Physiologie animale S5L3 : Les grandes fonctions

Milieu intérieurPhysiologie cardiaquePhysiologie vasculaire

RespirationExcrétionDigestionNutrition

Chapitre 0 : Enthalpie et EntropieEn considérant nos organismes comme un ensemble fermé, ces ensembles, pour vivre, ont besoin d’énergie, ce sont les besoins énergétiques. Cette énergie sert à vivre tout simplement (ATP). Il a besoin aussi de grandir, de croitre. Même si les adultes ont déjà fini leur croissance, ils ont besoin de maintenir leur forme, maintenir la matière, ce sont les besoins plastiques. On peut regrouper l’ensemble des besoins d’un être vivant sous forme des besoins énergétiques et plastiques.Le problème est que les êtres vivants ne sont qu’en milieu fluide, une cellule ne peut vivre qu’en milieu fluide (eau + autres substances). Les réponses à ces besoins vont venir de ce milieu fluide. On va distinguer alors 2 catégories d’êtres :

Certains ont de faibles besoins de ce milieu fluide : Autotrophes Les autres, et notamment le monde animal, ont besoin d’un milieu beaucoup plus

élaboré : Hétérotrophes.Si l’on prend des êtres d’une seule cellule (ex : protozoaires), les échanges se feront avec le milieu ambiant, ça peut être suffisant. Mais même en regardant de près, si on prend par exemple la paramécie, il y a déjà une spécialisation pour améliorer les échanges. Elle a par exemple des cils, elle se déforme…A plus forte raison, pour des êtres pluricellulaires (métazoaires), la question de l’échange devient plus difficile, les cellules en profondeur n’étant pas en contact. Pour résoudre ce problème de besoins, ces métazoaires vont mettre en place des systèmes pour être toujours en contact avec le milieu extérieur : imaginons des tuyaux qui parcourent l’être, et donnent accès aux cellules profondes. Ils forment le système circulatoire. Le système circulatoire regroupe le système respiratoire, le système digestif (amène les aliments), et il faut de l’eau dans l’organisme, il y a donc développement d’un milieu intérieur, et mise en place d’un appareil excréteur, qui évacue les déchets des cellules.Au final, toutes ces fonctions permettent de nourrir la cellule au sens large, d’où le nom de fonction de nutrition, au sens large.

Chapitre 1 : Le milieu intérieurI. Les compartiments liquidiens de l'organismeParamécie :

Milieu intérieur : à l’intérieur de la membrane plasmique Milieu extérieur : milieu ambiant

Métazoaires : il y a de l’eau à l’intérieur de la membrane, c’est l’eau intracorporelle. L’eau à l’extérieur de la membrane est l’eau extracorporelle.Si l’on va au-delà de ces compartiments, on retrouve le glutamate, qui peut être un neurotransmetteur, une protéine, ou de l’énergie. Il a plusieurs possibilités d’utilisation dans la cellule, et il n’y a donc plus de compartiment. On utilise alors le terme de « pool » pour exprimer cette utilisation inter-compartiments.

Le travail de physiologie consiste à s’intéresser à ces compartiments.A. Un compartiment

On assimile le corps globalement, à un ensemble, c’est une boite noire représentée par un rectangle, l’intérieur est indéterminé. Notre but est de voir la quantité de liquide à l’intérieur (l’eau).

On va alors utiliser une technique d’astrophysicien, la métrologie. On utilise aussi la technique de dilution (= technique des traceurs). On va choisir une quantité de produit M, que l’on injecte, et on va attendre que cette quantité s’équilibre dans le volume que nous voulons mesurer. Dans le cas de l’espèce humaine, et dans le cas de petits animaux, c’est très rapide, environ 5 minutes. On va alors prélever une petite quantité de liquide dans ce milieu, et à ce moment là, on détermine la concentration de ce produit, étant donné que l’on a choisi la quantité initiale. On a alors :C = M/VOn connaît C, on a injecté M, et donc on peut déduire V, notre inconnue, par une approche aussi simple que ça. On peut donc déterminer le volume total de liquide de l’organisme.Les critères de choix du liquide à injecter sont simples :

