Contraction et relaxation du muscle ventriculaire gauche

Denis CHEMLA

Service d’explorations fonctionnelles cardiorespiratoires

Hôpital de Bicêtre, Université Paris Sud 11

Maîtrise des sciences biologiques et médicales

Certificat de « Physiologie et biologie des systèmes intégrés »

1 Avril 2006

Propriétés actives Propriétés actives

Contraction-RelaxationContraction-Relaxation

Propriétés passives Propriétés passives

ComplianceCompliance

Contraction-Relaxation Contraction-Relaxation

• Niveau moléculaireNiveau moléculaire

• Niveau cellulaireNiveau cellulaire

• Muscle cardiaque isoléMuscle cardiaque isolé

• Cœur entierCœur entier

• Physiologie Physiologie

• PathologiePathologie

• ThérapeutiqueThérapeutique

Muscle squelettique

Muscle cardiaque

Plaque motrice oui non

Contrôle SNPsomatique, SNC Noeud sinusal, SNPviscéral (SNA)

Fibres cylindriques, longues, ramifiées, syncitium

Noyau / fibre très nombreux 1

Mitochondries + à +++ +++++

Fonctionnement Intermittent, fatigable Permanent, infatigable

PAction et PRéfractaire court (3 ms) long (300 ms)

Release du Ca2+ par le RS

induit par la dépolarisation (RyR1)

induit par l’entrée de Ca2+ (RyR2)

Activation physiologique

maximale sous-maximale (~ 50%)

Gradation de la Force

M uscl esquel e tti que

M uscl ecardi a que

Sommation spatiale(recrute ment)

ou i n on(syn cit iu m )

Sommation te mporelle(tétanisable)

ou i n on(tout -ou -rien )

M odulation par la Li( pré charge - l oi de Starli n g)

+ / -(t ravaille à ~ L m ax )

+++(t ravaille à 80 % L m ax ,réserve de préch arg e)

M odulation parl’ activation

0 +++(réserve d’ act ivat ion )

Plasticité n erveu se ch arg e et aut resfact eu rs

Augmentation de la performance myocardiqueAugmentation de la performance myocardique

• Augmentation de la contractilité (régulation homéométrique)Augmentation de la contractilité (régulation homéométrique)agonistes agonistes 1, digitaliques, sels de calcium 1, digitaliques, sels de calciuminhibiteurs des phosphodiestérases, hormones thyroïdiennesinhibiteurs des phosphodiestérases, hormones thyroïdiennessensibilisateurs des myofilaments, autressensibilisateurs des myofilaments, autres

• Augmentation de la précharge (régulation hétérométrique)Augmentation de la précharge (régulation hétérométrique) loi de Frank-Starling loi de Frank-Starling

longueur initiale des sarcomèreslongueur initiale des sarcomères

• à partà part effets complexes de la fréquence cardiaqueeffets complexes de la fréquence cardiaque

diminuer la postcharge (sur un myocarde défaillant seulement)diminuer la postcharge (sur un myocarde défaillant seulement)améliorer la complianceaméliorer la complianceaméliorer l ’homogénéité de la contractionaméliorer l ’homogénéité de la contraction

Mécanique du muscle isoléMécanique du muscle isolé• ContractionContraction

contractilité (inotropie)contractilité (inotropie)préchargepréchargecontractilité et précharge sont liés +++contractilité et précharge sont liés +++autres : autres : homogénéité, postcharge, fréquence cardiaque, homogénéité, postcharge, fréquence cardiaque,

milieumilieu

• Relaxation (active)Relaxation (active) inactivation (lusitropie) inactivation (lusitropie)

postcharge et/ou longueur télésystoliquepostcharge et/ou longueur télésystoliquehomogénéité, fréquence cardiaquehomogénéité, fréquence cardiaque

• Diastole (passive)Diastole (passive) compliancecompliance

tension de repos tension de repos autres (relaxation complète, durée de la diastole) autres (relaxation complète, durée de la diastole)

La volémieLa volémie

• Volume sanguin total de l ’organisme (sang et éléments figurés)Volume sanguin total de l ’organisme (sang et éléments figurés)

• 65 à 75 ml/kg65 à 75 ml/kg

• si hématocrite 0,45 ---> 45% vol. Globules Rouges ; 55% plasmasi hématocrite 0,45 ---> 45% vol. Globules Rouges ; 55% plasma

• 88% secteur à basse pression, capacitif 88% secteur à basse pression, capacitif 12% secteur à haute pression, résistif12% secteur à haute pression, résistif

Le coeur et le débit cardiaqueLe coeur et le débit cardiaque

• fonction de transport : homéostasiefonction de transport : homéostasieconvection forcée du sang : O2, chaleur …convection forcée du sang : O2, chaleur …la contraction cardiaque fournit l ’énergie nécessaire à la circulation du sangla contraction cardiaque fournit l ’énergie nécessaire à la circulation du sang

• fonction pompefonction pompe

• générateur de débit (VG, VD), distribution adaptée (homéostasie)générateur de débit (VG, VD), distribution adaptée (homéostasie)

• générateur de pression (VG, générateur de pression (VG, VDVD), régulation PAM (homéostasie)), régulation PAM (homéostasie)

• protection de la circulation pulmonaireprotection de la circulation pulmonaire

• autres fonctions autres fonctions (endocrine, réflexe ...)(endocrine, réflexe ...)

