hémodynamique cardiaque régulation de la...

HHéémodynamiquemodynamiquecardiaquecardiaque

RRéégulation de la performancegulation de la performanceCardiaque :Cardiaque :

Relaxation et propriRelaxation et propriééttéésspassives du ventriculepassives du ventricule

Prs J.-J. Mercadier, A. Nitenberg et M. Eugène

MODULE BIOCLINIQUE CARDIOVASCULAIRE

PCEM2

DDééterminants de la performance ventriculaireterminants de la performance ventriculaire

• Précharge longueur initiale des fibres• Retour veineux• Compliance ventriculaire

• Postcharge résistance à l’éjection• Contrainte pariétale• Propriétés physiques du système artériel

• Contractilité force pour une L init. donnée• Intrinseque• extrinseque

• Effet de le fréquence cardiaque• Relation force/fréquence (« escalier positif »)

Contraction Relaxation DistensionPhysiologie

VolumeVentriculaire

Artère

Ventricule

Pressions

Bruits du CoeurB4

B1B2 B3

Systole DiastoleClinique

POG

PVG

0

10

20

mmHg

RELAXATIONRELAXATIONPROPRIETESPROPRIETES

PASSIVESPASSIVES CONTRACTIONCONTRACTIONAURICULAIREAURICULAIRE

POG

PVG

POG

PVG

Augmentation de la Fréquence Cardiaque

PROPRIETES PASSIVESdu

VENTRICULE

FACTEURS PHYSICO-CHIMIQUES

HypoxieAcidoseIschémie

FACTEURS PARIETAUXComposition du Myocarde

Epaisseur de la Paroi

FACTEURS EXTRA-PARIETAUXInteraction Volume des Cavités-Péricarde

Poumons

PTDVGPTDVG

(mmHg)(mmHg)

VTDVG (ml)VTDVG (ml)

1010

3030

ΔP

ΔV1 ΔV2

Compliance/Rigidité ventriculaire

R = R = ΔΔP / P / ΔΔV = 1 / CV = 1 / C

Normal

Fibrose

Compliance MyocardiqueDiminuée

Hypertrophie

Compliance MyocardiqueNormale

Compliance Ventriculaire Diminuée

Précharge

Pi

Pe

Rôle du péricarde Interaction VD / VG

P1 P2

Pe

P

VTD

+ péricarde

P

VTD

- péricarde VD 20 ml

VD 50 ml

Pression

Volume

VGPression

Volume

VG

VGVD VGVD

PTS

PTS

Diminutionde Compliance

VTS VTD

PTD

VOLUME

Ea Ets

PRESSION

PTS

Augmentationde Compliance

VTS VTD

PTD

VOLUME

Ea Ets

PRESSION

PTS

Cours :Cours :

Régulations neurohormonalescardiovasculaires

Prs J.-J. Mercadier et A. Nitenberg

MODULE BIOCLINIQUE CARDIOVASCULAIRE

PCEM2

La Pression artLa Pression artéériellerielle

•• Grandeur rGrandeur réégulguléée du syste du systèème cardiovasculaireme cardiovasculaire

•• Loi dLoi d’’Ohm : U = R x IOhm : U = R x I

•• P = P = RR x Qx Q

•• Q = VOQ = VO22/(CaO/(CaO22--CvOCvO22))

•• Q = Q = VESVES x x FCFC

IntIntéégration de la fonction cardiovasculairegration de la fonction cardiovasculaireRRéégulation de la PA systgulation de la PA systéémiquemique

Pression artPression artéérielle moyenne (Grandeur rrielle moyenne (Grandeur réégulguléée dans le syste dans le systèème cardiome cardio--vasculaire)vasculaire)

RRéégulations locales gulations locales

O2O2

K+K+

CO2CO2

H+H+

OsmolaritOsmolaritéé, ad, adéénosine, autres nosine, autres mméétabolites,eicosanotabolites,eicosanoïïdes, des,

bradykinine, rbradykinine, rééponse myogponse myogèène, ne, substance libsubstance libéérréées par suite es par suite

dd’’une lune léésion, Edrf, endothsion, Edrf, endothéélineline--II

RRéésistance psistance péériphriphéérique globalerique globale

ViscositViscositéé du sangdu sang

HHéématocritematocrite

Nerfs Nerfs vasoconstricteurs vasoconstricteurs

sympathiquessympathiques

AdrAdréénaline, angiotensine II et naline, angiotensine II et vasopressine plasmatiquesvasopressine plasmatiques

Muscle lisse artMuscle lisse artéériolaireriolaireRayon artRayon artéériolaireriolaire

Pression artPression artéérielle moyenne (Grandeur rrielle moyenne (Grandeur réégulguléée dans le syste dans le systèème cardiome cardio--vasculaire)vasculaire)