Facilité de dosage Toxicité nulle Miscibilité du liquide dans le milieu aqueux, répartition homogène, harmonieuse,

rapide, pour éviter l’élimination de ces étrangers du corpsL’idéal serait de prendre de l’eau pure, mais on ne pourrait pas la mesurer. Alors on prend de l’eau lourde, le deutérium (D2O), qui a les mêmes caractéristiques que l’eau, c’est un isotope. Cependant, la mesure se fait avec des appareils très couteux. Alors on pourrait utiliser le Tritium, dont la mesure est moins chère, mais il est radioactif, et donc risque d’irradier la personne.On va alors s’orienter vers d’autres produits moins parfaits. Par exemple, l’antipyrine (à l’origine fabriquée pour lutter contre la fièvre), se répartit très bien et très rapidement. On peut aussi prendre le sulfanylamide.On considère les résultats sur un homme « standard » : un homme d’1m70 et de 70kg.Chez lui, l’eau corporelle est mesurée à 42 litres (60% du corps). Ceci pose des problèmes les étés très secs et chauds. Ce pourcentage varie avec l’âge. Les bébés perdent l’eau avec les diarrhées. Chez le nourrisson, ce pourcentage monte jusqu’à 72%, et diminue avec l’âge à 51% chez la personne âgée (70-80 ans). Cela varie aussi avec le sexe : chez la femme, il est légèrement plus faible : 55%.L’être humain n’est pas une poche pleine d’eau, on considère alors l’homme en rectangle à 2 compartiments.

B. Deux compartimentsClaude Bernard a commencé à étudier cette eau corporelle. Il a donné le nom au milieu intérieur, c’est celui qui est en contact avec les cellules, au niveau des échanges de nutrition. On utilise alors encore la technique des traceurs, mais la substance ne doit tracer que le compartiment extracellulaire. On utilise principalement de l’inuline, c’est un polymère de fructose. On peut aussi utiliser des dérivés de brome. On utilise aussi des produits sulfatés, ou simplement du thiocyanate de Sodium (NA).L’inuline est cependant très lente à se répartir, et on appelle les tests l’espace inuline, que l’on ne peut comparer qu’à un autre espace inuline. Le brome est quand à lui toxique.On obtient alors chez un homme standard un milieu intérieur de 14 litres (20%). On peut alors déterminer le milieu intracellulaire, 42-14=28L.

C. Compartiments multiplesLe plasma est la partie du liquide extracellulaire qui est contenu dans les vaisseaux sanguins. On la détermine par la même technique de dilution (traceurs), mais on va devoir choisir un traceur qui atteint le plasma. Des fois on utilise des globules rouges modifiés, marqués, mais c’est compliqué. Mr Evans a inventé un produit appelé bleu d’Evans, qui est un colorant, un petit composé. Normalement, il quitte les vaisseaux sanguins, mais on lui donne une très forte affinité pour les protéines plasmatiques, et dès qu’on l’injecte, la paroi des vaisseaux sanguins étant difficilement perméable aux protéines plasmatiques, le bleu ne sortira pas. On va alors pouvoir mesurer le plasma grâce à ce traceur. On va le faire en TP. On obtient une quantité de 3,5L voir 4L chez l’homme standard. Il représente alors environ 5% du poids corporel.En enlevant le plasma, il nous reste le liquide interstitiel, de l’ordre de 10,5L, c’est la lymphe. On a du mal à la déterminer, car cette lymphe est en partie interstitielle, et en partie dans les vaisseaux lymphatiques, qui vont conduire la lymphe (alors appelée lymphe canalisée) à la circulation générale.Les liquides transcellulaires (traversant les cellules) sont le liquide céphalorachidien (fabriqué par le plexus céphalorachidien, voir l’an dernier), le liquide de l’oreille interne, le liquide de l’œil (humeur aqueuse), le liquide pleural (du poumon) et le liquide synovial (épanchement de synovie).

D. Composition des liquides et mouvements liquidiensLe milieu extracellulaire :

Cations AnionsNa+ : 145 mM (high) Cl- : 110 mM

K+ : 5 mM HCO3- : 27 mM (hydrogénocarbonate)

