Hémodynamique intra-cardiaque

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1 Hémodynamique intra-cardiaque Cours aux L2 Dr D BAUDOUY Le 19 octobre 2012

2 Plan du cours Généralités Hémodynamique intra-cardiaque Débit cardiaque Régulation du débit cardiaque Boucles pression-volume

3 Le cycle cardiaque Alternance de systoles (contraction) et de diastoles (relaxation et remplissage) Rythme = FC Cycle ventriculaire normal = 800 ms 1/3 systole ; 2/3 diastole Diastole pour remplissage de la cavité cardiaque Systole pour éjection du sang Cycles distincts pour O et V

4 Evènements mécaniques du cycle cardiaque déterminés par les modifications rythmiques de l activité électrique Dépolarisation contraction éjection Repolarisation relaxation remplissage Si séquence d activation anormale, VES et donc débit cardiaque perturbés

5 Influence de la FC sur le cycle cardiaque

6 Quelques repères du cycle Volume télédiastolique (VTD) : volume de sang contenu dans les ventricules avant la systole = précharge 120 ml Volume télésystolique (VTS) : volume de sang contenu dans les ventricules à la fin de la systole 50 ml Volume d éjection systolique (VES) = VTD-VTS estimé à 70 ml/battement

7 Types de contraction musculaire Isotonique = à force constante raccourcissement (C concentrique) ou allongement (C excentrique) du muscle Isométrique = à longueur constante A force et longueurs variables

8 Propriétés du muscle cardiaque Chronotropisme = fréquence cardiaque Inotropisme = force de contraction Bathmotropisme = excitabilité Dromotropisme = conduction intra-cardiaque Lusitropisme = vitesse de relaxation Tonotropisme = tonicité au repos (diastole)

9 Plan du cours Généralités Hémodynamique intra-cardiaque Débit cardiaque Régulation du débit cardiaque Boucles pression-volume

10 Volume (ml) Pression (mmhg) A vous Relaxation isovolumétrique Contraction isovolumétrique Ejection Remplissage rapide Diastasis Systole atriale Fermeture Pression aortique Pression OG Pression VG Volume VG ECG B1 B2 B3 Phonocardiogramme

11 Volume (ml) Pression (mmhg) Systole et diastole Relaxation isovolumétrique Remplissage rapide Diastasis Systole atriale Fermeture Ao Oreillette : systole, diastole Ventricule : systole, diastole Ouverture Mitrale Pression aortique Pression OG - B1 détermine le début de la systole (FM) - B2 détermine le début de la diastole (FAo) Pression VG Volume VG ECG - Petit silence entre B1 et B2 - Grand silence entre B2 et B1 suivant - Durée de diastole // VTDVG B2 B3 B1 Phonocardiogramme Diastole ventriculaire Systole ventriculaire

12 Systole et diastole ventriculaires Systole : Contraction isovolumétrique Ejection Diastole : Relaxation isovolumétrique Remplissage : passif (lent puis rapide) puis actif

13 Volume (ml) Pression (mmhg) Diastole générale Relaxation isovolumétrique Remplissage rapide Systole atriale y Fermeture Ao Ouverture Mitrale Diastasis x y Pression aortique Pression OG Pression VG Volume VG - Relaxation O et V simultanée - Intervalle TP - POG > PVG - Ouverture valve mitrale - Remplissage passif du VG = rapide puis lent - Accident courbe pression auriculaire : onde y B2 B3 B1 ECG Phonocardiogramme Phase de remplissage passif lent raccourcie +++ si accélération FC Diastole Systole

14 Volume (ml) Pression (mmhg) Systole auriculaire = fin diastole ventriculaire Relaxation isovolumétrique Remplissage rapide Diastasis Systole atriale y Fermeture Ao Ouverture Mitrale x y Pression aortique Pression OG Pression VG Volume VG - Onde P (ECG) - Contraction oreillette - POG > PVG - Valve mitrale ouverte - Dernier tiers de la diastole ventriculaire - Remplissage actif VG (20-30%) VTDVG - Accidents courbe OG : onde a (contraction O) ECG B2 B3 B1 Phonocardiogramme Diastole Systole

