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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