Mg2+ : 2 mM Protéines : 15 mMCa2+ : 2 mM PO4

2- : 2 mMTotal : 154 mM Total : 154 mM

Le milieu intracellulaire :Cations Anions

Na+ : 12 mM Cl- : 4 mMK+ : 155 mM (high) HCO3

- : 8 mM (hydrogénocarbonate)Mg2+ : 15 mM Protéines : 64 mMCa2+ : <1 mM PO4

2- : 90 mMDivers Divers : 18 mM

Total : 184 mM Total : 184 mM

Dans le milieu extracellulaire, on trouve 300 milliosmoles (154+154mM). On dit que ce milieu est isoosmol, isotonique. Si on change l’osmolarité, on va toucher l’eau extracellulaire, et concentrer le milieu. C’est mortel. Dans l’autre extrémité, si l’on boit trop, l’eau entre dans les cellules, et les cellules éclatent. On inclut alors la notion de sérum physiologique (qui n’a rien à voir avec le sérum). Si l’on place un organe non pas en sérum physiologique, mais en eau, on change l’isotonie, et les cellules éclatent.On forme le sérum physiologique avec du NaCl, car ce sont les plus grandes quantités du milieu extracellulaire, il forme à lui seul quasiment tout le milieu. On le fait avec 9g dans 1 litre (0,9%), et on le stérilise.Dans le milieu intracellulaire, c’est le potassium qui prend l’avantage. Il y a très peu de calcium dans ce milieu. Les contre-ions ne sont pas en grande quantité.Dans ces 2 milieux, il y a électroneutralité.Ces différents liquides sont soumis à des mouvements variés. Un premier est le mouvement osmotique, qui fait se déplacer le liquide. Il y a une force osmotique un peu spéciale, liée aux protéines auxquelles on a donné un nom particulier, c’est la force (pression) osmotique oncotique. C’est avec cette force que le plasma est filtré.

L’individu a au total 42L d’eau, et si l’on considère cela comme un tuyau, il faut une force pour faire sortir l’eau par un robinet (qui serait en bas du tuyau), qui est la pression (force) hydrostatique.En plus de ces systèmes purement physiques, des échanges se font entre les compartiments sous forme de transport :

Le transport facilité, avec l’exemple du glucose. Ce sont des protéines membranaires qui l’assurent. Parmi elles, il y a les GLUTs (glucose transporteur).

Le transport actif, même système, mais utilisant de l’ATP. Ils prennent un composé d’un coté et le déplacent, par exemple la Na-K ATPase. Ce sont des transports saturables, spécifiques, inhibables (inhibiteur compétitif : phloridzine), pH dépendants. On peut en avoir besoin à plusieurs niveaux.

En utilisant du cyanure, on bloque la synthèse de l’ATP, le transport facilité continue, mais l’actif s’arrête. On utilise, plutôt que le cyanure du dinitrophenol, moins toxique que le cyanure.Malgré ces transports, la composition du milieu intérieur est constante (=homéostasie), grâce à des mécanismes de régulation. Les hormones peuvent régler avec plus de finesse la constance de l’homéostasie.

Le SangE. Propriétés physiques et mesure du volume sanguin

Le sang est un tissu conjonctif, c'est-à-dire des cellules dispersées dans un milieu, les cellules sont les cellules sanguines. Il y a d’autres éléments dans le sang et on regroupe toutes les cellules sanguines sous une appellation, ce sont les éléments figurés. Le liquide dans lequel les éléments figurés baignent est le plasma.Le sang est relativement visqueux, 5 fois plus que l’eau. Cette viscosité est due en partie au plasma (2,5 fois) car il est composé d’un nombre assez élevé de protéines. Elle est aussi due aux éléments figurés (2,5 fois).Ce liquide est complexe, le physicien le qualifie de pseudo-plastique.Le sang est rouge parce qu’il y a des hématies, composés en partie par du fer, qui donne la couleur rouge. Si l’on sépare les hématies du sang, il n’est plus rouge. S’il reste rouge, il y a un problème, il y a eu hémolyse.La densité est proche de 1 (1,05 à 1,06). Le pH est légèrement basique (7,337,47,45), constant, il y a une régulation de l’équilibre acido-basique par un système tampon, mais aussi par le rein et par les poumons (CO2).Pour mesurer le volume sanguin, on a déjà mesuré le volume liquide, le plasma, que l’on note Vp (volume plasmatique). Cette fois-ci, on veut le volume global, avec les éléments figurés. En premier lieu, il faut mesurer l’hématocrite. Pour cela, on a besoin de sang liquide, et donc dans lequel on utilise un anticoagulant, le plus puissant étant l’héparine.Pour faire cela, on utilise des tubes héparinés, qui ont une petite quantité d’héparine au fond, et on met le sang dedans. On a alors du sang hépariné, qui fait des dépôts au fond, ce sont les éléments figurés. On gradue notre tube, et on remplie jusqu’à une certaine graduation (100%). On centrifuge alors, pour accélérer la séparation, et on obtient un dépôt rouge, voir blanc, le haut du tube étant le plasma. La partie basse, le dépôt, représente les hématocrites, les éléments figurés, c’est une constante homéostasique. Elle représente environ 45% du volume chez l’homme standard. Si l’on en a 55%, ce n’est pas normal, c’est mortel. Pour trouver alors le volume de sang, on fait une règle de 3.Le sang, c’est le total du tube. Le volume plasmatique, c’est la partie haute, c’est le sang moins les hématocrites. On peut écrire cela sous forme de relation :Vp = 100% - Ht Vs = 100%Vs = (Vp x 100%)/(100% - Ht)En procédant ainsi chez l’homme adulte, on obtient un volume total de l’ordre de 5 à 6 litres.