ActivitActivitéé des nerfs des nerfs sympathique des sympathique des

veinesveinesVolume sanguinVolume sanguin

Pression auriculairePression auriculaire

Retour veineuxRetour veineux

Mouvement Mouvement dd’’inspirationinspiration

Pompe Pompe musculaire musculaire squelettiquesquelettique

Volume Volume TTéélléédiastolique diastolique

ventriculaireventriculaire

DDéébit cardiaquebit cardiaque

ActivitActivitéé des nerfs des nerfs Parasympathiques Parasympathiques

du cdu cœœur ur

AdrAdréénaline naline plasmatiqueplasmatique

ActivitActivitéé des nerf des nerf sympathiques du csympathiques du cœœur ur

Veines pVeines péériphriphéériquesriquesPression veineusePression veineuse

Muscle cardiaqueMuscle cardiaque

Volume dVolume d’é’éjection systoliquejection systolique

NNœœud sinoud sino--auriculaireauriculaire

FrFrééquence cardiaquequence cardiaque

__

++

++

IntIntéégration de la fonction cardiovasculairegration de la fonction cardiovasculaireRRéégulation de la PA systgulation de la PA systéémiquemique

Neuro-hormones etRégulation de la fréquence cardiaque

• Rôle essentiel de l’innervation du coeur :

– Sympathique» Chronotrope et dromotrope positif (nœud

sinusal et tout le tissu de conduction)– Parasympathique

» Chronotrope négatif (nœud sinusal)» Rôle de « filtre » (nœud auriculo-ventriculaire)

NTS

Coeur et Système Nerveux Autonome

NoeudSinusal

α

β

PΣ

Ach

Ach

Barorécepteurs+

Chémorécepteurs

Médullosurrénale

Ach

Ad (& Nad)

Ach

Nad

Σ

NoeudAuriculo

VentriculaireNad

Activation CardiaqueActivation Cardiaque

ContractionContractiondes oreillettesdes oreillettes

ContractionContractiondes ventriculesdes ventricules

Conduction de la dConduction de la déépolarisation du noeud polarisation du noeud sinusal aux myocytes ventriculairessinusal aux myocytes ventriculaires

PMR

PRA PRR

- 90- 70

0

PS

mV

PMR

PRA PRR

- 90- 70

0

PS

mV

Augmentation de la Fréquence Cardiaque

Neuro-hormones etRégulation de la contractilité

• Rôle essentiel de l’innervation sympathiquedu myocarde :

– Effet de la Nad sur les myocytes cardiaques– Via les récepteurs β1 adrénergiques– Gαs – AC - AMPc – PKA – phosphorylation des protéines

cibles» Canaux calciques de type L» Récepteurs de la ryanodine» Phospholamban» Troponine I

Le rLe rééticulum Sarcoplasmique Longitudinal aprticulum Sarcoplasmique Longitudinal aprèès stimulation s stimulation

Ca-ATPase du sarcolemme = PMCA

« Calcium leak »

Calséquestrine

Ca-ATPase du RS (SERCA)+ Phospholamban (PL)

Échangeur Na-Ca = NCX

Cytosol

Tubule T

Canal calcique de type L

Canal calcique du RSRécepteur à la Ryanodine

RS LongitudinalRS Longitudinal

RS CorbulaireRS CorbulaireRS JonctionnelRS Jonctionnel

ZSarcomère Sarcomère

PP

PP PPPPPP

PP PP

PP

PP PP

PPPP PP

NADNAD IsoproterenolIsoproterenol

ββARAR

GGααss ACAC

ATPATP AMPcAMPc

PKAPKA

PPPP

PP

PP

PPPPPP

PP

PPPPPP PPPPPP

PLPL

SERCASERCA

PP

AMPcAMPc

PKAPKA PP

PP

CaMKCaMKCaCa--calmoduline Kinasecalmoduline Kinase

PP

Neuro-hormones etRégulation de la postcharge

• Régulation de la contrainte systolique du VG par régulation (loi de Laplace):

– de la taille du VG = la volémie– de la pression artérielle– des propriétés physiques du système artériel

