Année universitaire 2014/2015Université Joseph Fourier (UJF) Grenoble I - Tous droits réservés
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Chapitre 1:Le cœur
Pr. Daniel FAGRET
UE3-1: Biophysique de la circulation
Plan du chapitre 1 I – Définitions
1 – Le stress �2 – Loi de Laplace
II – Le cycle cardiaqueA. Phénomènes biochimiques
Activation – inactivationB. Phénomènes mécaniques
1 – La courbe pression-volume ventriculaire gauche2 – Contraction – relaxation3 – Systole – diastole cliniques4 – Relation entre stress radial et stress circonférentiel
III – Déterminants de la relation Pression-volumeA. ElasticitéB. ContractilitéC. Pré-chargeD. Post-chargeE. SynthèseF. En réalité (Loi de Franck et Starling)
IV – Performance cardiaqueV – Deux exemples
A. Insuffisance cardiaque – par ischémieB. Hypertension artérielle
VI – Energétique myocardiqueRendement du cœur
Le cœur est un muscle qui effectue un travail considérable durant toute notre vie.Le cœur éjecte 10 000 litres de sang par jour dans nos artères.
Pour réaliser ce travail il a besoin d’énergie.Pour fabriquer cette énergie il a besoin d’oxygène et de nutriments.Ceux-ci lui sont apportés par les artères coronaires qui irriguent le muscle.
La présence d’athérome dans les artères va perturber cet apport.Il y aura déséquilibre entre les besoins et les apports.Le muscle va souffrir : c’est l'ischémie myocardique.
Pour comprendre l’ischémie myocardiqueet ses conséquences, il faut connaître les déterminants du fonctionnement du cœur.
I - Définitions
1 – Définition du stress
2 - Loi de Laplace
1- Définition du Stress
FS
FS = N/m2
Le stress peut s’appliquer de façon perpendiculaire à la surface.
C’est le stress normal ou stress radial.
Le stress peut s’appliquer defaçon parallèle à la surface.
C’est le stress de cisaillement.
La pression sanguine qui s’applique sur la paroi interne des vaisseaux et des cavités cardiaques
représente un stress radial.
Le déplacement du sang dans les artères exerce sur les cellules endothéliales tapissant la paroi des vaisseaux un stress de cisaillement.
Il y a aussi un stress qui s’exerce à l’intérieur de la paroi des vaisseaux et de la paroi du
cœur.C’est ce que l’on appelle le stress
circonférentiel.
2- Loi de Laplace
rP
h
= Pr
2h
stress circonférentiel extensif
VentriculeGauche
II - Le cycle cardiaque
A - Phénomènes biochimiques
(activation-inactivation)
Phénomènes biochimiques
RS Actine
Myosine
Ca++
Ca++
RSCa++ Ca++
Ca++
Ca++
RS
Ca++
Ca++
Ca++
Ca++
Ca++
Inactivation
Activation
Ca++
Repos
II - Le cycle cardiaque
B - Phénomènes mécaniques
1 - Courbe pression-volume2 - Contraction-relaxation3 - Systole-Diastole4 - Stress radial-circonférentiel
1- COURBE PRESSION-VOLUMEPo
st c
harg
ePr
é ch
arge
P
VTS VTD Volume ventriculaire
FM
OA
contraction isovolumétriqueFA
éjection
OM
relaxation isovolumétrique
remplissage diastolique
Syst
ole
Dia
stol
eVTD – VTS = Volume d’Éjection Systolique (VES)
2- Contraction- RelaxationContraction- Processus qui développent la pression et éjectent le sang dans les
vaisseaux- Phase de contraction isovolumique et 1ère partie de la phase 2 d’éjection- Phénomènes d’activation prépondérants- Energie dépendante
Relaxation- Processus qui permettent au muscle cardiaque de revenir à son état
précontractile- 2ème partie de la phase 2, phase 3 et phase 4- Phénomènes d’inactivation prépondérants- Energie dépendante
3- Systole - Diastole en clinique
Systole :
Entre 1er bruit du cœur : fermeture de la mitrale et 2ème bruit du cœur : fermeture des valves aortiques
Diastole : tout le reste
4- Relation entre stress radial et stress circonférentiel du VG
Stress radial
Stress circonférentiel (loi de Laplace)
Pression dans cavité
P
=Pr2h
III- Déterminants de la relation pression-volume
A - ElasticitéB - ContractilitéC - PréchargeD - Post-ChargeE - SynthèseF - En réalité… (loi de Franck- Starling)
Deux déterminants surtout fonction des propriétés intrinsèques du muscle cardiaque
.élasticité
.contractilité
Deux déterminants surtout fonction des conditions de charge dans lesquelles le muscle cardiaque travaille
. précharge
. post-charge
A- Elasticité
Elle s’apprécie lors du remplissage diastolique
Elle détermine la forme de la courbe P.V. lors du remplissage
Elle traduit la qualité de l’inactivation
Mesure : on mesure la compliancePv
A - Elasticité myocardique
Elasticité ou relations pression-volume en diastole
P
PTD
VTDVol
Définit la façon dont le ventricule se laisse distendre passivement en diastole
Mesure: ∆V sur ∆P
Pour k’ > k laCompliance diminue
kk’
VTD’
B - ContractilitéCapacité du muscle cardiaque à générer une force pour une précharge donnée
C’est l’expression de l’intensité de l’activation
Mesure : la droite d’élastance maximale
PTS PTSC = en pratique
VTS – d VTS
B - Contractilité ou relations pression-volume en fin de systoleP
VolVTS
Définit la relation pression-volume en fin de systole (résultat de la phase « active » de la contraction).
