hémodynamique cardiaque régulation de la...
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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