F. Le plasma sanguin et sa composition1. La composition du plasma

Le plasma forme environ 55% du sang, il est composé à 90% d’eau, de substances minérales à 1%, de substances organiques, à commencer par les protéines plasmatiques (entre 7 et 8%), des substances azotées qui ne sont pas protéiques (environ 0,9%), et des substances variées, organiques.Les substances minérales se rapprochent fortement de celles du milieu extracellulaire :

Cations AnionsNa+ : 145 mM (high) Cl- : 110 mM

K+ : 5 mM HCO3- : 27 mM (hydrogénocarbonate)

Mg2+ : 2 mM Protéines : 15 mMCa2+ : 2 mM PO4

2- : 2 mMTotal : 154 mM Total : 154 mM

C’est le sodium qui domine, avec le chlorure. On rajoute cependant des minéraux en faible quantité, le fer, le cuivre, le zinc, et un dérivé d’iode : l’iodure. La complexométrie consiste à complexer le métal avec quelque chose qui va le rendre coloré au spectrophotomètre, mais c’est laborieux, fatigant et peu spécifique. La photométrie de flamme est plus spécifique, plus facile, on le met dans la flamme. (il me manque cette partie)La concentration en anions est égale à la concentration en anions, d’où l’électroneutralité.

2. Les substances protéiquesOn pratique de l’électrophorèse, on prend une goutte de plasma, que l’on dépose sur un papier Watman, imbibé de tampon qui contient des ions, pour transporter le courant. On met le tout dans une chambre d’électrophorèse, qu’on polarise, et on laisse migrer. On laisse ensuite sécher, et on le révèle. On peut révéler avec l’inhydrine, ou le nitrate d’argent, ou encore un colorant tel que le bleu de Coomassie. On voit alors apparaître des taches. On appelle le résultat un Protéinogramme plasmatique, ou encore un électrophorégramme. La protéine plasmatique la plus importante est l’albumine (60% des protéines plasmatique, environ 42 g.L-1), suivent les globulines (α1 et α2, puis β et enfin γ). On a ainsi pu voir ses taches, mais par exemple le fibrinogène n’est pas visible par ces techniques.Au total, quand on fait la somme, on obtient une concentration de 70 à 80 g.L -1. C’est une valeur relativement élevée.

3. Composés non-protéiquesOn fait cette analyse pour différentes raisons, par exemple les γ globulines, qui sont fabriquées par le système immunitaire, ou l’albumine, fabriquée par le foie, témoignent d’une bonne santé ou d’un problème.On trouve aussi des substances azotées, comme l’urée (300mg.L-1), provenant des déchets métaboliques des acides aminés, qui sera éliminée par l’urine.On trouve aussi, en concentration élevée (jusqu’à 500mg.L-1) des acides aminés, qui viennent de l’alimentation.Il y a aussi de l’acide urique (45mg.L-1), déchet métabolique éliminé normalement par les reins, dans l’espèce humaine (chez certaines personnes), cette élimination ne se fait pas correctement, si bien que la concentration peut augmenter quelque peu, et l’acide urique peut se cristalliser, notamment dans les articulations, qui ne coulissent alors plus sur un liquide (type synovial), mais sur des cristaux. Cette pathologie est très douloureuse et s’appelle « la goutte ». On peut traiter cette goutte avec de la colchicine, qui limite la formation des cristaux. Cependant, il faut faire attention à la toxicité de la colchicine.On a de la créatine et la créatinine qui sont des phosphagènes (génèrent du phosphate), elles servent à former de l’ATP à partir d’ADP, en perdant son phosphate. C’est cette créatine qui est utilisée par les sportifs pour augmenter leurs capacités physiques.La bilirubine est aussi dans le plasma, à un taux physiologique de 5mg.L-1, il arrive que ce taux augmente au point qu’on puisse le lire au niveau de la peau et de l’œil, qui deviennent