15 Diastole ventriculaire : propriétés musculaires Relaxation active : propriété active de succion, pendant relaxation isovolumétrique et remplissage passif rapide Élasticité : propriété d un matériau déformé à retrouver sa forme initiale lorsque le stress cesse, pendant remplissage passif lent Distensibilité = compliance : propriété passive d augmenter son volume sous l effet d un remplissage, pendant la systole auriculaire

16 Volume (ml) Pression (mmhg) Relaxation isovolumétrique Contraction isovolumétrique Remplissage rapide Diastasis Systole atriale y B2 Fermeture Ao Ouverture Mitrale B3 B1 x y Pression aortique Pression OG Pression VG Volume VG ECG Phonocardiogramme - Début systole ventriculaire - Contraction à volume constant - Fin du QRS - PdAo >> PVG > POG - Valve mitrale fermée - Valve aortique fermée - Début de la diastole auriculaire (remplissage) - Accidents courbe auriculaire : ondes p et c (FM) Diastole Systole

17 Volume (ml) Pression (mmhg) Ejection Relaxation isovolumétrique Remplissage rapide Diastasis Systole atriale y B2 Fermeture Ao Ouverture Mitrale B3 x B1 y Pression aortique Pression OG Pression VG Volume VG ECG Phonocardiogramme - Systole ventriculaire - volume VG VTSVG - PVG > PdAo >> POG - Ouverture valve aortique - Valve mitrale fermée - Ejection d un VES : rapide puis lente - Diastole auriculaire (remplissage) - Accident courbe auriculaire : onde x (après onde c) Diastole Systole

18 Volume (ml) Pression (mmhg) Relaxation isovolumétrique Relaxation isovolumétrique Remplissage rapide Diastasis Systole atriale y B2 Fermeture Ao Ouverture Mitrale B3 x y Pression aortique Pression OG Pression VG Volume VG ECG - Fermeture valve aortique - PdAo > PVG > POG - Début diastole ventriculaire : PVG - Volume VG constant - Valve mitrale fermée - Diastole auriculaire (remplissage) - Accidents des courbes de pression : onde v auriculaire, incisure et sursaut dicrotes aortiques B1 Phonocardiogramme Diastole Systole

19 mmhg 130 P Aorte P VG VD et VG VD VG 25 P AP P VD Les pressions dans le VD et l AP sont environ 7 fois plus faibles que dans le VG et l aorte 0

20 Volume (ml) Pression (mmhg) Cycle cardiaque (cœur G) Relaxation isovolumétrique Contraction isovolumétrique Ejection Remplissage rapide Diastasis Systole atriale Ouverture Ao Fermeture Ao Pression aortique Fermeture Mitrale Ouverture Mitrale Pression OG Pression VG Volume VG ECG B1 B2 B3 Phonocardiogramme Systole Diastole Systole

21 Rao serré

22 RM serré

23 Plan du cours Généralités Hémodynamique intra-cardiaque Débit cardiaque Régulation du débit cardiaque Boucles pression-volume

24 Débit cardiaque Volume de sang éjecté par le cœur dans l aorte par unité de temps (L/min) Qc = 5 L/min Egalité des débits droit et gauche (sinon désamorçage ou œdème) Qc = VES x FC = PAM/RPT = Sao x Vao

25 Répartition du débit cardiaque au repos Reins et territoire splanchnique = 50% du Qc Cerveau 13% Cœur 4% Modulation en fonction de l activité métabolique du tissu/organe et de sa fonction (si nécessaire à l activité du sujet) Contrôle de la répartition du débit cardiaque = extrinsèque (SNV, hormonal) et intrinsèque local

26 Index cardiaque IC = Qc/surface corporelle Normale à 3,5 ± 0,5 L/min/m 2 Annule les variations du débit liées au poids et à la taille

