5) Intégration systémique A) Homéostasie circulatoire B) Interactions cœur/poumons

Transcription

1 Physiologie du cœur et des vaisseaux 1) Modélisation de la circulation et Morphologie fonctionnelle 2) Cellules cardiaques et Tissus du cœur 3) Fonctions cardiaques 4) Les vaisseaux A) Circulation systémique B) Circulation pulmonaire 5) Intégration systémique A) Homéostasie circulatoire B) Interactions cœur/poumons D2-1

2 Cellules cardiaques Deux types principaux de cellules D2-2 Non automatiques contractiles : cardiomyocytes Automatiques non contractiles : cardionectrices (nodales) Cas particulier des cardiomyocytes sécréteurs des «BNP» = FAN = ANF

3 Cellules cardiaques Couplage électromécanique sur cardiomyocyte D2-3 0 temps S : stimulation P : ddp transmembranaire E : activité électrique extra cellulaire C : transducteur de force ddp force Réponse électrique Réponse mécanique

4 Le myocyte cardiaque Ultra structure cellulaire striée spécifique : D2-4 Myocarde constitué de fibres en série (Volume cavitaire) en parallèle (Tension pariétale) Fibre = Cellule Myofibrilles Sarcomères En série et en parallèle Contenant : Myofilaments Fins d Actine Épais de Myosine Tubules transverses Reticulum sarcoplasmique = Sacs latéraux ou citernes Noyau central unique Mitochondries +++ Ici les tubules transverses devraient être dessinés en regard des lignes Z

5 Le myocyte cardiaque D2-5 Ligne Z Les invaginations de la membrane cellulaire (tubule T) augmentent la surface de contact avec le reticulum sarcoplasmique (citernes) mais ne communiquent pas avec et cela en regard des lignes Z.

6 Le myocyte cardiaque D2-6 Myofilaments épais Structure : Molécule de myosine : - 2 chaines lourdes - 4 chaines légères - 2 têtes Unité de base = - 2 molécules de myosine Myofilament épais unités de base soit -350 molécules -700 têtes fin Myofilament fin : actines - 1 Tropomyosine - 3 Troponines

7 Sarcomère cardiaque Le myocyte cardiaque D2-7

8 Le myocyte cardiaque Protéines de contrôle du couplage D2-8 L augmentation du Ca ++ intracellulaire, sa fixation sur Tc ainsi que l hydrolyse de Troponine I = Intermédiaire l ATP entraîne un réarrangement du Troponine T = en contact avec la Tropomyosine complexe troponines/tropomyosine. La Troponine C = réceptrice du Calcium tête de myosine bascule en se fixant sur le site de l actine avec glissement actine/myosine.

9 Évènements cellulaires du couplage D2-9

10 Le myocyte cardiaque D2-10 Spécificités des cellules musculaires Moins allongées, parallélépipédiques, (100* m), Organisées en un réseau tridimensionnel, Noyau central unique, Mitochondries très nombreuses, Grains de glycogène nombreux, Nombreux récepteurs membranaires, Jonctions inter cellulaires et disques intercalaires, nexus (=soudure =gap junction), Pas de jonction neuromusculaire, Contient des protéines dont la myoglobine.

11 Myocytes et Cellules nodales D2-11 Electrophysiologie comparée : mv 0 X = entrant X = sortant temps Myocyte C. nodale Pompe Na/K échangeur Na/Ca Seuil Excitabilité P repos Max puis instable stable

12 Myocytes et Cellules nodales D2-12 Electrophysiologie comparée : Cardio-myocytes potentiel de repos ddp grande (-90mv) stable phase 2 horizontalisée, longue (transit Ca ++ important) Cardio-nectrices potentiel de repos ddp moindre (max =-70mv) instable avec pente de ddl phase 2 courte (moindre transit Ca++) Notion d hyperpolarisation et conséquences

13 Spécificité des cellules nodales D2-13 La dépolarisation diastolique lente (ddl) des cellules nodales tient à l'expression par ces cellules d'un canal sodique très particulier, i) voltage-dépendant d une part, ii) activé par l'hyper polarisation d autre part. Sa conductance est très petite (d'où la pente faible de cette dépolarisation). Il est plus fortement exprimé par les cellules à fréquence propre rapide (sinusales : pente grande) que par celles possédant une fréquence propre lente (tronc de Hiss et réseau de Purkinje : pente plus petite). Dans les cellules nodales, il a été décrit par Noble et est désigné comme le courant If. Il est modulé positivement par la noradrénaline via les récepteurs beta1, d'où son effet chronotrope positif.

