un seuil d’action Potentiel d’action se propage dans la cellule Le potentiel d’action de la cellule pacemaker se propage de ciblée, pas chez les voisines. cellules en cellules à travers tout le cœur et active les cardiomyocytes Pas de canaux calciques lents Durant le potentiel d’action du Calcium extracellulaire traverse les canaux calciques lents et entre dans les cardiomyocytes Libération de Calcium du réticulum Cette entrée de calcium stimule la libération de calcium sarcoplasmique et fixation sur la troponine supplémentaire de la part du réticulum sarcoplasmique. Le calcium se fixe à la troponine. Les sites de fixation de l’actine sont disponibles Idem pour les ponts actine-myosine Les cycles génèrent la force contractile Idem Le muscle se contracte, le calcium est récupéré Le muscle se contracte entièrement et le calcium est par le réticulum sarcoplasmique (retour à la récupéré par le réticulum sarcoplasmique et pompé hors de situation initiale) la cellule (retour à la situation initiale) Déroulement du PA = très rapide (1-2msec) Déroulement du PA : relativement lent (200msec) avec période réfractaire absolue ++ Le pacemaker initial se trouve dans la paroi de l’atrium droit, près de l’abouchement de la veine cave (nœuds sino- auriculaire) Les cellules qui le composent initient la contraction par dépolarisation spontanée de ces cellules, jusqu’au seuil de potentiel d’action. L’atrium gauche et l’atrium droit se contractent (le potentiel d’action de propage rapidement). Ensuite, le potentiel d’action se propage plus lentement au niveau du nœuds auriculo-ventriculaire (faisceau de His). Ce trajet est le seul possible pour le potentiel d’action. La conduction à ce niveau est lente (contrairement à celle au niveau des atria). Cette lenteur (50-150msec pour passer des atria au ventricule) est responsable du décalage entre les contractions de ces parties du cœur. La contraction des ventricules a lieu lorsque Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 17 le potentiel d’action arrive à l’apex (pointe) du cœur et remonte par les fibres de Purkinje (rapides). Après la contraction des ventricules, le myocarde se relâche (et les cavités ventriculaires se remplissent de sang). Ce système de conduction cardiaque est constitué de cellules cardiaques et non de neurones ! Schéma illustrant le tissu nodal cardiaque et mettant en évidence la trabécule septo-marginale au niveau du ventricule droit (6). 1 : nœuds sino-auriculaire 2 : nœuds auriculo-ventriculaire 3 : faisceau atrio-ventriculaire 4 et 5 : faisceau de Hiss se prolongeant dans la paroi des ventricules par les fibres de Purkinje A ces contractions organisées des atria et ventricules, s’ajoute l’ouverture et la fermeture des valves (valves auriculo-ventriculaires, valve aortique/pulmonaire). La systole auriculaire permet d’évacuer le sang des oreillettes vers les ventricules. Durant cette phase, les valves aortiques et pulmonaires sont fermées tandis que les valves auriculo-ventriculaires sont ouvertes. Lors de la systole ventriculaire, le sang des ventricules est envoyé vers la circulation systémique et pulmonaire (grande et petite circulation). Durant cette phase, les valves auriculo- ventriculaires sont fermées tandis que les valves aortique et pulmonaire sont ouvertes. Lors de la diastole ventriculaire, le myocarde ventriculaire se relâche, les orifices auriculo-ventriculaires sont ouverts afin de laisser les ventricules se remplir de sang. Les valves aortique et pulmonaire sont fermées. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 18 Fig. The conduction mechanism of the heart. A The heart at rest. B The sinoatrial node fires and impulses spread across the atria, which contract. C The atrioventricular node fires, sending impulses along conducting fibres into the ventricles, causing them to contract. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 19 Essayez de replacer chaque étape de conduction/dépolarisation avec les étapes des contractions cardiaques (et du flux sanguin associé) dessinées ci-après. Correspond au bruit B1 ou B2 ? Correspond à l’image B ou C de la page précédente ? Correspond à l’image B ou C de la page précédente ? Correspond au bruit B1 ou B2 ? Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 20 Un potentiel d’action des cardiomyocytes : un potentiel pas comme les autres Le potentiel d’action au niveau du cœur est largement plus long (200 msec) que celui qui se déroule au niveau des muscles striés squelettiques (1-2msec). Vous avez vu, lors des cours de physiologie cellulaire ce qu’est un potentiel d’action avec des exemples pour les cellules neuronales et musculaires. Le potentiel d’action consiste en une variation particulière de la différence de potentiel membranaire. Cette variation apparait localement, puis se propage le long de la membrane plasmique. Vous avez aussi vu comment se réalise la contraction des cellules musculaires striées squelettiques. Rappel muscle strié squelettique : Le potentiel d’action du muscle strié squelettique se caractérise par la dépolarisation de la membrane cellulaire, suite à des stimulations excitatrices, provenant de neurones pré- synaptiques. Si la dépolarisation est suffisante (et dépasse le seuil), un potentiel d’action est généré : les canaux sodium et potassium s’ouvrent, à des vitesses différentes (Les canaux Na+ s’ouvrant plus vite que les canaux K+): - Suite à l’ouverture rapide des canaux Na+, le gradient chimique du sodium force ce dernier à entrer dans la cellule, et à intensément modifier le potentiel de membrane (dépolarisation intense). Progressivement, ces canaux se referment (ceci est lié à la dégradation du neurotransmetteur qui a initié l’ouverture des canaux). - L’ouverture plus lente des canaux K+ et la fermeture concomitante progressive des canaux Na+. Ceci induit une repolarisation de la cellule car les ions K+ sortent de la cellule (suivant leur gradient chimique), ce qui diminue le nombre de charges positives dans la cellule, et mène à la repolarisation de la membrane, suite à une hyperpolarisation. