COURs DE PHYSIOLOGIE CARDIAQUE
          1-DEBIT CARDIAQUE
La circulation dans un système clos nécessite un générateur de pression et un réseau de tubes.
Le réseau vasculaire est caractérisé par la pression qui y règne et la pompe (coeur) par son débit.
I. CARACTÉRISTIQUES DU DÉBIT CARDIAQUE
a) La notion de débit
Définition : volume éjecté par unité de temps.
Ordre de grandeur : 5 L.min–1, ce qui induit un passage de l’ensemble de la masse sanguine toutes les minutes.
Aspects comparés en fonction de la taille de l’animal.
Variations en fonction des situations (orthostatisme, exercice physique).
b) Les principales techniques de mesure du débit cardiaque
Injection de colorants.
Enregistrement électromagnétique.
Utilisation de l’effet Doppler.
c) Les paramètres déterminant le débit cardiaque
Le débit cardiaque (DC) est proportionnel à la fréquence cardiaque (FC) et au volume d’éjection systolique (VES) : DC = FC * VES.
Adaptation du volume télédiastolique et loi de Starling.
Importance du retour veineux (courbes pression/débit).
Facteurs secondaires : contraction, distensibilité, temps de remplissage.
II. CONTRÔLES DU DÉBIT CARDIAQUE
a) Le contrôle par la fréquence cardiaque
Actions du système nerveux autonome : augmentation de la fréquence par le système orthosympatique et diminution par le système parasympatique.
Contrôle hormonal par l’adrénaline circulante (effet chronotrope positif).
b) Le contrôle du volume d’éjection
Action du système nerveux orthosympathique.
Contrôle hormonal par l’adrénaline circulante.
III. LE DÉBIT CARDIAQUE EST UN MOYEN DE MODULER LA CIRCULATION SANGUINE
a) Débit cardiaque et pression artérielle
Place du débit cardiaque dans la boucle de régulation de la pression artérielle.
Modulation par les effecteurs (débit et résistance).
Cadre et objectifs. L’objectif est de définir le débit cardiaque, ses variations, ses contrôles et les variables physiologiques
qu’il conditionne. Assez proche d’un sujet comme « la pompe cardiaque », mais très éloigné du sujet
« la pression artérielle ».
b) Débit cardiaque et distribution du flux sanguin
Exemple de l’exercice musculaire :
– augmentation du flux sanguin permettant une irrigation musculaire en fonction des besoins ;
– modulation du flux sanguin par FC et/ou VES et modulation des résistances périphériques
locales.
IV. CONCLUSION
Le débit cardiaque est une importante variable d’ajustement de la dynamique circulatoire ; il est impliqué à la fois dans le contrôle des flux sanguins vasculaires et dans la régulation de la pression artérielle. Faire une ouverture sur des aspects pathologiques comme l’insuffisance cardiaque.
          2-LE TISSU NODALE
Le coeur possède une activité rythmique. Ce muscle est hétérogène et comprend plusieurs types cellulaires. Le tissu nodal a un rôle dans l’automatisme cardiaque et dans la conduction électrique au sein du myocarde.
      I. LE TISSU NODAL EST À L’ORIGINE DE L’AUTOMATISME CARDIAQUE
a) Localisation et structure du tissu nodal
Le tissu nodal représente 1 % du tissu cardiaque ; il est constitué par les deux nœuds sino-auriculaire et auriculo-ventriculaire, le faisceau de His et le réseau de Purkinje.
Le noeud sino-auriculaire (NSA) est incorporé dans l’oreillette mais dérive en fait du sinus veineux. Deux types cellulaires : cellules P et cellules transitionnelles ou intermédiaires.
Le noeud auriculo-ventriculaire (NAV) est situé dans la partie inférieure du septum interauriculaire. On y retrouve les deux mêmes types cellulaires. Il n’existe pas de voie
conductrice organisée entre les deux noeuds. Le tissu conducteur est constitué de cellules nodales de gros diamètre, pauvres en
myofibrilles, binucléées et connectées par des jonctions « gap ».
b) Mise en évidence de l’automatisme au niveau du tissu nodal
Un coeur isolé garde une activité automatique rythmée, avec une fréquence augmentée.