14 Conséquences sur l automatisme Effets sur le Chronotropisme nodal : 1) Du Potentiel de repos max : a 2) Du Seuil d excitabilité : b 3) De la variation de la pente de ddl 4) De l hyperpolarisation membranaire D2-14 hyperpolarisation

15 Excitabilité nodales et musculaires D2-15 Bathmotropisme +/- Périodes réfractaires : Absolue, (ARP) Relative, (RRP) Excitabilité Supra Normale (SNP) Couplage électromécanique : Conséquences mécaniques tonotropisme inotropisme lusitropisme Périodes Réfractaires d un myocyte Couplage Excitation Contraction d un myocyte 10-4N

16 Conduction entre cellules cardiaques : Dromotropisme +/- et synchronisation 1) excitée vers non excitée : nodale ou myocyte 2) La direction prise dépend : Périodes réfractaires Pente de ddl D2-16 Dépolarisation sinusale Conduction et synchronisation sous jacente d une fréquence dormante moindre Dépolarisation sous jacente dormante

17 Cellules cardiaques Effets de l activation béta adrénergique 1) Abaissement du seuil d excitabilité cellulaire 2) Accentuation de la pente de ddl. 3) Augmentation de la vitesse de contraction Effets inhibés par les béta bloquants D2-17 Automatique Non Auto Adaptation homéométrique des cellules (sans changement de la longueur) Bathmotropisme Dromotropisme Chronotropisme +++ +/- amplitude amplitude Inotropisme +++ Tonotropisme +++ Sans objet amplitude

18 Effets de l activation cholinergique 1) Elévation du seuil d excitabilité cellulaire 2) Réduction de la pente de ddl. 3) Hyperpolarisation membranaire 4) Réduction de la vitesse de contraction du myocyte Effets inhibés par les atropiniques Adaptation homéométrique des cellules (sans changement de la longueur) Cellules cardiaques Automatique Non Auto Bathmotropisme Dromotropisme Chronotropisme +++ +/- Inotropisme +++ Tonotropisme +++ amplitude Sans objet amplitude amplitude D2-18

19 Cellules cardiaques Effets combinés possibles sur : Chronotropisme, Bathmotropisme, Dromotropisme, exemples : D2-19 positifs négatifs

20 Pre & post charges cellulaires D2-20 Adaptation hétérométrique des cellules contractiles Donc avec changement de longueur Modélisation : C = Contractile non élastique, E = Élastique non contractile. longueur C a b c d e E E E E E P En a La longueur initiale de la cellule (C+E) est fonction de la force initiale d allongement générée par le poids P générant une tension dans E (pre charge); en b Un support est disposé sous P pour empêcher l effet de A en c. En d l activation/raccourcissement de C génère un raccourcissement isométrique puis hétérométrique de l élément musculaire (C + E) en e lorsque la force dans E donc dans l élément musculaire augmente de la valeur et au delà du poids de A (post charge). P est la pre charge et A la post charge.

21 Pre charge cellulaire cardiaque Loi de Starling Tension développée T max D2-21 La tension initiale ou pre charge appliquée à la fibre génère sa longueur initiale. Ce n est pas l inverse. La longueur d équilibre de la fibre désinsérée (donc sans pre étirement) est inférieure à la longueur de repos obtenue par l application d une force d allongement ou pre charge. Tension initiale : pre charge Longueur initiale de la cellule au repos Lors de l excitation de la fibre la Tension développée et le % de raccourcissement de cette fibre croît et passe par un maximum lorsque la precharge augmente.

22 Longueur initiale Longueur après raccourcissement dl Pre & post charges cellulaires Vitesse de raccourcissement 1 3 dt 1 3 extrémité fixée temps D2-22 Pour une pre charge, (non représentée), identique de 1 à 4, la vitesse initiale (dl/dt) de raccourcissement est maximale dans chaque situation et décroît quand la post charge augmente de 1 à 4. Pour, pre et post charge données, longueur et dl/dt (V de raccourcissement) diminuent du début à la fin de la contraction.

23 Variations de Post charge cellulaire Vitesse max de raccourcissement D2-23 Vitesse max de raccourcissement Valeur max de Vmax à post charge nulle Valeur nulle de Vmax à partir d une valeur haute de post charge. Post charge (newton)

24 Cellules cardiaques D2-24 Types de réponses contractiles o intensité/amplitude : loi du tout ou rien o réponse en fréquence : synchronisation sans tétanisation o Fréquence/amplitude : loi de l escalier o pre-charge et % de raccourcissement : loi de Starling o force/vitesse de raccourcissement rôles de la pre et de la post-charge

25 Physiologie du cœur et des vaisseaux 1) Modélisation de la circulation et Morphologie fonctionnelle 2) Cellules cardiaques et Tissus du cœur 3) Fonctions cardiaques 4) Les vaisseaux A) Circulation systémique B) Circulation pulmonaire 5) Intégration systémique A) Homéostasie circulatoire B) Interactions cœur/poumons D2-25

26 Tissus du cœur : T. nodal Voies de conduction Intra auriculaires Intra ventriculaires D2-26 Vectocardiographie et ECG Traités en biophysique Voir : «Campus Numérique de Physiologie» : Electrophysiologie cardiaque : Théorie du dipôle Vectocardiographie Genèses de l ECG

27 Tissus du cœur : T. nodal D2-27

28 Tissus du cœur : le myocarde D2-28 Spécificités : Strié Pas d unité motrice Ne tétanise jamais Métabolisme énergétique aérobie lipolytique «Aérobie» très endurant Extraction maximale d O 2 : D(a-v) O 2 maximale

29 Tissus du cœur : le myocarde D2-29 Organisation fonctionnelle 3 Couches de faisceaux 1)interne, hélicoïdales 2)médiane, circonférentielle 3)externe hélicoïdales Déformations dynamiques associées 1) Circonférentielle 2) Radiale 3) Longitudinale

30 Tissus du cœur : le myocarde D2-30 Conséquences : Strain et «twist» cardiaque Torsion Pas de «twist» Chez les adultes Chez les enfants