» grosses artères» résistances périphériques

Artère

Artériole

Sphincter Pré-capillaire

Capillaires

Système Nerveux AutonomeMétabolites Locaux: PO2, PCO2, pH, Lactate, K+

Sièges de la Vasomotricité

NTSPΣ

Barorécepteurs

Parasympathique

M MAch

Ach

Ach

Médullosurrénale

βαAdrénaline

Noradrénaline

NA

Orthosympathique

α β

Artérioles Périphériques

AchNA

AdrénalineNoradrénaline

α

Orthosympathiqueα

NA

NA

Ach

SystèmeVeineux

Ach

Σ

Vaisseaux et Système Nerveux Autonome

POUMONSPOUMONS

CapillairesENZYME deENZYME de

CONVERSIONCONVERSION

AGIOTENSINE II

REINREIN

CelluleJuxtaglomérulaire

Système Rénine-Angiotensine-Aldostérone

SYMPATHIQUESYMPATHIQUE

β

NA

MaculaDensa

NaNa++

P

Tension

ArtérioleAfférente

FOIE

ANGIOTENSINOGENE

ANGIOTENSINE I

RENINERENINE

Cibles de l'Angiotensine II

α β

βαA et NAA et NA

2-VaisseauxΣ

Area Postrema

AT1

α

β

ANGIOTENSINE II

1-Coeur

AT1

AldostAldostééroneroneCorticosurrénale

EauSodium 3-Rein

Tube ContournéDistal

Volume

OreilletteGauche

Pneumogastrique

ARGININE-VASOPRESSINE

HYPOTHALAMUS

POST-HYPOPHYSE

[Na[Na++]]

ARTERIOLES

H2O

Tube Contourné Distalet

CanalCollecteur

REIN

Arginine-Vasopressine

Neuro-hormones etRégulation de la précharge

• Régulation de la volémie par :– Aldostérone : réabsorption rénale de Na+

– Arginine-vasopressine : réabsorption rénale d’eau

– Peptides natriurétiques (ANP et BNP) : élimination rénale d’eau et de sel

Aldostérone

Récepteur

ADNNoyau

ARNm

CollagèneType IMyocyte

VaisseauxCoeur

FIBROSE

Volume

OreilletteGauche

Pneumogastrique

ARGININE-VASOPRESSINE

HYPOTHALAMUS

POST-HYPOPHYSE

[Na[Na++]]

ARTERIOLES

H2O

Tube Contourné Distalet

CanalCollecteur

REIN

Arginine-Vasopressine

Excrétion d'Eauet de Sodium

Dilatationdes Vaisseaux

Fonction Endocrine du Coeur

FacteursNatriurétiques :

ANP et BNP

ARGININE-VASOPRESSINE

Adrénomédulline

Aldostérone

ARGININE-VASOPRESSINE Dilatationdes Vaisseaux

Cellule MusculaireLisse

Relaxation

Volume

OreilletteDroite

Volémie

ANP et BNP

Débit SanguinRénal

Débit de FiltrationGlomérulaire

Glomérule

Angiotensine

Rénine

DiurèseNatriurèse

Remodelages cardiaquesRemodelages cardiaques

DDééfinitions & Mfinitions & Méécanismescanismes

Pathophysiology of heart failurePathophysiology of heart failure

Progression of Pathologic Hypertrophy

Cardiac hypertrophy is likely maladaptive long-term• Risk factor for arrhythmia and sudden death• Risk factor for developing heart failure• Response to hypertension, coarctation, infarct, genetic mutations, infection, etc.

Normal Hypertrophied Dilated

Seidman and Seidman, 2001, Cell

Jeffery D. MOLKENTINJeffery D. MOLKENTIN

??

??

??

Normal Hypertrophied

Seidman and Seidman, 2001, Cell

Adaptive or Physiologic Hypertrophy

•Adaptive hypertrophy: development, pregnancy, exercise

-Elite powerlifting athletes can show hypertrophy without dysfunction Dickerman et al., 1998; Cardiology 90:145

Serneri et al., 2001; Circ. Res. 89:977-Professional soccer players have adaptive hypertrophy and ⇑IGF-1 levels

-Normotensive pregnancy induces a reversible 15% hypertrophySimmons et al., 2002; AJP-HCP 283:H1627

-Acromegalics have GH/IGF-1-induced hypertrophy without dysfunctionCiulla et al., 1999; J. Hypertens. 17:1965

Jeffery D. MOLKENTINJeffery D. MOLKENTIN

Les divers types de remodelage du VGLes divers types de remodelage du VG

HTAHTARARA

DD’’origineorigineextrinsextrinsèèqueque

Divers degrDivers degréés de fibrose intersticielles de fibrose intersticielle

Surcharge deSurcharge depressionpression

SARCOMERESARCOMEREββMHCMHCMLCMLC

ActineActineTnT, ITnT, IααTMTM

MBPCMBPC……

CYTOCYTO--SQUELETTESQUELETTE

DesmineDesmineDystrophineDystrophineLamine A/CLamine A/C

MLPMLP……

DD’’origineorigineintrinsintrinsèèqueque

IAIAIMIM

SAVSAVSurcharge deSurcharge devolume/dvolume/déébitbit

IDM, IDM, ischischéémie,mie,hibernation, dyshibernation, dys--fonction endothfonction endothéélialeliale

Remodelage physiologiqueRemodelage physiologique

????