La destruction du tissu nodal, ou son refroidissement, provoque un arrêt cardiaque.
L’automatisme persiste in vitro (notion de potentiel de pacemaker).
c) Hiérarchie de l’automatisme
Après lésion du NSA, l’automatisme persiste avec un rythme plus lent. Les contractions auriculaires et ventriculaires sont alors simultanées (conduction rétrograde).
Après lésion du NAV, l’automatisme auriculaire persiste, mais il se produit un arrêt ventriculaire suivi d’une reprise à un rythme plus lent que celui des oreillettes.
La section du faisceau de His induit les mêmes résultats que la destruction du NAV.
Toutes les cellules nodales sont douées d’automatisme mais c’est le NSA qui impose son rythme.
II. ACTIVITÉ PACEMAKER DU TISSU NODAL ET SA MODULATION
a) L’étude du potentiel de pacemaker (NSA)
Présentation d’enregistrements : instabilité, dépolarisation lente et progressive.
b) Les bases ioniques du potentiel de pacemaker
Mise en évidence des courants potassique, calciques et du courant de fuite If. Cadre et objectifs. Répondre à des questions telles que : localisation, caractéristiques structurales et physiologiques, origine de l’activité cardiaque, contrôles et pathologies. Un sujet sur « l’automatisme cardiaque » peut se traiter avec le même découpage, par contre un sujet sur « le rythme cardiaque » doit s’envisager de façon beaucoup plus large, le tissu nodal ne représentant alors qu’un chapitre.
Illustrations. Huître pour observation et dissection du coeur.
c) La conduction et l’évolution des potentiels de membranes
Délai important entre oreillette et ventricule du à la très faible vitesse de conduction du NAV (0,1 m.s–1 au lieu de 2 à 4 m.s–1 dans les autres parties).
Apparition d’un plateau calcique au niveau ventriculaire (canaux calciques de type L), permettant d’éviter une tétanisation du muscle cardiaque.
d) Les variations du potentiel de pacemaker sont sous contrôle nerveux
Une stimulation parasympathique provoque une diminution du rythme cardiaque.
Une stimulation orthosympathique entraîne une accélération cardiaque.
Effets à l’échelle cellulaire, sur les courants Ca2+ et K+.
III. DYSFONCTIONNEMENTS ET THÉRAPIES ASSOCIÉES
a) Quelques troubles de fonctionnement du tissu nodal
Troubles du rythme (arythmies) ; pacemaker ectopique imposant son rythme propre à une partie du coeur ; faisceaux formant des ponts entre oreillette et ventricule.
Circuit de réentrée provoquant des fibrillations auriculaires ou ventriculaires.
b) Quelques thérapies
Médicaments antiarythmiques (effets inotropes négatifs).
Défibrillation par chocs électriques (interruption immédiate de la fibrillation).
Pacemaker artificiel (pile).
IV. CONCLUSION
Rôle central du tissu nodal dans l’automatisme cardiaque. Élargir en faisant le lien avec l’activité globale du coeur et avec l’intégration de cet organe dans la fonction circulatoire.
         3-LES VESSEAUX SAUNGUINS
Les Mammifères ont un système circulatoire clos. Ce système est sommairement composé d’une pompe cardiaque destinée à la mise en mouvement du sang et d’un ensemble de vaisseaux sanguins dans lesquels circule le sang. On distingue généralement trois grands types de vaisseaux : les artères, les veines et les capillaires, tous permettent la circulation du sang mais chaque type de vaisseau permet la réalisation de fonctions différentes qui doivent être mises
en relation avec leur particularité structurale.
I. LES ARTÈRES FORMENT UN RÉSERVOIR DE PRESSION
a) Relations entre la structure et les propriétés des artères
Structure des artères : trois tuniques et richesse relative en fibres musculaires lisses et en fibres élastiques. Conséquences sur la compliance.
