Faculté de Médecine Paris DiderotFaculté de Médecine Paris DiderotFaculté de Médecine Paris DiderotFaculté de Médecine Paris DiderotAnnée 2011 Année 2011 –– 20122012

L2L2 –– UE13UE13 –– Physiologie 2Physiologie 2L2 L2 UE13 UE13 Physiologie 2Physiologie 2

Déterminants duDéterminants duDéterminants du Déterminants du débit cardiaquedébit cardiaqueqq

Pr JeanPr Jean--Jacques MERCADIERJacques MERCADIER

Activité Transport V til tiActivitéMusculaire

TransportO2 et CO2

Ventilation

SystèmeCirculatoire

MuscleSquelettique Poumons

FCQCO2 FR

VESQO2 VC

DébitC di

VO2

CardiaqueVO2

DAVO2

EjectionEjection

PressionPression ContractionContractionisoiso--volum.volum.

PTSPTS

TravailTravaild'Ejectiond'Ejection

RelaxationRelaxationisoiso--volum.volum.

PTDPTD

VTSVTS VTDVTDVolumeVolume

RemplissageRemplissage

DéterminantsDéterminantsdu

Débit cardiaque

QQcc = FC x VES= FC x VESQQcc FC x VES FC x VES

Ventriculographie GaucheVentriculographie Gauche

Télé-diastole Télé-systole

VTD VTS = VESVTD – VTS = VES

Volume d'EjectionSystolique

VolumeTélédiastolique

VolumeTélésystolique

50 mL

Systolique70 mL

~ 45 mL/m2Télédiastolique~ 120 mL

~ 80 mL/m2

~ 50 mL~ 35 mL/m2

45 mL/m

80 mL/mFraction d'Ejection

~ 60%60%

Débit Cardiaque

Volume d'Ejection Systolique x Fréquence Cardiaque

70 mL x 70 batt/min

~ 5 ± 1 L/minIndex Cardiaquede Ca d aque

Débit Cardiaque / Surface Corporelleq p

3,3 ± 0,3 L/min/m23,3 ± 0,3 L/min/m

Déterminants de la performance ventriculaireventriculaire

= déterminants du VES

Déterminants de la performance ventriculairep(du volume d’éjection systolique=VES)

P t ChAo

Post-Charge

AP OG

ODVD

VGVD

Contractilité

Pré-Charge

Contractilité

3 niveaux à prendre en compte3 niveaux à prendre en comptepour apprécier la performance

t til dcontractile du cœur :

- Le myocyte- Le myocarde- Le cœur (= ventricule)- Le cœur (= ventricule)

Déterminants de la performance contractile du myocyte isolécontractile du myocyte isolé

- Quantité de Ca2+ libéré par le RSSensibilité des myofibrilles à ce calcium- Sensibilité des myofibrilles à ce calcium

- Activité ATPasique des myofibrilles/myosiney y

Effet de la stimulation sympathique sur les principalesEffet de la stimulation sympathique sur les principalesprotéines du myocyte cardiaque protéines du myocyte cardiaque p y y qp y y q

NADNAD IsoproterenolIsoproterenol

PLPL

PP

PKAPKA PP

PP

GαsGαs ACACPP PPPPPP

SERCASERCAAMPcAMPc

CaMKCaMKCaCa--calmoduline Kinasecalmoduline Kinase

Ca-ATPase du sarcolemme = PMCA

« Fuite calcique »Cytosol

βARβAR ATPATP AMPcAMPc

Calséquestrine

Ca-ATPase du RS (SERCA)

PKAPKA

+ Phospholamban (PL)Tubule T

RS LongitudinalRS LongitudinalPP

PPPPPPPP

PPPPPP PPPPPP

RS CorbulaireRS Corbulaire

Récepteur de la Ryanodine (RyR)

Echangeur Na Ca = NCX

RS JonctionnelRS Jonctionnel

PP PPPPPP TnI

Echangeur Na-Ca = NCX

Canal calcique de type LZSarcomère Sarcomère

PP PP

PP

PP PP

PPPP PP

Déterminants de la performance contractile du myocarde isolé

Muscle papillaire isoléMuscle papillaire isolé1) Contraction isométrique et relation

F /LForce/Longueur2) Contraction isotonique et relation ) q

Force/Vitesse

Effet de laPréchargePrécharge

Etudié enIsométrieIsométrie

Effet de la longueur initiale du muscle (précharge) :Relation Tension-LongueurRelation Tension-Longueur(Contractions Isométriques)

Tension Isométrique(% de Tmax active)

Tensiona b c

d

T i

TensionTotale

Tension Isométrique(% de Tmax active)