27 Variations de l index cardiaque Age ( ) Activité physique X 4 à 5 Stress ( X2) Thermorégulation Orthostatisme (- 30%) Situations physiologiques : digestion (+ 30%), grossesse (+40%)

28 Mesure du débit cardiaque Méthode de Fick Méthode de dilution Thermodilution Doppler cardiaque

29 Mesure du débit cardiaque par méthode de Fick Qc = VO 2 / DAVO 2 Avec VO 2 la consommation en oxygène (L/min) DAVO2 la différence artério-veineuse en O 2 (CaO 2 -CvO 2 ) CaO 2 le contenu en O 2 d une artère CvO 2 le contenu en oxygène de l artère pulmonaire

30 Mesure du débit cardiaque par dilution Injection dans veine périphérique d une quantité connue de colorant ou d un traceur radioactif puis mesure concentration instantanée de cet indicateur dans échantillons successifs de sang artériel En pratique Débit cardiaque = quantité indicateur injectée/concentration moyenne traceur au cours du premier passage à travers le cœur Traceur le plus souvent utilisé : albumine plasmatique marquée à l 131 I 30

31 Mesure du débit cardiaque par thermodilution Cathéter de Swan-Ganz Basée sur variation de T entre 2 points de la sonde d un liquide injecté dans l AP Référence en cathétérisme Indirecte et variable (mesures répétées)

32 Mesure du débit cardiaque : échographie doppler cardiaque Qc = Sao x Vao Sao calculée en bidimensionnel Vao calculée via l intégrale temps-vitesse du flux aortique

33 Plan du cours Généralités Hémodynamique intra-cardiaque Débit cardiaque Régulation du débit cardiaque Boucles pression-volume

34 Qc = FC x VES

35 Contrôle de la fréquence cardiaque QC augmente avec la FC ssi VES ne baisse pas : Soit contractilité augmente Et/ou postcharge diminue Contrôle du SNV Tonus parasympathique cardio-inhibiteur permanent Tonus sympathique cardio-activateur Contrôle hormonal (MS) : ino et chronotrope + Pharmacologique : beta-bloquants, ivrabadine, digitaliques, Inhibiteurs calciques

36 Influence de la FC sur le cycle cardiaque FC raccourcissement de la phase de remplissage passif lent mais Qc augmente FC >200 bpm gêne sévère au remplissage

37 Quand la FC, la diastole se raccourcit plus que la systole ms DIASTOLE SYSTOLE FC min -1

38 Applications Le débit cardiaque augmente avec la FC jusqu à la fréquence maximale tolérée (FMT) à l effort (=220-âge) Au-delà de FMT, Qc diminue ( VTD+++) Marge du sportif plus grande (FC de repos plus basse) Tachycardies prolongées évoluent vers l insuffisance cardiaque

39 Contrôle du volume systolique (VES) VES = VTD-VTS Auto-régulation intrinsèque (mécanisme de Frank-Starling) = plus un muscle est étiré est plus sa force contractile augmente dans des limites physiologiques

40 La loi de Frank-Starling Le cœur expulse pendant la systole le sang reçu en diastole Si retour veineux au cœur ( VTD) : vitesse du raccourcissement des fibres force de contraction vitesse de relaxation Permet l égalité des débits aortique et pulmonaire Permet l adaptation à l effort

41 Expérience du cœur de Starling Volume systolique Pression de remplissage ventriculaire 41

42 Volume d éjection systolique Pression de remplissage ventriculaire Volume télédiastolique Contraction des fibres musculaires du ventricule Volume télésystolique 42

43 Loi de Frank-Starling

44 Déterminants du VES Précharge Performance systolique ventriculaire = contractilité Postcharge

45 Précharge Contrainte pariétale en fin de diastole Proportionnelle au rayon et à la pression dans la cavité Inversement proportionnelle à l épaisseur de la paroi Estimation par PTD et VTD Déterminée par le retour veineux ++ et la performance diastolique cardiaque