Relations entre muscle lisse et vasomotricité artériolaire.
b) L’aorte amortit les variations de pression
Grande compliance aortique permettant d’emmagasiner le sang pendant la systole et de le redistribuer pendant la diastole.
La conséquence est d’une part une transformation d’un flux sanguin cardiaque discontinu en un flux artériel continu, et d’autre part un amortissement des variations de pression sanguine.
c) Les artérioles permettent un maintien d’une pression artérielle élevée
Impact du diamètre et de la résistance artériolaire sur la pression en amont (lois de l’hémodynamique, loi de Poiseuille). Intérêt de la forte pression pour la circulation et la distribution sanguine.
Bilan : le système artériolaire est un réservoir de pression qui fonctionne avec un volume de sang réduit, il permet un ajustement efficace du débit sanguin au niveau des
zones d’échanges.
II. LES CAPILLAIRES PERMETTENT DES ÉCHANGES AVEC LE MILIEU INTERSTITIEL
a) Organisation fonctionnelle du réseau capillaire
Architecture du réseau : ramifications, taille des vaisseaux et taille du réseau.
Caractéristiques histologiques : endothélium, différents types de capillaires.
Relation entre section globale et vitesse d’écoulement.
b) La circulation capillaire facilite les échanges transcapillaires
Forces motrices : le différentiel de pression.
Le phénomène de filtration / réabsorption permet le déplacement des liquides.
Cadre et objectifs. Ce sujet doit être envisagé comme une étude de la relation structure-fonction au niveau des différents tronçons vasculaires.
La diffusion est le mécanisme essentiel des échanges, il est facilité par les déplacements de liquides et la lenteur de l’écoulement.
Bilan : les capillaires ont une structure et une organisation adaptées à la réalisation des échanges entre le compartiment sanguin et les cellules.
III. LES VEINES FORMENT UN RÉSERVOIR DE VOLUME
a) Relations entre la structure et les propriétés des veines
La richesse en fibres élastiques associée à une relative pauvreté en fibres musculaires lisses et à un grand diamètre font de ce réseau une zone à faible résistance et à forte
capacité.
La position des veines, en fin de circuit vasculaire, en fait une zone à faible pression.
b) La circulation à basse pression
La cause unique de la circulation veineuse est la contraction ventriculaire gauche mais elle est strictement dépendante du différentiel de pression entre les veinules et l’oreillette
droite (environ 20 mmHg). Ce différentiel est modulé par plusieurs facteurs : pression intra-auriculaire droite, ventilation, position du corps. La pompe musculaire agit également sur l’écoulement veineux :
cela est dû à la contraction de divers muscles lors des mouvements et à la présence de
valvules anti-reflux qui orientent le flux sanguin vers le coeur.
c) Les veines et le volume sanguin
La forte compliance des veines leur permet d’emmagasiner des volumes importants de sang : plus des 2/3 du sang se trouve à tout moment dans le circuit veineux.
Cette réserve de sang, placée en amont du coeur, est particulièrement importante pour la modulation du débit cardiaque : la circulation veineuse systémique sert de vase d’expansion au coeur droit et la circulation veineuse pulmonaire sert de vase d’expansion au coeur
gauche.
Bilan : le système veineux assure le retour du sang au coeur, c’est un réservoir de volume qui autorise des modifications rapides du débit cardiaque.
IV. CONCLUSION
Revenir sur le rapport fonction-structure. Les vaisseaux sont des agents dynamiques de la circulation sanguine, leurs fonctions sont en relation directe avec leurs particularités structurales.
Terminer éventuellement par des ouvertures sur les contrôles circulatoires et sur les pathologies vasculaires.
ce cour et un extrait de :SCIENCES DE LA VIE POUR LE CAPES ET L’AGRÉGATION de Daniel Richard,
Patrick Chevalet , Nathalie Giraud, Fabienne Pradere, Thierry Soubaya.

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