Débit cardiaque (DC)Débit cardiaque (DC)

• volume de sang éjecté par le ventricule (VG ou VD) en 1 minutevolume de sang éjecté par le ventricule (VG ou VD) en 1 minute

• 5 à 6 L/min ~ toute la volémie a circulé en 1 min5 à 6 L/min ~ toute la volémie a circulé en 1 min

• fonction de la surface corporelle ---> index cardiaque ICfonction de la surface corporelle ---> index cardiaque IC

• IC = 3,5 +/- 0,3L/min/mIC = 3,5 +/- 0,3L/min/m22 H adulte au repos (3,2 +/- 0,3 F) H adulte au repos (3,2 +/- 0,3 F)

• le DC est adapté aux besoins de l’organisme et contrôlé par les le DC est adapté aux besoins de l’organisme et contrôlé par les

différents débits tissulaires +++différents débits tissulaires +++

AlimentsAliments

oxydationsoxydations

énergieénergie

chaleurchaleur énergie énergie mécaniquemécanique

interneinterne

thermorégulationthermorégulation externeexterne(muscles striés squelettiques)(muscles striés squelettiques)

OO 22

Le débit cardiaque : aspects énergétiques (1)Le débit cardiaque : aspects énergétiques (1)

• Chaque minute, l’O2 consommé par l ’organisme reflète les besoins en énergie Chaque minute, l’O2 consommé par l ’organisme reflète les besoins en énergie de l ’organisme (1 L d ’O2 <=> 20 KJ). A l ’équilibre : de l ’organisme (1 L d ’O2 <=> 20 KJ). A l ’équilibre :

consommationconsommation en O2 (VO2) = en O2 (VO2) = besoinsbesoins en énergie = en énergie = productionproduction d’énergie d’énergie

---> le rôle du DC est d’adapter le transport d’O2 (TaO2) à la VO2---> le rôle du DC est d’adapter le transport d’O2 (TaO2) à la VO2

TaO2 = DC x CaO2 = DC x Hb x SaO2 x facteur correcteur TaO2 = DC x CaO2 = DC x Hb x SaO2 x facteur correcteur (O2 dissous négligé)(O2 dissous négligé)

• Chaque minute, cette énergie (chaleur) produite par l ’organisme doit être Chaque minute, cette énergie (chaleur) produite par l ’organisme doit être éliminée par des mécanismes maintenant constante la température corporelle éliminée par des mécanismes maintenant constante la température corporelle

---> le DC contribue à la thermorégulation en amenant le sang à la---> le DC contribue à la thermorégulation en amenant le sang à la peaupeau

oo

oo

• VO2 = (DC x CaO2) - (DC x CvmO2)VO2 = (DC x CaO2) - (DC x CvmO2)

• DC = VO2 / DAV (principe de Fick) DC = VO2 / DAV (principe de Fick)

• DC = 0,300 / (0,20-0,15) = 6 L/minDC = 0,300 / (0,20-0,15) = 6 L/min

• VO2 = DC x (SaO2 - SvO2) x Hb x k VO2 = DC x (SaO2 - SvO2) x Hb x k

• Rôle majeur de la SvO2 dans l ’interprétation du DCRôle majeur de la SvO2 dans l ’interprétation du DC

SvO2 = SaO2 - [ VO2 / (DC x Hb x k) ]SvO2 = SaO2 - [ VO2 / (DC x Hb x k) ]

Le débit cardiaque : aspects énergétiques (2)Le débit cardiaque : aspects énergétiques (2)

Débit cardiaque : axiomes (1)Débit cardiaque : axiomes (1)

• DC = VODC = VO22 / DAV / DAV

• DC = retour veineuxDC = retour veineux

• DC = Fc DC = Fc xx VES VES = Fc x (VTD - VTS)= Fc x (VTD - VTS)

• DC = gradient de pression x (1/résistance)DC = gradient de pression x (1/résistance)

• autresautres

Débit cardiaque : axiomes (2)Débit cardiaque : axiomes (2)

A GAUCHEA GAUCHE

• DC = retour veineux pulmonaire DC = retour veineux pulmonaire (dans l ’oreillette droite)(dans l ’oreillette droite)

• DC = Fc DC = Fc xx VES VESVGVG

• DC = (PAM - Po) DC = (PAM - Po) xx 1/Res Vasc Systémique 1/Res Vasc Systémique

A DROITEA DROITE

• DC = retour veineux systémique DC = retour veineux systémique (dans l ’oreillette gauche)(dans l ’oreillette gauche)

• DC = Fc DC = Fc xx VES VESVDVD

• DC = (PAPM - Paval) DC = (PAPM - Paval) xx 1/Res Vasc Pulmonaire 1/Res Vasc Pulmonaire