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 21 La dépolarisation intense de la membrane de la cellule musculaire striée squelettique produit un potentiel d’action qui se propage le long de la membrane. Ce potentiel d’action, lorsqu’il arrive dans des zones spécifiques de la membrane (replis connectés aux tubules T) induit la libération de calcium du reticulum sarcoplasmique vers le cytosol, et in fine la contraction de la fibre musculaire (mécanisme actine-myosine-troponine vu au cours du Prof. A. Dennis) La ligne de potentiel d’action (ci-dessous à gauche) est donc la résultante des variations de perméabilité membranaire à des ions individuels (ci-dessous à droite). Rappel des compositions des milieux intra- et extra- cellulaires. Ceci vous permet de comprendre le sens du passage des ions lorsqu’un canal ionique s’ouvre au niveau de la membrane. Le potentiel d’action et contraction des cardiomyocytes : Au niveau des cellules cardiaques, les canaux K+ sont ouverts, au repos, tandis que les canaux Na+ sont fermés. La perméabilité membranaire au potassium est donc plus importante que la perméabilité au sodium (à droite, ci- dessous). Les canaux calciques sont fermés. Lorsque le seuil de dépolarisation est atteint, le potentiel d’action est généré (ci-dessous à gauche) et correspond à l’ouverture des canaux sodiques (pic ‘rouge’ de perméabilité, à droite) et la dépolarisation intense de la membrane (pic noir à gauche). Les canaux sodiques ont une durée d’ouverture courte (rapides). Ils se referment donc rapidement (comme pour la cellule musculaire), ce qui donne un pic (de perméabilité et de dépolarisation) de courte durée. Entre-temps, les canaux potassiques (lents) se sont enfin fermés, ce qui freine la repolarisation de la cellule (à gauche : plateau incliné qui suit le pic de dépolarisation). Ce ralentissement de la repolarisation est lié à la fermeture des canaux potassiques ET à l’ouverture des canaux calciques (lents) qui font ainsi entrer du calcium extracellulaire Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 22 dans la cellule (au niveau du cytosol). Après stimulation ces deux types de canaux retrouvent lentement leur état initial : les canaux potassiques se ré-ouvrent, tandis que les canaux calciques se referment. ! perméabilité vs SENS de passage des ions et effet sur la ddp membranaire ! Na+ K+ Ca++ K+ Il faut noter que la dépolarisation de la membrane induit deux phénomènes responsables de l’augmentation du calcium cytosolique : (1) l’ouverture de canaux calciques au niveau de la membrane et (2) la libération de calcium (du réticulum sarcoplasmique vers le cytosol = ‘calcium-induced calcium release’). Cet afflux de calcium au niveau du cytosol induit la contraction de la fibre musculaire. Le calcium est ensuite pompé activement dans le réticulum sarcoplasmique et vers l’extérieur de la cellule, ce qui ramène la concentration cytosolique en calcium à la valeur de base et, avec la réouverture des canaux potassique, permet la repolarisation de la membrane… et donc la relaxation musculaire. Il existe une autre différence entre les cellules musculaires cardiaques et les cellules striées squelettiques : la durée d’inactivation des canaux sodique. En effet, après stimulation, les canaux sodiques restent insensibles à toute stimulation jusqu’au moment où le potentiel membranaire est presque revenu à la normale. Cette période réfractaire est longue chez le muscle strié cardiaque (tandis qu’elle est très courte pour le muscle strié squelettique). Cette période réfractaire permet d’un point de vue biologique d’empêcher une nouvelle contraction tant que les fibres ne se sont pas relâchées et donc, tant que du sang n’est pas venu re-remplir les cavités cardiaques. PA = potentiel d’action, Ctr = contraction qui fait suite à ce potentiel d’action (twitch, contraction unitaire) Ctr soutenue = succession de PA permettant de maintenir une contraction continue Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 23 Les contractions cardiaques : 2 pacemakers – 1 seule fréquence Le cœur possède 2 zones pacemaker, c’est-à-dire 2 zones où les cellules dépolarisent naturellement jusqu’à atteindre le seuil de potentiel d’action (sans intervention externe, sans stimulation). Il existe un pacemaker au niveau du nœuds sino-auriculaire et un au niveau du nœuds auriculo-ventriculaire. Cette dépolarisation spontanée, s’observe par un potentiel de membrane au repos qui augmente progressivement jusqu’au seuil de potentiel d’action. Les canaux potassiques sont fermés, ce qui augmente progressivement la dépolarisation membranaire. De plus, les canaux sodiques sont différents de ceux des autres cellules musculaires du cœur (Canaux sodique du pacemaker) : ils se ferment durant le potentiel d’action est s’ouvrent progressivement à la fin du potentiel d’action. La perméabilité au sodium augmente donc progressivement après le potentiel d’action. Ceci, tout comme la fermeture des canaux potassiques, concourt à la dépolarisation de la cellule. Les canaux calciques s’ouvrent juste avant le déclenchement du potentiel d’action (et interviennent donc, eux aussi dans la dépolarisation de la cellule). Les modifications dynamiques de la fermeture/ouverture des canaux potassiques, sodiques et calciques (en dernier, pour donner la dépolarisation suffisante pour passer le seuil) sont responsable de l’apparition spontanée qu’un potentiel d’action. Le pacemaker sino-auriculaire a une fréquence intrinsèque (fréquence propre) plus élevée que la fréquence auriculo- ventriculaire. Cette fréquence plus élevée implique qu’en condition physiologique, le pacemaker sino-auriculaire est celui qui est à l’origine de chaque battement cardiaque. Il faut noter que le potentiel d’action et la période réfractaire sont plus courts au sein des oreillettes qu’au niveau des ventricules. Ceci explique que, dans certaines circonstances, il est possible d’avoir des contractions auriculaires supplémentaires, alors que les ventricules sont toujours en phase réfractaire. C’est une situation pathologique qui est détectable selon le cas, à l’auscultation et lorsqu’on mesure l’activité électrique du cœur (électrocardiogramme). Both SA, sinoatrial, and AV, atrioventricular, node cells exhibit pacemaker activity (spontaneous depolarization toward threshold). Normally the SA node cells (panel A) depolarize more quickly and reach the threshold first. The resulting atrial action potential propagates into the AV node (as represented by blue band) and depolarizes the AV node cells quickly to their threshold, causing them to form an action potential (as shown by solid line in panel B). However, if the SA node pacemaker cells become nonfunctional or if atrial action potentials are not conducted into the AV node, the AV node cells eventually depolarize to threshold and initiate action potentials on their own (dashed line in panel B). In this way the AV node cells serve as an auxiliary (i.e., emergency) ventricular pacemaker Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 24 La fréquence cardiaque est imposée par la fréquence du pacemaker. Cependant, les systèmes nerveux autonomes sympathique et parasympathique ont la possibilité de moduler la fréquence cardiaque. C’est la balance entre les deux systèmes autonomes qui favorisera une fréquence cardiaque plus lente que le pacemaker (au repos, lors du sommeil) ou plus rapide que le pacemaker (lors d’exercice physique intense, lors de stress…réaction Freeze, Fight or Flight). La modulation de la fréquence cardiaque par ces systèmes implique