46 Performance ventriculaire Systolique et diastolique Fonctionnement intrinsèque modulé par facteurs : Pariétaux (composition myocarde, épaisseur) Physico-chimiques (T, ph, PO 2 ) Extra-pariétaux (péricarde, poumons)

47 Performance diastolique ventriculaire Lusitropisme Capacité à diminuer la concentration de calcium cytosolique (Na/K ATPase mb, SERCA et phsophorylation du phospholamban) Déterminant de la précharge

48 Performance systolique ventriculaire Propriétés à se contracter (inotropisme) Indépendante de la charge et de FC Force augmentant la vitesse et amplitude du raccourcissement des fibres myocardiques Déterminée par interaction Calcium-ponts

49 Performance systolique ventriculaire Augmentée par catécholamines, digitaliques Indices : dp/dt, FEVG Si altérée : maintien du Qc ssi FC (mais limites par altération du remplissage) VTD (mais limites du Starling)

50 Postcharge Contrainte pariétale pendant la contraction Déterminée par Volume systolique RPT (régulation SNV, hormones, élastance aortique ) Estimée par la PA

51 Retour veineux, compliance diastolique V Contrôle intrinsèque VTD = précharge Qc = FC x VES Contractilité SNV, Catéchol, ph, Pa0 2 Contrôle extrinsèque : SNV, hormones VTS Postcharge RPT

52 En reportant sur un graphique le VES en fonction du VTD, on obtient une courbe de fonction ventriculaire (courbe débit-pression). Le débit cardiaque (VES.f) ou le travail ventriculaire (W, produit du VES par la pression: W = VES.P) peuvent remplacer le VES dans ce graphique W VES(ml) et la PTD (+ facile à mesurer que le volume), peut remplacer le VTD. PTD VTD(ml) 52

53 COURBES DE FONCTION VENTRICULAIRE VES VESVG Contractilité (SNV S) CŒUR D normal Contractilité CŒUR G (insuffisance cardiaque) POG ou PTDVG Pression auriculaire mmhg mmhg

54 Plan du cours Généralités Hémodynamique intra-cardiaque Débit cardiaque Régulation du débit cardiaque Boucles pression-volume

55 Relation pression-volume ventriculaire Relation tension-longueur Variations de volume et de pression = travail cardiaque (W = Pression x Volume) Travail cardiaque exprimé en Joules 1,07J (VG) et 0,16J (VD) par cycle cardiaque

56 Pression PTS postcharge Télésystole CYCLE PRESSION-VOLUME DU VG FA Contractilité éjection VES OA Courbe P/V Diastolique= compliance PTD OM relax isovol remplissage diastolique contr isovol FM VTDVG Télé diastole Précharge Aire sous la courbe = travail cardiaque Volume VG ml

57 Modification de la précharge Pression PRECHARGE VES VES = 130 ml VES = 100 ml normal PRECHARGE VES = 70 ml VES Volume VG ml

58 POST- CHARGE VES REGULATION HETEROMETRIQUE Pression Normal VES = 70 ml VES = 100 ml Volume VG

59 Pression REGULATION HETEROMETRIQUE normal VES = 100 ml Courbe P/V diastolique POST- CHARGE VES = 120 ml VES Volume VG ml 200

60 Pression Courbe P/V télésystolique Post-charge normal Courbe P/V diastolique Post-charge Volume VG ml

61 Modification de la contractilité Pression contractilité: effet inotrope + contractilité: effet inotrope - normal VES = 115 ml VES = 100 ml VES = 80 ml Volume VG

62 Références bibliographiques Physiologie humaine, Sherwood (2è édition) Physiologie humaine une approche intégrée, Silverthorn (4è édition) Textbook of medical physiology, Guyton & Hall (11th edition)

63 CONTRÔLE DU DEBIT CARDIAQUE Volume sanguin POD POG Précharge Resistance vasculaire systémique Compliance veineuse + P aortique Contractilité VG + VES - Postcharge + S + ps - FC + + Qc = VES x FC

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