Rôle du système nerveux autonomeRôle du système nerveux autonome

Débit cardiaque = retour veineux (RV)Débit cardiaque = retour veineux (RV)

• toute augmentation du DC suppose un RV augmentétoute augmentation du DC suppose un RV augmenté

• pression oreillette droite (Pod) = pression veineuse central (Pvc)pression oreillette droite (Pod) = pression veineuse central (Pvc)

• une Pod élevée s’oppose au RVune Pod élevée s’oppose au RV

• un impératif pour le cœur : abaisser la Podun impératif pour le cœur : abaisser la Pod

• en cas de débit nul : pression circulatoire moyenne (avec Pcm > Pod) en cas de débit nul : pression circulatoire moyenne (avec Pcm > Pod)

• 60% de la volémie est dans les veinules postcapillaires proches de Pcm 60% de la volémie est dans les veinules postcapillaires proches de Pcm

Pod Pod point clé de l’hémodynamique point clé de l’hémodynamique

incertitude 1 mmHg <=> 19 mmHg pour Psystémique !incertitude 1 mmHg <=> 19 mmHg pour Psystémique !

PcmPcm ~ 7 mmHg~ 7 mmHg

théorique (zero-flow), impossible à mesurer, théorique (zero-flow), impossible à mesurer, , volémie ... , volémie ...

Pod et PcmPod et Pcm

Loi de Frank-Starling (1)Loi de Frank-Starling (1)

• quand la longueur initiale du muscle Li (précharge) augmente, différents quand la longueur initiale du muscle Li (précharge) augmente, différents indices augmentent et passent par un maximum pour Li = Lmaxindices augmentent et passent par un maximum pour Li = Lmax

• propriété intrinsèque de myocardepropriété intrinsèque de myocardepréparation coeur-poumons dénervéspréparation coeur-poumons dénervéssur une large gamme de postchargessur une large gamme de postcharges

• muscle isolé : force F ou tension T (T = F/section)muscle isolé : force F ou tension T (T = F/section)Force active (F maximale isométrique - F de repos)Force active (F maximale isométrique - F de repos)Tension active (T maximale isométrique - T de repos)Tension active (T maximale isométrique - T de repos)

• coeur entiercoeur entiervolume d ’éjection systolique ou « stroke volume » (VES = SV)volume d ’éjection systolique ou « stroke volume » (VES = SV)travail d’éjection = Pej x VES (« stroke work »)travail d’éjection = Pej x VES (« stroke work »)« preload-recruitable stroke work »« preload-recruitable stroke work »

Loi de Frank-Starling (2)Loi de Frank-Starling (2)

• Mécanismes immédiats : facteurs anatomiquesMécanismes immédiats : facteurs anatomiquesrecouvrement (« overlap ») optimal actine/myosine si Ls = 2,2 recouvrement (« overlap ») optimal actine/myosine si Ls = 2,2 mmencombrement et probablilité d ’interaction (« lattice spacing »)encombrement et probablilité d ’interaction (« lattice spacing »)

• Mécanismes progressifs (minutes) : activationMécanismes progressifs (minutes) : activationl’affinité de la TnC pour le Ca l’affinité de la TnC pour le Ca 2+ augmente avec Li +++ augmente avec Li +++ potentiel d ’action, potentiel d ’action, propriétés du RS propriétés du RS

• Mécanismes retardés (heures, jours) : expression des gènes Mécanismes retardés (heures, jours) : expression des gènes stretch ---> synthèses protéiquesstretch ---> synthèses protéiques

Loi de Frank-Starling (3)Loi de Frank-Starling (3)Implications cliniquesImplications cliniques

• Égalité des débits cardiaques droit et gaucheÉgalité des débits cardiaques droit et gauche

• Indépendance du débit cardiaque vis-à-vis de la postchargeIndépendance du débit cardiaque vis-à-vis de la postcharge

• Variabilité respiratoire du volume d ’éjection systoliqueVariabilité respiratoire du volume d ’éjection systolique

• Adapatation du débit cardiaque à l’effort Adapatation du débit cardiaque à l’effort

• Potentiation post-extrasystoliquePotentiation post-extrasystolique

• Augmentation du débit cardiaque après transfusionAugmentation du débit cardiaque après transfusion

• Nécessité de normaliser par la précharge certains indices de Nécessité de normaliser par la précharge certains indices de

fonction systolique : « preload-recruitable stroke work »fonction systolique : « preload-recruitable stroke work »

Précharge ventriculairePrécharge ventriculaire

Volume Volume d’éjectiond’éjection

précharge-indépendanceprécharge-indépendance

précharge-dépendanceprécharge-dépendance

.

Volume Volume d’éjectiond’éjection

Précharge ventriculairePrécharge ventriculaire

Cœur normalCœur normal

Précharge-dépendancePrécharge-dépendance

Précharge-indépendancePrécharge-indépendance

Cœur défaillantCœur défaillant