des neurotransmetteurs : - l’acétylcholine (ACh), libérée par les neurones du système nerveux parasympathique. Elle se fixe sur les récepteurs cholinergiques muscariniques de la membrane des cellules du pacemaker et ralentit les changements d’ouverture des canaux ioniques. Cela ralentit la vitesse d’atteinte du seuil et postpose l’apparition du potentiel d’action : on observe une diminution de la fréquence cardiaque (en dessous de la fréquence intrinsèque). - la norépinéphrine (NE), libérée par les neurones du système nerveux autonome sympathique, et le mix NE- épinéphrine produit par la glande surrénale (‘adrenal gland’). Elle se fixe sur les récepteurs β adrénergiques, situés sur la membrane des cellules pacemakers. Elle accélère ainsi les changements de perméabilité membranaire aux ions et permet d’atteindre le seuil de potentiel d’action plus rapidement, et donc d’augmenter la fréquence cardiaque. Les neurotransmetteurs du système sympathique (E/ NE) induisent une augmentation de la fréquence cardiaque, en accélérant les changements de perméabilité membranaire, mais aussi en augmentant la vitesse de conduction du potentiel d’action à travers le nœuds auriculo-ventriculaire, et en diminuant la durée réfractaire. Action sur le pacemaker Le SNAS était anciennement appelé ‘Système nerveux OrthoSympathique’…SOS… par opposition au système nerveux parasympathique. L’action du système nerveux autonome sympathique (SNAS) ne se limite pas à la modulation de la fréquence cardiaque en agissant sur la conduction du signal électrique. En effet, les cardiomyocytes présentent aussi des récepteurs β-adrénergiques (activés par la NE). La NE libérée par les neurones du SNAS ou la NE/E circulante (libérée par la glande surrénale) induit des potentiels d’action plus grands et plus courts, avec pour résultante : des contractions plus rapides et plus intenses. Cette modification de la vitesse et de la force de contraction est liée à Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 25 l’augmentation du nombre de canaux calciques ouverts durant le plateau, à l’augmentation de la vitesse de transport des pompes calciques (transport pour retirer le calcium du cytosol), et à la réouverture précoce des canaux potassiques après le potentiel d’action. Ces deux éléments permettent respectivement que chaque cardiomyocyte se contracte plus fortement, plus rapidement, et récupère plus vite un état de repos après le potentiel d’action. Les modifications globales de l’activité cardiaque sous l’action du SNAS reflèteront les modifications d’activité des cellules du tissus nodal (-> augmentation de la fréquence cardiaque) et des cardiomyocytes (augmentation de la force de contraction du cœur et de la rapidité des contractions -> influence du volume d’éjection et de la pression sanguine… et donc des caractéristiques du pouls). La mesure de la fréquence cardiaque est un acte intégrant de l’examen clinique d’un animal. Lorsque celle-ci est supérieure aux normes physiologiques, on parle de tachycardie. Lorsque celle-ci est inférieure aux normes physiologiques, on parle de bradycardie. Cette mesure de la fréquence cardiaque peut se faire par auscultation cardiaque (écouter les bruits cardiaques correspondant à la fermeture des valves), ou encore en prenant la pulsation au niveau d’un artère palpable (prise de pouls). Par exemple, chez le cheval, il est possible de prendre le pouls au niveau des membres, ou au niveau de la tête (artère faciale et artère transverse de la face). Ci-contre : prise de pouls au niveau de l’artère transverse de la face chez Mr Loustic Du Quesnoy. A l’inverse, le système nerveux parasympathique favorisera des contractions moins fréquentes (bradycardie). Le système nerveux autonome parasympathique (SNAPS) agira sur le cœur en libérant de l’ACh qui se fixera aux récepteurs cholinergiques muscariniques des cellules du tissus nodal (cellules Pacemarkers du nœuds sino- auriculaire et du nœuds auriculo-ventriculaire), mais aussi sur les cardiomyocytes des oreillettes. L’effet sur les cardiomyocytes des ventricules est un effet indirect (inhibition du SNAS, par inhibition de la libération de NE). En pratique clinique, on se base sur ces effets sympathiques et parasympathiques de certaines molécules pour moduler l’activité cardiaque. Ces molécules sont, entre-autre : l’atropine (antagoniste cholinergique muscarinique), le propranolol (β-adrénergique antagoniste). Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 26 Un examen clinique : l’électrocardiogramme, une fenêtre sur l’activité électrique du cœur En clinique, l’activité électrique du cœur est enregistrée à l’aide d’un appareil spécifique : l’électrocardiographe. Celui-ci détecte en surface du corps, à l’aide d’électrodes, les variations de voltage associées à l’activité cardiaque. Ces variations sont mesurées selon plusieurs axes. Les trois axes principaux correspondent à chaque ligne virtuelle reliant 2 électrodes. Les variations enregistrées apparaissent sous la forme d’un ‘tracé’ (électrocardiogramme, ECG) c’est-à-dire, une ligne horizontale dont les variations (pic positif, pic négatif, absence de pic) représentent une dépolarisation/repolarisation dans un sens donné, ou une absence de dépolarisation/repolarisation (ligne horizontale, absence de pic). Ci-dessous est schématisée la correspondance entre l’activité cardiaque et le tracé. Etant donné que la mesure se fait en surface du corps, certains aspects ne seront pas détectés : par exemple, la propagation du potentiel d’action depuis le nœuds auriculo-ventriculaire vers les fibres n’apparaitra pas sur le tracé ECG (le tracé est donc horizontal à ce niveau). En effet, ces tissus sont tellement fins, que la variation de voltage n’est pas détectable par l’appareil, en surface. De même, le tracé sera la résultante de l’ensemble de l’activité cardiaque du cœur au cours du temps. Il représentera donc la somme d’évènements individuels : par exemple, si un évènement (dépolarisation du ventricule droit) donne une variation négative de voltage et est superposée à un évènement de variation de voltage positive et plus intense (dépolarisation du ventricule gauche), la résultante sera positive (onde R). Genesis of normal ECG. Upper left: Ventral view of heart in chest of dog. Panels A—E: Sequence of five time-lapse “snap shots” of the heart as a normal cardiac action potential is propagated through the atria and ventricles. Arrows indicate the orientation and relative strength of the electrical dipole created in the heart at each step in the sequence. The shifting electrical dipoles create a predictable sequence of voltage fluctuations (waves) detectable at the body surface. The red graphs depict the normal pattern of fluctuations in voltage in the left forelimb compared to the right forelimb (analogous to voltage at point B compared to point A in the figure on the right). By convention, each voltage “wave” in the ECG sequence is designated with a letter (P – T), as indicated. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 27  ci-dessous : le papier avançait à 25mm/s L’électrocardiogramme permet d’accéder de façon non invasive les mécanismes électriques qui se déroulent au niveau du cœur. Il est possible de mesurer, sur un ECG, la fréquence de dépolarisation auriculaire (sur base de l’intervalle P-P) et la fréquence de dépolarisation ventriculaire (sur base de l’intervalle R-R). En situation normale, les deux fréquences sont identiques. En cas de pathologie, il est possible d’avoir une différence entre les deux fréquences, ce qui dénote une discordance dans le cycle de contactions cardiaques. Pour se faire, il faut connaitre la vitesse d’avancement du papier lors de l’enregistrement du tracé. Il peut être de 50mm/ s ou de 25mm/s. C’est une information qui doit être connue (voir le réglage de l’appareil pour faire le calcul. Entrainez-vous sur l’ECG ci-dessous à mesurer la fréquence cardiaque. Cela peut être fait en mesurant l’intervalle P-P (= durée entre 2 contractions cardiaques). Cependant, la mesure de la fréquence cardiaque sur base de l’ECG est plus précise si on mesure le nombre de complexes (PQRST) sur une durée plus longue (par exemple, sur 6 secondes ou 10 secondes, c’est-à-dire………. carrés si le papier avance à 50mm/s (10 carrés = 1 seconde). L’intervalle P-P est de carrés, soit secondes. Le cœur bat donc à une fréquence de /minutes. Si vous observez bien le tracé, vous remarquez que l’onde P (dépolarisation auriculaire) est présente avant le complexe ‘QRS’ (dépolarisation ventriculaire) pour les premières ondes, mais pas au niveau de la flèche. A ce niveau, il y a une absence d’onde P. Cela se traduit au niveau de l’animal par une absence de contraction auriculaire. Cependant, le complexe ’QRS’ a quand même eu lieu : cela signifie que le pacemaker secondaire (le nœuds auriculo- ventriculaire) a pris le relais (et a provoqué une dépolarisation des ventricules, avec contraction de ceux-ci). Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 28 La révolution !...cardiaque Chaque battement cardiaque est une suite de contractions (systoles) et relaxations (diastoles) coordonnées des oreillettes et des ventricules. On appelle aussi ce cycle de contractions cardiaque : la révolution cardiaque. Etant donné que la circulation systémique et la circulation pulmonaire sont en série (le sang passe de l’une à l’autre par l’intermédiaire du cœur), le volume de sang éjecté par le ventricule gauche dans l’aorte est le même volume que celui éjecté par le ventricule droit dans le tronc pulmonaire. Lorsque les ventricules se contractent, ils éjectent une partie du sang qu’ils contiennent (volume d’éjection systolique), tandis qu’une autre partie reste dans la cavité. Ce volume résiduel est appelé volume télésystolique (end- systolic volume). Le volume qui remplissait le sang avant contraction est appelé volume télédiastolique (=volume en fin de diastole, end-diastolic volume). Volume d’éjection systolique = volume télédiastolique – volume télésystolique Stroke volume = end-diastolic volume – end-systolic volume De ces différents volumes, il est possible de calculer la fraction d’éjection, c’est-à-dire la portion de sang ventriculaire qui est éjecté lors des contractions. 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑 é𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑠𝑦𝑠𝑡𝑜𝑙𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑′é𝑗𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑡é𝑙é𝑑𝑖𝑎𝑠𝑡𝑜𝑙𝑖𝑞𝑢𝑒 Au repos, la fraction d’éjection est de 50-65%, cela signifie que pour un ventricule qui serait remplit de 60ml de sang en fin de diastole, 30 à 39ml de sang sont éjectés lors de la systole. Au cours des contractions, les valves (auriculoventriculaires, aortique, pulmonaire) vont s’ouvrir et se fermer de façon organisée. La fermeture des valves ne se fait pas de façon ‘provoquée’, il s’agit de la conséquence du mouvement du sang lorsqu’il est expulsé. Par exemple, lors du remplissage ventriculaire, les valves auriculo-ventriculaires sont ouvertes, la pression au sein des ventricules est basse. Ensuite, en début de contraction ventriculaire, une petite partie du sang sera repoussée vers les oreillettes, viendra percuter les valves et les fermera. La contraction ventriculaire va progressivement augmenter la pression au sein de la chambre ventriculaire. Lorsque cette pression dépassera la pression au niveau de l’aorte (ou du tronc pulmonaire), la valve correspondante (aortique ou pulmonaire) s’ouvrira pour laisser passer le sang. Durant la première partie de la systole ventriculaire, il n’y aura pas d’éjection de sang (juste une mise ‘sous pression’) c’est appelé la contraction isovolumétrique (isovolumetric contraction). Elle est suivie de l’éjection (lorsque la pression appliquée par la systole ventriculaire dépasse la pression aortique). La pression ventriculaire diminue jusqu’à la fin de l’éjection. A ce moment, une petite partie du sang envoyé dans l’aorte, n’avance plus (absence de poussée de la part du ventricule), et le petit mouvement de recul (retombe par gravité) ferme ainsi la valve aortique. Le même principe s’applique pour la valve pulmonaire. La fermeture des valves aortique et pulmonaire marque le début du remplissage des ventricules. Celui-ci démarre lorsque la pression ventriculaire descend sous la valeur de pression auriculaire. Durant la période de diastole ventriculaire, il y a donc aussi une période de relaxation sans remplissage (isovolumetric diastole) suivie, lorsque les valves auriculo-ventriculaires s’ouvrent d’un remplissage des ventricules. La fermeture des valves aortiques et pulmonaires est donc suivie de près par l’ouverture des valves auriculo-ventriculaires gauche et droite. Durant l’ensemble de la révolution cardiaque, les valves sont alternativement fermées et ouvertes, 2 à 2. Le remplissage des ventricules se poursuit et se finalise par les contractions auriculaires (qui permettent de remplir entièrement les ventricules). Il faut noter qu’au repos 80-90% du remplissage des ventricules a lieu avant la contraction des oreillettes. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 29 Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 30 A l’auscultation, le cœur fait deux bruits (‘Boum Pa’) appelés B1 et B2. Le premier bruit (B1) correspond à la fermeture des valves auriculoventriculaires gauche (mitrale) et droite (tricuspide), tandis que le deuxième bruit (B2) correspond à la fermeture des valves pulmonaire et aortique. Chez les grands animaux, on décrit aussi deux bruits secondaires : l’un est associé au remplissage rapide des ventricules (B3, en début de diastole) et l’autre est correspond au remplissage final des ventricules, sous l’impulsion des contractions des oreillettes (B4). A l’auscultation il est possible d’entendre les bruits cardiaques (B1-2, voire B3-4, selon l’espèce). Lors de pathologie, il est possible d’entendre des bruits cardiaques anormaux, qu’on appelle ‘souffle cardiaque’. Le bruit caractéristique de souffle est lié à l’apparition d’une turbulence au niveau du flux sanguin. Cette turbulence peut être liée à une insuffisance valvulaire (la valve ne se ferme pas complètement, et il y a une petite fuite), à une sténose valvulaire (lorsque la valve est ouverte, l’ouverture est plus réduite qu’à la normale), à une communication inter-cavitaire anormale (communication anormale entre le ventricule droit et le ventricule gauche, au niveau de la paroi qui les sépare). Ci-dessous : Chez un cheval, représentation schématique des bruits cardiaques normaux (B1 et B2, à gauche), puis des bruits additionnels B3 (au milieu) et B4 (‘B’- à droite). Les bruits anormaux (souffle cardiaque) seront décrits selon leur moment d’apparition, leur durée, leur intensité. Les communications/insuffisances ne donnent lieu à l’apparition d’un souffle que lorsque le flux devient turbulent (si le flux reste laminaire, on n’entend pas de bruit anormal). Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 31 Tentez de localiser le moment d’apparition des bruits B1 et B2 sur les illustrations précédentes. Imaginez un souffle qui aurait lieu durant la systole (ventriculaire), quand apparaitrait-il ? S’il a lieu durant la diastole (ventriculaire) ? Si le souffle est lié à une insuffisance de la valve auriculo-ventriculaire gauche, quand apparaitra-t-il ? Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 32 Représentation schématique des valves lorsqu’on entend B1, B2, B3 et B4 : Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 33 La fonction cardiaque – pump it up ! La fonction cardiaque est d’envoyer une quantité de sang correcte, dans les différents organes du corps dans un temps raisonnable. Cela signifie que le cœur doit avoir un débit cardiaque adéquat. Le débit se calcule comme suit : Débit cardiaque = fréquence cardiaque x volume d’éjection systolique Cardiac output = Heart rate x Stroke volume NB/ Les dénominations anglaises vous sont fournies pour faciliter la compréhension des figures. Selon cette formule, on déduit que : pour augmenter son débit, le cœur peut augmenter sa fréquence et/ou augmenter son volume d’éjection…qui lui-même est lié au volume télédiastolique. Lorsque le muscle cardiaque est étiré (par un volume télédiastolique plus important), la contraction qui suit est plus forte. La pression au sein du ventricule évolue au fur et à mesure de son remplissage. On considère, cependant, qu’en fin de remplissage, cette pression équivaut à la pression au sein de l’oreillette correspondante, qui est elle-même égale à la pression au sein des veines de retour qui s’y jettent. Cette pression est appelée pression télédiastolique ou précharge ventriculaire. Elle est égale à 5mmHg au niveau du ventricule gauche (= pression de l’oreillette gauche = pression des veines pulmonaires) et de 3mm pour le ventricule droit (= pression de l’oreillette droite = pression au sein des veines caves). La précharge (end-diastolic pressure) et le volume télédiastolique (end- diastolic ventricular volume) évoluent de façon proportionnelle…jusqu’à une limite : la limite d’élasticité du ventricule : une augmentation de précharge ne provoquera qu’une faible augmentation de volume télédiastolique (les valeurs correspondent à un chien de 30 kg). De même, la relation ‘augmentation de volume télédiastolique = augmentation de volume d’éjection systolique’ a aussi une limite. La relation précharge – volume télédiastolique – volume d’éjection systolique a été initialement étudiée par Ernest Henry Starling…ce qui fait que cette loi de fonctionnement cardiaque est appelée : ‘Loi de Frank-Starling’. Cette loi suggère que les volumes d’éjection du cœur gauche et droit soient en équilibre. Si le volume d’éjection systolique du cœur droit augmente, l’afflux sanguin supplémentaire résultera en une augmentation de la pression au niveau des veines pulmonaires, … des oreillettes gauches, et …. du cœur gauche. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 34 Le volume télédiastolique est aussi influencé par la compliance. La limite d’élasticité correspond à la situation où le muscle est étiré jusqu’à la limite de son tissu conjonctif (qui lui n’est pas élastique). A ce moment, le muscle cardiaque a perdu sa compliance. La compliance est la facilité avec laquelle le muscle s’étire suite à une augmentation de volume de précharge. 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑙𝑖𝑎𝑛𝑐𝑒 = 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 Pour comprendre la notion de compliance, imaginez une tente de camping fermée. Elle délimite un volume donné. Si vous poussez (pression) sur les parois, il est possible d’augmenter le volume de la tente. La compliance rend compte du volume ‘gagné’ par rapport à la pression exercée. Cette compliance a des limites : la déchirure de la paroi de la tente, par exemple :-s La compliance cardiaque peut être altérée en cas de pathologie. Pour arriver à un volume télédiastolique (et donc un volume d’éjection systolique…et donc un débit) normal, le cœur avec une moindre compliance devra augmenter sa précharge…ce qui revient à augmenter la pression au niveau de l’oreillette, et donc des veines correspondantes (avec risque d’œdème…. pulmonaire, périphérique). La durée de remplissage des ventricules durant la diastole sera aussi un facteur limitant le volume en fin de diastole (volume télédiastolique… volume d’éjection systolique). Plus cette durée est courte, plus faible sera le volume, et inversement. La durée de remplissage est influencée par le temps de diastole. Celui-ci dépend de la fréquence cardiaque. Si la fréquence cardiaque augmente, le temps de remplissage diminue. Cependant, cette relation n’est pas parfaitement proportionnelle. En effet, si la fréquence cardiaque augmente suite à l’action naturelle du système nerveux sympathique, le temps de diastole sera épargné de sorte à conserver un temps de diastole adéquat pour remplir suffisamment le ventricule avant qu’il ne se contracte. Compliance Remplissage Contractilité Fig. How shortening of systole (by sympathetic activation) helps to preserve diastolic filling time. Top, Example: a resting dog with a heart rate (HR) of 60 beats per minute (bpm), so each beat occupies 1 second. Systole lasts about 1/3 second, which leaves 2/3 second (plenty of time) for diastolic filling. Middle, If HR is increased to 120 bpm by an artificial pacemaker, each beat occupies only 1/2 second. If the duration of systole is unchanged, diastolic duration (filling time) is greatly reduced. Bottom, if HR is increased to 120 bpm by sympathetic activation, systole becomes shorter, which restores part of the lost diastolic filling time. Thus sympathetic activation is said to help preserve diastolic filling time. Pour augmenter son débit cardiaque…son volume d’éjection systolique, le cœur peut aussi diminuer son volume télésystolique. Pour ce faire, il augmente sa contractilité. Durant l’activité physique, par exemple, la contractilité est augmentée grâce à l’action du système nerveux sympathique et de son neurotransmetteur : la norépinéphrine (-> récepteurs β adrénergiques stimulés -> influx de calcium plus important -> contraction plus forte). Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 35 Sous l’action du système nerveux sympathique (i.e. lors d’exercice physique), le cœur : - augmente sa fréquence de contraction - augmente sa contractilité (force de contraction) - accélère sa vitesse de contraction et de relaxation (pour permettre de préserver un temps de remplissage correct). Certains médicaments modulent la contractilité cardiaque : - les agonistes β adrénergiques (isoprotérénol, digitale) permettent d’augmenter la contractilité cardiaque - les antagonistes β adrénergiques (propranolol, aténolol), tout comme les médicaments qui bloquent les pompes à Calcium. NOTE : les barbituriques, les opioïdes et certains anesthésiques généraux diminuent la contractilité cardiaque…L’anesthésie d’un animal insuffisant cardiaque nécessite donc de choisir correctement les molécules (on n’utilise pas un protocole ‘one size fits all’). Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 36 Résistance vasculaire périphérique et loi de Poiseuille Comme indiqué plus haut (cfr. ‘le cœur et le débit cardiaque’), les contractions cardiaques créent une pression au niveau de l’aorte et du tronc pulmonaire. Cette pression est la force (driving force = pression de perfusion) qui pousse le sang dans les circulations correspondantes. Avec la distance et les frictions, cette pression/cette force diminue. Veines/veinules et artères/artérioles sont caractérisées par des différences physiques (histologiques) qui reflètent leur fonctionnement. Les veines (contrairement aux artères) sont très compliantes : cela signifie qu’un grand changement de volume ne donnera lieu qu’à un petit changement de pression. variation de volume 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑙𝑖𝑎𝑛𝑐𝑒 = variation de pression ‘www.histology.be’ is your best friend Les vaisseaux sont aussi caractérisés par leur résistance (Résistance = ΔP / flux). La loi de Poiseuille décrit la résistance d’un tube, au flux qui le traverse. Sa formule est la suivante : 8 η l 𝑅é𝑠𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑒 = π 𝑟 Appliquée au système sanguin, cette loi indique que la résistance est donc proportionnelle à la longueur (l) du vaisseau considéré, à la viscosité du sang (η), et inversement proportionnelle au rayon (r) du vaisseau. La viscosité du sang peut être modifiée à la suite de certains traitements (fluidifiants, anti-coagulants, anti- inflammatoires) ou de certaines pathologies (anémie sévère). Le rayon du vaisseau est l’élément le plus impactant (r4). Les artérioles peuvent moduler la résistance au passage du sang en modulant leur diamètre, en contractant ou relâchant la couche musculaire. Si on compare le diamètre d’une artériole et d’un capillaire, on suppose en regardant cette formule, que la résistance est plus importante au niveau d…………………………. Cependant, il faut se rappeler que le système de capillaires est un réseau. Il y a donc un grand nombre de capillaires alimentés par une artériole. La résistance nette de l’ensemble des capillaires (somme des sections) est donc inférieure à la résistance de l’artériole dont il provient. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 37 La résistance vasculaire systémique aussi appelée résistance vasculaire périphérique se calcule aussi comme suit : RVP = ΔP / flux Dans le cas de la circulation systémique, ΔP est la différence entre les pressions aortique et veineuse (Pa – Pv = 98-3 = 95mmHg), et le flux est le débit cardiaque. Comme la pression veineuse est très faible, on peut approximer cette équation de la résistance (RVP = Pa/DC) et en déduire une équation pour la pression artériel (aortique) : Pa ≈ RVP x DC La pression artérielle diminuera si la résistance vasculaire périphérique diminue et/ou si le débit cardiaque diminue (comme c’est le cas lors d’hémorragie sévère). A Pa constante, la RVP varie selon les besoins des différents organes, ce qui mène à une redistribution du sang. Par exemple, lors d’exercice physique, les artérioles musculaires se dilatent pour augmenter le flux sanguin au niveau des muscles. L’augmentation de la fréquence cardiaque sera responsable d’une augmentation du débit cardiaque (cardiac output, dans l’illustration ci-dessous). Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 38  = Peau, os, etc = 0.125 = 0.375 = 0.5L/min L/min L/min X……….. X……….. = L/min = 0.5 L/min Un animal avec une insuffisance cardiaque montrera des difficultés à augmenter son débit cardiaque. Donc, même si sa RVP s’adapte à l’exercice, le débit cardiaque restera bas, ce qui mène cliniquement à : une intolérance à l’effort, de la faiblesse et de la fatigue. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 39 Les capillaires – lieu d’échange - loi de Fick En amont des capillaires, les artérioles musculaires modulent, par leur dilatation/constriction, le flux sanguin qui traversera le réseau. Elles jouent un rôle de ‘sphincter pré-capillaire’. Elles se contractent et se relâchent périodiquement. Lorsque le flux sanguin doit être augmenté au niveau d’un muscle, par exemple, elles passeront plus de temps dilatées que contractées, ce qui augmentera le flux sanguin dans ce muscle (dans le réseau capillaire du muscle) correspondant). Artériole musculaire Capillaires continus Les capillaires sont les zones d’échanges : gaz, alcool, eau, ions, glucose. Les échanges ont lieu par : - Diffusion simple pour les molécules de petite taille : O2, CO2, acides gras, ou encore éthanol peuvent traverser la membrane des cellules endothéliales des capillaires pour rejoindre le milieu interstitiel et rejoindre ainsi les cellules cibles. - Passage à travers les pores : les molécules insolubles (ions, glucose, acides aminés) passent à travers les pores (fentes) présents entre les cellules endothéliales. Ces pores représentent +/-1% de l’aire d’échange des capillaires. La taille des pores peut être si petite que les ions, les acides aminés et le glucose ne passent pas…et doivent être transportés activement vers les cellules cibles. C’est le cas pour l’encéphale, avec la barrière hémato-méningée. A l’opposé, dans le foie, les pores sont si grands que des protéines peuvent passer (albumine, globulines), on parle même de capillaires discontinus. Ces capillaires se retrouvent au niveau du foie, de la rate et de la moelle osseuse. - Transcytose : Les molécules de plus grande taille (protéines, par exemple), ne passent pas par les pores. Elles traversent donc les cellules endothéliales via des vésicules de transport actif (pinocytose, déplacement, exocytose). Ce transport est encore plus lent que le précédent. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 40 La diffusion passive des molécules à travers les cellules endothéliales des capillaires et à travers les pores est modélisée par le loi de diffusion de Fick. La formule (un peu hermétique à première vue) indique que la diffusion passive de la substance ‘S’ dépend de : - La différence de concentration entre les capillaires et le tissu interstitiel (autour de la cellule cible), avec une diffusion qui va du plus concentré vers le moins concentré - La surface d’échange disponible pour permettre la diffusion (surface des cellules endothéliales VS pores) - La distance sur laquelle la diffusion doit avoir lieu : plus la distance est importante, plus la diffusion sera lente - Un facteur propre à la molécule qui doit diffuser (son poids moléculaire, sa dissolution, et ses mouvements) D A (S − [S ]) 𝑇𝑎𝑢𝑥 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛 = Δx Les capillaires – lieu d’échange - loi de Starling Les capillaires sont aussi le lieu de mouvement d’eau. En cas de déséquilibre dans les mouvements d’eau depuis les capillaires vers le milieu interstitiel, l’eau pourrait s’accumuler dans le tissus interstitiel (= œdème). La diffusion de l’eau liée à la présence d’une paroi semi-perméable et à la différence de concentration en un soluté s’appelle l’osmose. Dans l’organisme, la paroi semi-perméable est la paroi des capillaires et le soluté osmotique est l’ensemble des protéines plasmatiques (et principalement l’albumine qui est chargé négativement, ce qui attire l’eau …et les ions tels que le sodium…qui lui aussi attire l’eau). La concentration plus élevée en protéines dans les capillaires (7g/dl) par rapport au milieu interstitiel (0.2g/dl) favorise les mouvements d’eau vers les capillaires (réabsorption). On compare ce mouvement à une poussée de l’eau vers les capillaires, à une pression : la pression osmotique. La pression spécifique, due aux protéines plasmatiques (qui passent dans les capillaires) est appelée pression oncotique. Pour comprendre la pression induite par la concentration d’un soluté, observez le schéma ci-dessous : Ci-contre, une schématisation du mouvement d’eau lié à la pression oncotique des protéines représentées par des ronds rouges dans le milieu 1 et 2. La concentration en protéines du milieu 1 est inférieure à celle dans le milieu 2. La séparation entre les deux milieux est représentée par une membrane semi-perméable : cette membrane est perméable à l’eau mais imperméable aux molécules. La présence d’une plus grande concentration en protéines dans le milieu 2 (7g/dl par exemple) favorise le mouvement de l’eau depuis le compartiment 1 (0.2g/dL) vers le compartiment 2 (flèches blanches), de sorte à équilibrer les concentrations en protéines des deux compartiments (concentration équivalente entre les deux compartiments). Ce mouvement est accompagné de l’apparition d’une colonne d’eau (du côté droit) : la différence de concentration en protéines entre les deux compartiments est donc responsable d’une pression qui force l’eau à passer d’un compartiment à l’autre (Pression oncotique dans ce cas-ci). Le mouvement net de l’eau au niveau des capillaire est donc influencée par 4 pressions : - Pression oncotique des capillaires (πc) - Pression oncotique du tissu interstitiel (πi) - Pression hydrostatique des capillaires (Pc) - Pression hydrostatiques du milieu interstitiel (Pi) Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 41  Black arrows correspond to the filtration (from capillaries to interstitium), while red arrows represent the reabsorption (= from interstitium to capillaries). Considérant cette équation, si la résultante est positive, on est face à une filtration, tandis qu’une valeur négative sera le signe d’une réabsorption. Le mouvement d’eau est aussi influencé par la perméabilité de la paroi des capillaires. Ceci se traduit, dans l’équation de Starling par la présence d’un coefficient ‘Kf’ Flux d’eau à travers la paroi des capillaires = Kf [(Pc - Pi) – (πc - πi)] De cette équation, il est possible de comprendre que : - Une augmentation de la pression hydrostatique capillaire (lors d’hypertension, de garrot prolongé, d’obstruction au retour veineux, …) favorisera l’accumulation de liquide dans le milieu interstitiel (œdème) - Une augmentation de la pression oncotique interstitielle (inflammation favorisant la perméabilité des capillaires aux protéines) mènera aussi à de l’œdème tissulaire Le système lymphatique et le flux de liquide interstitiel * * * * L’eau et les protéines qui pourraient s’accumuler dans le milieu interstitiel sont évacués par le système lymphatique. Ce système est composé de capillaires (capillaires lymphatiques *) qui collectent la lymphe (liquide biologique provenant du milieu interstitiel, de composition similaire au plasma sanguin, qui contient des déchets à évacuer). La particularité des capillaires lymphatiques est la présence de pores très larges (comparé aux capillaires sanguins) entre les cellules endothéliales. Ces pores permettent le passage de protéines plasmatiques. Les capillaires se regroupent en vaisseaux plus importants qui rejoignent in fine la circulation sanguine (veines systémiques). Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 42 Il existe trois grands mécanismes de protection contre l’œdème. Par exemple, une augmentation de la pression veineuse mènera à une augmentation de la pression hydrostatique au sein des capillaires sanguins, avec un excès de filtration. La réponse à l’œdème se résume à 3 mécanismes principaux : - L’augmentation de la pression hydrostatique du milieu interstitiel favorise une augmentation de la réabsorption des liquides par les capillaires lymphatiques - L’augmentation de la pression hydrostatique du milieu interstitiel modifie l’équilibre des forces de Starling avec une tendance à la réabsorption (ou au moins une diminution de la tendance à la filtration), du côté ‘veineux’ des capillaires - L’action des capillaires lymphatiques (réabsorption d’eau ET de protéines) entraine une diminution de la pression oncotique du milieu interstitiel, ce qui ramène l’excès de filtration à une situation normale Contrôle du flux sanguin – régulation intrinsèque Si on considère les organes individuellement, le