jaunes, on appelle cela l’ictère, due à une bilirubinémie trop forte. A ce taux élevé, la bilirubine passe dans le cerveau et détruit les neurones.L’ammoniac est un déchet, facilement éliminable, mais s’il dépasse sa valeur normale d’un demi mg.L-1, il modifie la valeur du pH, entrainant des problèmes. Souvent le foie est en cause.La glycémie, liée au glucose, normale à 1g.L-1.On trouve aussi :

- Les lipides variés, les acides gras (5 g.L-1), hydrophobes.- Cholestérol (2 g.L-1)- Des phospholipides (1,5 g.L-1)- L’acide lactique (0,1 g.L-1)

4. Système tampon du sangLe pH de l’organisme est de 7,4, c’est l’une des constantes homéostasiques, la marge varie entre 7,33 et 7,45. Pour maintenir ce pH, l’organisme se munit de multiples systèmes :

5. Le système des protéinesCe sont des assemblages d’acides aminés. Certains de ces acides aminés sont à l’état de diacides, comme par exemple dans l’acide aspartique et l’acide glutamique (Un COOH sur l’acide aminé). Ces acides se comportent alors comme des acides classiques, les protons peuvent se dissocier, pour former des anions, si bien que les protéines de ce type sont en fait d’énormes anions, que l’on note R-. Or dans le plasma, il y a un ion qui domine, qui est le sodium (Na+), et qui va se lier à chaque COO-, ce qui revient à considérer les protéines comme un sel, et donc on va les appeler protéinates de sodium.Donc dans un plasma sanguin, les protéines vont exister à l’état de protéinate de sodium, que l’on va simplifier par le sigle RNa.La plupart du temps, en pharmacologie, les composés que l’on utilise ne sont que faiblement solubles, et donc on fait jouer le pH, en cherchant là plupart du temps à acidifier le milieu. On utilise donc des acides faibles, notés AH. Donc :RNa + AH est un système tampon. Cet acide va se dissocier de son contre-ion et donc :RNa + AH RH + ANa Ce proton a été neutralisé.Il y a donc un système relativement important pour neutraliser le pH. Il faut que le pK soit le plus proche possible du pH choisi. Le pK est de 7,8, ce système est très efficace.

6. Le système imidazoleL’hémoglobine, comme d’autres protéines, contient de l’imidazole, qui est un constituant utilisé pour faire des tampons. Donc les protéines qui le contiennent fonctionnent comme un tampon, en captant des protons.

7. Le système effet BohrL’hémoglobine est de plus capable de capter des H+ par un effet Bohr. En captant ces protons, elle acidifie le milieu.HPO4 + Na2 + AH H2PO4Na + Ana pK = 6,8

8. Le système de l’acide carboniqueLe métabolisme de l’organisme se résume à une oxydation. On fabrique donc du CO2. Cependant, dans les cellules profondes, ce CO2 qui sort de la cellule entre en contact avec l’eau (H2O). Le CO2 est très soluble donc une partie se dissout. Une autre partie se lie à l’eau, et forme H2CO3 et forme de l’acide carbonique, qui va se dissocier pour former HCO3

-

(hydrogénocarbonate) + H+. On est donc dans le milieu plasmatique où l’hydrogénocarbonate rencontre du sodium, et donc sa forme normale plasmatique est NCO3Na (Hydrogénocarbonate de sodium).Donc HCO3Na + AH H2CO3 ANa pK = 6,1Mais ce CO2 est produit en permanence donc la masse de HCO3Na est très forte, et on l’appelle la réserve alcaline.

Au final, l’organisme peut maintenir son pH de 7,4. Si le système était basique, le corps n’est pas paré à cette éventualité. C’est pourquoi quand on manipule de la soude, ou d’autres produits très basiques, on voit des cas d’intoxication plus difficiles à traiter.