80

100

TensionPassive

TensionTmax

100

TensionPassive

Tension

TensionTotale

Tmax40

60

80 TensionActive

bc d

40

60

80 TensionActive

ab c d

0

20

40 a

0100

20

Longueur du Muscle (% de Lmax)Lmax

a 0100

Longueur du Muscle (% de Lmax)Lmax

Longueur du Muscle (% de Lmax)

Muscle Squelettique Myocarde

Le sarcomèreLe sarcomèreLe sarcomèreLe sarcomère

Bande A (anisotrope)

Z Z

Bande A (anisotrope)

Relation tension-longueur

100 Muscle squelettique

80

100 Muscle squelettique

Myocarde

40

60

sion

0

20Tens

0

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Longueur des sarcomères ( m)

2.21.8Lmax

2.50

Longueur des sarcomères (m)

50

2.20-2.25

2.051 µ

1.651.6 µ

Dét i t d l’ t ti d fDéterminants de l’augmentation de force consécutive à l’augmentation de

longueur du muscle

• Optimisation du degré de recouvrement des filaments fins et épais du sarcomère

• Rapprochement des filaments fin et épaisRapprochement des filaments fin et épais

• Augmentation de l’affinité de la troponine C l C 2+pour le Ca2+

• Augmentation de la quantité de Ca2+ libérée par g q ple réticulum sarcoplasmique

Modification de laP hPostcharge

et de laContractilité

étudié enétudié enisotonie

LoLo

butéebutéereglable

V max

Effet inotrope+Effet inotrope

Effet de la stimulation sympathique sur les principalesEffet de la stimulation sympathique sur les principalesprotéines du myocyte cardiaque protéines du myocyte cardiaque p y y qp y y q

NADNAD IsoproterenolIsoproterenol

PLPL

PP

PKAPKA PP

PP

GαsGαs ACACPP PPPPPP

SERCASERCAAMPcAMPc

CaMKCaMKCaCa--calmoduline Kinasecalmoduline Kinase

Ca-ATPase du sarcolemme = PMCA

« Fuite calcique »Cytosol

βARβAR ATPATP AMPcAMPc

Calséquestrine

Ca-ATPase du RS (SERCA)

PKAPKA

+ Phospholamban (PL)Tubule T

RS LongitudinalRS LongitudinalPP

PPPPPPPP

PPPPPP PPPPPP

RS CorbulaireRS Corbulaire

Récepteur de la Ryanodine (RyR)

Echangeur Na Ca = NCX

RS JonctionnelRS Jonctionnel

PP PPPPPP TnI

Echangeur Na-Ca = NCX

Canal calcique de type LZSarcomère Sarcomère

PP PP

PP

PP PP

PPPP PP

Déterminants de la performance contractile du ventricule (G)contractile du ventricule (G)

PréchargePréchargePostchargeContractilité

Préchargedu ventriculedu ventricule

Transposition de la relation force – longueur initiale( ff t d’ i ti d é h ) i d ti(effet d’une variation de précharge) au niveau du cœur entier

Frank 1895

Transposition de la relation force – longueurau niveau du cœur éjectant

Cardiac Output

Right atrial PressureStarling1912

Courbes de fonction ventriculaireCourbes de fonction ventriculaire

Débit cardiaqueDébit cardiaqueou VES (fréquence ou VES (fréquence constante)constante)constante)constante)

P OD P OD VTD VG VTD VG PTD VGPTD VG= augmentation de = augmentation de préchargeprécharge

Retour veineux : Retour veineux : Les différents secteurs veineux

0

veines intracraniennes indéformables (volume invariable)

veines cutanées (volume variable avec la veinomotricité) 500ml

circulation pulmonaire (volume peu variable)

)

Volume sanguin Pulmonaire

500ml

Aoveines hépatosplanchniques(volume variable avec la

Pulmonaire

ODVD

OG

VG

(volume variable avec la veinomotricité +/-digestion)

1500 ml

veines musculaires (volume variable en fonction des contractions musculaires)(volume var able en fonct on des contract ons muscula res)

Déterminants du retour veineux

1. La pression générée par le VG1. La pression générée par le VG

2 La dépression intra thoracique lors2. La dépression intra-thoracique lors de la respiration (diaphragme)

3. La relaxation de l’OD et du VD

4. La contraction musculaire + valvules veineuses

Déterminants du retour veineuxDéterminants du retour veineux

Baroréflexes, Chémoréflexes,Réflexes cardio-pulmonaires

Dépression Intrathoracique

Réflexes cardio-pulmonaires,Réflexes musculaires

Diaphragme Ventilation

VeinesSplanchniques Retour

Veineux

Muscle Strié

Débit

Contraction musculaire

VeinesCutanées

DébitCardiaque

Température locale, Thermorégulation,Réflexes respiratoires ÉmotionRéflexes respiratoires, Émotion

Respiration et retour veineuxRespiration et retour veineux

DauzatDauzat et al.et al.