PTSCourbes de type :P(v) = c.v - dAvec c = contractilitéOn s’intéresse surtout au pointPTS = c.VTS - d
Pour c’ > cContractilité augmentée
cc’
VTS’d
C - Précharge
Stress régnant dans la paroi en fin de remplissage
La forme de la courbe P = f (v) est déterminée par l’élasticité du myocarde
La situation du point de fin de remplissage sur cette courbe est déterminée par la valeur du retour veineux
Mesure : pression dans ventricule gauche en fin de remplissage
C - Précharge
FMPTD
P
Vol
PTD’ FM’
VES
retour veineux VTD suivant la complianceJusqu’à la pression de fermeture de la valve d’admission (PTD’).
VTD VES débit
k
c
D- Post-charge
C’est le stress circonférentiel maximal développé par le myocarde
La post charge correspond à l’ensemble des forces qui s’opposent à la sortie du sang du ventricule gauche :Pression aortique, Athérome, diamètre des sténoses, viscosité du sang …
Mesure : Pression ventriculaire gauche télésystolique
D - PostchargeLiée aux résistances à l'éjection du ventricule
P
VolVES
Postcharge VTS VES débit
k
c
E - Synthèse
B
A
Le point A dépend de l’élasticité et de la pré-charge
P
VTS VTD Vol
PTSLe point B dépend de la post-charge et de la contractilité
PTD
F- Interaction entre les conditions de charge et les propriétés intrinsèques du coeur
1 - Loi de Franck-StarlingEtirement du muscle --> degré d’intensité del’activation ---> donc de la contractilité
2 - En résuméPréchargePostchargeContractilité
Ne sont pas des grandeurs indépendantes
COURBE PRESSION-VOLUMEPo
st c
harg
ePr
é ch
arge
P
VTS VTD Volume ventriculaire
FM
OA
contraction isovolumétriqueFA
éjection
OM
relaxation isovolumétrique
remplissage diastolique
Syst
ole
Dia
stol
e
IV- Performance cardiaque
But : assurer un débit de sang adapté aux besoins des tissus
Mesure : quantité de sang éjecté à chaque minute
Cette performance dépend :- des propriétés intrinsèques du cœur, de
l’élasticité, de la contractilité- des conditions de charge, de précharge, de
post-charge
Mesure des volumes Volumes instantanés : VTS et VTDEchocardiographieIRM (séquences dynamiques)Cathétérisme + injection de produit de contraste + clichés radio
Mesure des axes et calcul des volumes (souvent avec hypothèse géométrique) :Fraction d’éjection FE = VTD – VTS
VTD
FE normale = (ou >) 60%
P.Y Marie CHU Nancy
Radioactivité mesurée:
Temps
TD
TSRA = Vol x Concentration Radioactive (C)
VTDxC - VTSxCVTDxC
RA*TD – RA*TSRA*TD = VTD - VTS
VTD= = FE
Systole1/3
Diastole2/3
Courbe volume - tempsMédecine nucléaire: marquage radioactif des globules rouges,Images dynamiques et mesure de la radioactivité au cours du temps
Mesure des volumes
V - Deux Exemples :
Insuffisance cardiaque
Le coeur n’éjecte pas assez de sang.
Comment augmenter le VES?
Exemple
Ischémie1- diminution de l’élasticité2- diminution de contractilité
Corrections1- diminuer la post charge2- augmenter la contractilité3- augmenter la précharge
contractilité: IVG systolique compliance : IVG diastolique
P P
VES (Car VTS2 > VTS1)
VES (Car VTD2 < VTD1)
Autre Exemplel'hypertension artérielle augmentation de la postchargeEffet initial :
P P
Vol VolVES VES =
Réaction: contractilité
VI - Energétique myocardique
Déterminants de la consommation d’O2
1 - Stress intramyocardique2 - Fréquence cardiaque3 - Contractilité myocardique4 - Travail externe : P x VES5 - Travail cinétique : 1/2 mv2
Mesure clinique : produit : FC x Psyst.
Rendement du cœurTravail externeConsom. d ’O2
= 5 à 20%
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