MutationsMutations

1

2

3

4

5

Figure 1Figure 1

GÉOMÉTRIE VENTRICULAIRE ET CONTRAINTE PARIÉTALE

σ = P x r x f( a ,b )

hSurcharge barométrique

h / r

Surcharge volumétrique

h / r

P

r

h

h

THE LAPLACE LAWTHE LAPLACE LAW

INSERM U 460INSERM U 460FacultFacultéé X. BichatX. Bichat Grossmann et al. Grossmann et al. J. Clin. Invest.J. Clin. Invest.

19751975

PTDVGPTDVG

(mmHg)(mmHg)

VTDVG (ml)VTDVG (ml)

1010

3030

ΔP

ΔV1 ΔV2

Compliance/Rigidité ventriculaire

R = R = ΔΔP / P / ΔΔV = 1 / CV = 1 / C

20 40 60 80 100 120 140 160

120

80

40

1

2

3

Insuffisance cardiaque diastolique

V (ml)V (ml)

P (m

m H

g)P

(mm

Hg)

CHRONIC LEFT VENTRICULAR OVERLOADCHRONIC LEFT VENTRICULAR OVERLOAD

Myo

card

ial r

emod

elin

gM

yoca

rdia

l rem

odel

ing

I. Acute PhaseI. Acute Phase III. Heart FailureIII. Heart Failure

00 TimeTime

Neu

rohu

mor

al

Neu

rohu

mor

al a

ctiv

atio

nac

tivat

ion

INSERM U 460INSERM U 460FacultFacultéé X. BichatX. Bichat

Increased Increased σσ Increased Increased σσ

II. II. CompensatedCompensatedHypertrophyHypertrophy

Normal Normal σσ

RemodelingRemodeling

??

HypertrophicHypertrophicgene programgene program

Les divers types de remodelage du VGLes divers types de remodelage du VG

HTAHTARARA

DD’’origineorigineextrinsextrinsèèqueque

Divers degrDivers degréés de fibrose intersticielles de fibrose intersticielle

Surcharge deSurcharge depressionpression

SARCOMERESARCOMEREββMHCMHCMLCMLC

ActineActineTnT, ITnT, IααTMTM

MBPCMBPC……

CYTOCYTO--SQUELETTESQUELETTE

DesmineDesmineDystrophineDystrophineLamine A/CLamine A/C

MLPMLP……

DD’’origineorigineintrinsintrinsèèqueque

IAIAIMIM

SAVSAVSurcharge deSurcharge devolume/dvolume/déébitbit

IDM, IDM, ischischéémie,mie,hibernation, dyshibernation, dys--fonction endothfonction endothéélialeliale

Remodelage physiologiqueRemodelage physiologique

????

MutationsMutations

1

2

3

4

5

Figure 1Figure 1

20 40 60 80 100 120 140 160

120

80

40

1

23

Insuffisance cardiaque systolique

Figure 5BFigure 5B

V (ml)V (ml)

P (m

m H

g)P

(mm

Hg)

BarorécepteursPA = QC • RVS

PressionArtérielleDébit

Cardiaque•

CentresVasomoteurs

ΣΣ

β

Vasoconstriction

PostCharge AVP

ΑΤ1

Aldostérone

Rénine

AII

RétentionHydro-Sodée

PréCharge

Un Exemple de Dysfonction Neuro-Hormonale:L’insuffisance Cardiaque

«« PhysiologicalPhysiological »»hypertrophyhypertrophy

(exercise(exerciseconditioning,conditioning,pregnancypregnancy……))

Beneficial/detrimental pathwaysBeneficial/detrimental pathways

•• BeneficialBeneficial–– PKCPKCεε–– ERK1/2ERK1/2–– PI3K PI3K –– AKT AKT –– Calcineurin/NFAT Calcineurin/NFAT

(moderate activation)(moderate activation)

•• DetrimentalDetrimental–– PKCPKCαα, (δ?), (δ?)–– p38 kinase, JNKp38 kinase, JNK–– CaMKIICaMKII–– CalcineurinCalcineurin/NFAT/NFAT

(strong activation)(strong activation)

Progression toProgression toheart failureheart failure

A. Croissance cardiaqueA. Croissance cardiaquedu développement ontogénique

E. Hypertrophie pathologiqueE. Hypertrophie pathologique

B. AtrophieB. Atrophie(-25/30%)

E. Insuffisance cardiaqueE. Insuffisance cardiaquesystolique chroniquesystolique chronique

C. HypertrophieC. Hypertrophiephysiologiquephysiologique

+15 à 20% au cours de la grossessebeaucoup plus chez les sportifs de

compétition

DD

FF

GG

GG