G. Origine des éléments figurésQuand on regarde ces éléments figurés, on arrive à les regrouper en familles.

1. Les érythrocytesCe sont les cellules rouges.

2. Les leucocytesCe sont les cellules blanches. C’est un ensemble réuni, il contient des sous ensembles.

a) Les polynucléairesb) Les monocytesc) Les lymphocytes

3. Les thrombocytesCe sont les plaquettes sanguines.Toutes ces cellules proviennent de la moelle osseuse des os de petite taille, les os courts, comme les vertèbres, le sternum, les côtes, ou des os plats comme l’omoplate. Sur les os longs, la moelle se regroupe aux têtes (épiphyses) et est rouge, et peut générer les cellules, mais la partie du milieu est de la graisse, et ne génère pas de cellules sanguines.Ces zones productrices regroupent des cellules souches, totipotentes, qui ont une potentialité de différenciation élevée, et qui sont capables de générer plusieurs familles de cellules, et donc ce sont ces cellules qui sont disposées dans les os courts et dans les cellules des os longs.Une première lignée de ces cellules se différencie, c’est la lignée érythrocytaire, qui va donner dans la moelle osseuse des Proérythroblastes (immatures) qui évolueront en érythroblaste (immature aussi), qui évolueront en Réticulocytes (matures). Les réticulocytes passent alors dans le sang en perdant leurs noyaux, en les éjectant, et évoluent en érythrocytes (=globules rouge = hématies). Il reste souvent un peu de réticulocytes dans le plasma.Chez certaines espèces, les réticulocytes ne perdent pas leurs noyaux.La 2ème lignée, la granulocytaire, commence par des Myéloblastes, qui deviennent Promyélocytes puis Myélocytes (N.E.B.) et Métamyélocytes (N.E.B.), qui donneront enfin 3 ensembles : les Neutrophiles, les Eosinophiles et les Basophiles. La aussi, la dernière étape conduit ces dernièrs composés dans le sang.La lignée monocytaire, la 3ème, se compose de Monoblastes, Promonocytes et Monocytes, qui entrent dans le sang. Mais une partie ressort du sang vers les tissus et formes les macrophages.La 4ème lignée, mégacaryocytaire, forme les Promégacaryocytes, puis les mégacaryocytes qui vont subir une sorte de fragmentation, le noyau éclate, ne fait pas de mitoses, et chaque fragment s’entoure d’une sorte de cytoplasme, et forme les plaquettes sanguines.La dernière lignée, Lymphocytaire, donne les lymphocytes.Pour voir des globules blancs sur un frottis, on va utiliser des colorants, comme par exemple le May-Grünwald, va aller vers les éléments acides, et le Giemsa se dirigera vers les éléments basiques. On va alors regarder les différents éléments du sang.On voit alors que par exemple, les basophiles sont très peu représentés (1%), les neutrophiles sont nombreuses (65%), les Éosinophiles (2%), les monocytes forment environ 10%, et les plaquettes forment 22%.La formule sanguine est importante. Il y a environ 7 000 globules blancs par µL.II. Les éléments figurés

A. Les globules rouges (ou hématies ou érythrocytes)1. Caractéristiques

Se sont des cellules qui ont perdu leur noyau (anucléées). Les cellules peuvent donc s’écraser, devenir très plate, n’étant pas limitées par le noyau. Elles ont la forme d’un disque, les 2 faces sont creuses (biconcaves), leur épaisseur faire 2 microns, le disque fait 7 microns de diamètre. Le fait que les surfaces soient creuses augmente la surface d’échange. On arrive à une surface

totale de 3 500 mètres carrés pour l’ensemble des hématies du corps humain. Cette surface favorise les échanges respiratoires. Elles contiennent de l’hémoglobine.On peut les compter, c’est ce qu’on appelle l’énumération globulaire, les astuces de comptage consistant en dilutions et comptages sur hématimètres (inventé par Malassez). Ce comptage consiste en une lame creusée d’un puits rigoureusement calibré dans cette lame, sa hauteur et sa largeur sont très bien déterminés, on le remplie, et s’il est correctement remplie, on peut le couvrir d’une lamelle. On obtient un volume très précis. Pour le comptage, un système de réticules est placé au fond, et le sang dilué est déposé dessus. S’il n’y avait pas de divisions, on aurait pu risquer de mal compter. On compte donc l’ensemble de ses sous unités et compte tenu des dimensions on en déduit le nombre de cellules dans un volume précis.Pour la dilution, on utilise des pipettes Potain, pipette qui comporte une ampoule et des graduations. On aspire le sang dedans, à une certaine graduation, et on va aspirer ensuite un liquide jusqu’à la graduation du haut, on aspire du sérum physiologique ou du liquide de Marcano, et à l’intérieur, un petit agitateur homogénéise le mélange.Pour ensuite avoir la bonne valeur : n x 100 x 100D’autres systèmes existent : le Neubauer ou le Thoma.On obtient au final 5 millions d’hématies par µL de sang. Les femmes ont un peu moins d’hématies, avec 4,5 millions.Pour suivre la durée de vie d’une hématie, on la marque à l’azote 15. Une hématie vit en moyenne 120 jours. A sa mort, le système réticulo-endothélial, notamment dans la rate et le foie, des cellules étoilées dites de Küpffer récupèrent les hématies et les découpent. En cassant les hématies, la bilirubine est formée.