flux sanguin qu’ils reçoivent est principalement modulé par la vasodilatation/ la vasoconstriction des artérioles afférentes. Pression de perfusion 𝐹𝑙𝑢𝑥 = Résistance vasculaire La pression de perfusion (pression aortique – pression veineuse) étant sensiblement la même pour tous les organes, c’est la résistance vasculaire qui sera le facteur principal qui influencera la flux sanguin dans un organe donné. Cette résistance vasculaire est inversement proportionnelle au rayon du vaisseau afférent (r4 selon la loi de Poiseuille). La régulation de la perfusion d’un organe donné est assurée par deux types de mécanismes : la régulation intrinsèque et la régulation extrinsèque. Selon l’organe considéré, la régulation sera sous la dominance des facteurs intrinsèques (encéphale, cœur : organes critiques, à besoins métaboliques élevés/continus) ou sous la dominance des facteurs extrinsèques (viscères/glandes, reins : organes dont les besoins métaboliques peuvent être réduits temporairement). Le contrôle métabolique est le plus important contrôle local du flux sanguin dans un organe donné. Par définition, il est directement lié aux besoins métaboliques de l’organe lui-même. Il se remarque dans 2 grandes situations : l’hyperhémie active et l’hyperémie réactive. Hyperhémie active : Prenons l’exemple du muscle strié squelettique (le quadriceps fémoral, par exemple) qui serait soumis à un exercice physique. L’intensification des contractions va mener à : une consommation de l’O2/de nutriments ou réserves et une production de CO2/déchets métaboliques. Ces composants (O2, CO2, déchets métaboliques tels que l’acide lactique, l’adénosine) ont un effet direct sur les artérioles afférentes à l’organe (myorelaxation des muscles lisses de l’artériole), et induisent ainsi une vasodilatation. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 43 Ci-dessous, une liste non-exhaustive de molécules qui contrôlent localement l’afflux sanguin dans un organe donné : La vasodilatation des artérioles afférentes permet une augmentation du flux sanguin dans le muscle. Ce contrôle fonctionne aussi en induisant une vasoconstriction des artérioles afférentes. Cette vasoconstriction aura lieu si les besoins métaboliques deviennent plus faibles que ce qui est apporté par le sang (i.e. l’animal arrête de courir, les muscles diminuent leur métabolisme : les besoins en oxygène diminuent, la production de CO2 diminue aussi. On a donc une ‘accumulation’ d’oxygène (un excès d’oxygène par rapport aux besoins), ce qui mène à une vasoconstriction des artérioles afférentes. Le contrôle métabolique permet une adaptation du flux sanguin en fonction des besoins métaboliques de l’organe considéré. Hyperhémie réactive : L’hyperhémie réactive est l’augmentation temporaire (au-dessus de la normale) du flux sanguin dans un tissus, faisant suite à une période de restriction. Imaginons une compression locale appliquée sur une muqueuse durant une minute. Lorsqu’on relâche la compression, la zone (peau, muqueuse) récupère un flux sanguin, qui sera temporairement et localement plus important que le flux aux alentours. Ceci est dû à l’accumulation de déchets métaboliques durant la période de compression de cette zone précise. Ces déchets vont favoriser la vasodilatation locale, de façon temporaire : c’est-à-dire jusqu’au moment où les déchets métaboliques auront été flushé de la région. Les deux phénomènes (hyperémie active et réactive) sont schématisés ci-dessous. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 44 A l’opposé, les organes critiques, à besoins intenses et /ou continus, tels que le cerveau ou le cœur, ne peuvent pas se permettre des variations intenses du flux sanguin. Cette protection est assurée par un mécanisme appelé : l’autorégulation du flux sanguin. ** Le principe de l’autorégulation est de minimiser l’altération du flux sanguin, malgré de grandes différences de pression de perfusion. Une pression de perfusion qui varierait de 60 mmHg (c) à 180 mmHg (B) serait associée à une plus faible modification de flux sanguin, au niveau du cerveau (de 90 à 110- * 120 ml/min). Ce mécanisme a cependant des limites : en cas de pression de perfusion trop faible (hémorragie intense *) ou trop élevée (hypertension sévère **), le flux sanguin cérébral sera affecté sévèrement. L’autorégulation du flux sanguin utilise les mêmes principes que le contrôle métabolique : il y a une adaptation entre le flux et les besoins. Dans le cas de l’autorégulation, les besoins sont stables, mais c’est le flux qui varie. Si le flux augmente, il y a un wash-out excessif des déchets (diminution de la concentration en molécules ‘vasodilatatrices’), ce qui entraine une vasoconstriction réflexe des artérioles afférentes. Ceci mène à un retour du flux sanguin à sa valeur initiale, malgré une pression de perfusion élevée. Le contrôle du flux sanguin local est aussi sous l’influence de molécules non issues du métabolisme tissulaire à proprement parler. Ces signaux chimiques agissent localement. Il s’agit par exemple de : - L’endothéline-1 (ET1) : libérée par les cellules endothéliales, lors de traumatisme (coupure, par exemple). Elle provoque une vasoconstriction locale. - L’oxyde nitrique (NO) : libérée par les cellules endothéliales, suite à l’augmentation de la vitesse du flux sanguin - Le thromboxane A2 (TXA2) et la prostacyycline ou prostaglandine I2 (PGI2) : Ces deux molécules sont antagonistes : le TXA2 induit la vasoconstriction et l’agrégation plaquettaire tandis que la PGI2 fait l’inverse. Lors de trauma vasculaire, la balance penche en faveur du thromboxane A2, ce qui induit une vasoconstriction et une agrégation plaquettaire. Cette réaction vise à limiter les pertes sanguines lors d’hémorragie. - L’histamine : molécule vasodilatatrice produite par les mastocytes, lors de stimulation antigénique ou de lésion tissulaire. Elle provoque la vasodilatation en stimulant la production de NO par les cellules endothéliales (-> effet indirect). - Bradykinine : elle est produite par l’action de la kallicréine (enzyme présente dans le plasma ou dans le milieu interstitiel, qui produit des ‘kinine’ à partir de ‘kininogène’). Elle est par exemple produite au niveau des glandes sébacées (sous l’action de l’acétylcholine – système nerveux autonome sympathique), ce qui favorise une vasodilatation des vaisseaux cutanés, ce qui permet des pertes d’eau et de chaleur. La bradykinine exerce, comme l’histamine, un effet vasodilatateur indirect. Elle n’est pas responsable elle- même de la vasodilatation, mais elle stimule la production de NO par les cellules endothéliales, ce qui provoque la vasodilatation. Oct-Nov 2023 Hontoir F - Cardiovasculaire 45  Lors de lésion tissulaire, la libération d’histamine et la production de bradykinine seront responsable de vasodilatation (et de l’œdè