DauzatDauzat et al.et al.

Postchargedu ventriculedu ventricule

ÉjectionV t i l iVentriculaire

RVP

Diastole

Contrainte pariétaleL i d L l

PostchargeLoi de Laplace

= F / SS

F

hP = x h x ( 1/r1 + 1/r2 )

Fr2r2

= P r / 2hr1

Pb = P r / h x f( a / b )

a = P r / h x f( a / b )

Postcharge Contrainte pariétaleContrainte pariétale ( F / S )( F / S )

Paramètre « régulé »

Rôle de la géométrie ventriculaire

contrainte

Laplace : = P x r / h x f ( a ,b )

Rôle des propriétés du système artériel

Z = f ( R L C fréquence)

Notion d’ impédance artérielle

Z = f ( R, L, C, fréquence)

Aortic Stiffening and Early Wave ReflectionReflection

Young compliant arteries : Normal PW velocity (8 m/sec)

SystoleDiastoleYoung compliant arteries : Normal PW velocity (8 m/sec)

SystoleDiastole(1) Ventricular-Vascular coupling(2) coronary blood flow

SystoleElderly stiff arteries with ISH : Increased PW velocity (12 m/sec)

Systole(1) Ventricular-vascular mismatch(2) Th fl t d i “ t ” t l SBP d i l t t l

• Increases vascular afterload with a propensity to develop LVH• Decreases coronary perfusion pressure

(2) The reflected wave increases or “augments” central SBP during late systole:

• Increases myocardial oxygen demand and subendocardial ischemia Increases flow turbulence, endothelial dysfunction and atherogenesis Increases in pulsatile strain and chance of plaque rupture• All recognized by a wide brachial artery pulse pressure in the elderly

GÉOMÉTRIE VENTRICULAIRE ET CONTRAINTE PARIÉTALE

P f( b ) = P x r x f( a ,b )

hhSurcharge barométriqueh Surcharge barométrique

P

h

h / rP

S h l ét iSurcharge volumétrique

h / rr

h

Contractilitédu ventriculedu ventricule

U é d l fUn état de la performance du ventricule qui ne dépenddu ventricule qui ne dépend

ni de la préchargei d l t hni de la postcharge

Volume d'EjectionSystolique

VolumeTélédiastolique

VolumeTélésystolique

50 mL

Systolique70 mL

~ 45 mL/m2Télédiastolique~ 120 mL

~ 80 mL/m2

~ 50 mL~ 35 mL/m2

45 mL/m

80 mL/mFraction d'Ejection

~ 60%60%

Contraction Relaxation DistensionPhysiologie

ArtèreP i

Ventricule

Pressions

VolumeVentriculaire

Bruits du CoeurBruits du CoeurB4

B1B2 B3

Systole DiastoleClinique Systole DiastoleClinique

Pression

dP/dt

Temps

EjectionEjection

PressionPression ContractionContractionisoiso--volum.volum.

PTSPTS

TravailTravaild'Ejectiond'Ejection

RelaxationRelaxationisoiso--volum.volum.

PTDPTD

VTSVTS VTDVTDVolumeVolume

RemplissageRemplissage

Relation PTS Relation PTS -- VTSVTSPression P max Iso

Contractilité I+Contractilité I

PTSPTS22Postcharge

PTSPTS11

Courbe de remplissageremplissage= précharge

VolumeVoVd VTSVTS11VTSVTS22 VTDVTD11 VTDVTD2250 120

Performances cardiaquesPerformances cardiaquesP f d l di• Performances de la pompe cardiaque:

» Le débit : Q = VES x FC

• Performances du VG :VES t FE dP/dt t d l d it PTS/VTS» VES et FE , dP/dt, pente de la droite PTS/VTS…

• Performances du myocardey= contractilité intrinsèque du muscle» f ([Ca2+] activateur x caractéristiques des ponts» f ([Ca2+]i activateur x caractéristiques des ponts

actine-myosine)» à pré et postcharge constante toute» à pré- et postcharge constante, toute

augmentation de la contractilité augmente le VES et inversementVES et inversement

Courbes de fonction ventriculaireCourbes de fonction ventriculaire

Débit cardiaqueDébit cardiaqueou VES (fréquence ou VES (fréquence constante)constante) * Effet inotrope +constante)constante)

* postcharge

* Effet inotrope -* postcharge

P OD P OD VTD VG VTD VG PTD VGPTD VG= augmentation de = augmentation de préchargeprécharge