2. Régulation de la production des hématiesEn montagne, le taux ambiant d’oxygène est plus faible que dans les plaines : Po2 = pression partielle= pression exercée par un seul gaz = pression relative d’un gaz dans un lieu donné.Un péruvien vivant dans les montagnes a 8 millions d’hématies, sans présenter de pathologie. Cette régulation est due à une hormone, appelée érythropoïétine (E.P.O.). Cette érythropoïétine permet l’érythropoïèse, la régulation du nombre d’hématies, quand la Po2 est faible, une partie des reins est activée, elle libère cette petite protéine glycosilées, l’érythropoïétine, qui provoque l’hypoxie.En hypoxie, le système cholinergique est stimulé, il va alors fabriquer du GMP cyclique, second messager, dans la cellule rénale, et ce GMPc va agir au niveau des lysosomes, casser quelques enzymes lysosomales, pour libérer une protéase, qui va agir sur une autre protéine déjà existante pour fabriquer de l’érythrogénine, dans ces cellules rénales.Cette hypoxie augmente de plus le taux de Lactate (l’acide lactique), qui va stimuler le système à adényl-cyclase, qui va fabriquer l’AMPc.L’hypoxie peut aussi agir sur des récepteur β2 adrénergiques, sur les prostaglandines, agissant aussi sur l’adényl-cyclase.L’hypoxie fait donc augmenter le taux d’AMPc, qui va activer des PK (protéines kinases) inactives, qui sont des enzymes de phosphorylation qui vont s’orienter vers des érythrogénine et les phosphoryler, pour former de l’érythrogénine phosphate, qui devient de l’érythropoïétine, qui va sortir de la cellule rénale et s’orienter vers les cellules souches. Egnine-P peut aussi sortir et se diriger vers le foie avant de former l’EPO. Donc comme toute hormone, elle circule dans le sang à la recherche de cibles, ce sont les cellules souches. Le nombre de mitoses va augmenter, et l’intervalle inter mitotique va diminuer. Ici, on a un facteur 16 entre une Po2 normale et une hypoxie sévère.Parallèlement, cet EPO va stimuler la synthèse de l’hémoglobine, et donc les 2 unies vont fabriquer les hématies.Ce phénomène s’arrête, l’oxygène est transporté en plus grande quantité, l’hypoxie n’est plus. C’est un système en feed back négatif.

3. Eléments constitutifs des globules rougesa) Hémoglobine

Constitué d’eau, de fer, de zinc, de cuivreL’hème n’est pas protéique, c’est un groupement non prosthétique, et elle sera associée à un groupement globine pour former de l’hémoglobine.Le groupement non prosthétique est constitué de 4 éléments, les pyrroles, d’où le nom de tétrapyrroles. Les 4 pyrroles sont unies en anneau, par différentes liaisons, et cette tétraporphyrine va porter dans son milieu un atome de fer. Ce fer va rester dans le cas normal à l’état ferreux (pathologie : état férrique).La globine est une protéine globulaire. C’est un tétramère, il y a 4 globines associées à 4 N. Elle est constitue de : α1, α2, β1 et β2. Ce sont des isoformes de la globine. On n’a pas toujours la même forme. Au cours du développement il y aura évolution de cette hémoglobine.En partant de la fécondation, les organismes mettent en place une première forme d’hémoglobine, 2 à 3 semaines après la fécondation. Cette première forme se met en place, elle va dans les 4 sous-unités, comprendre 2 sous-unités α (1 et 2), et unie à 2 sous-unités ε 1 et ε2, on appelle cette forme HbF (hémoglobine fœtale). Pendant la grossesse, la forme ε disparaît, et la forme γ apparaît (encore 1 et 2). C’est une forme plus mature.Dans la période périnatale, la sous-unité γ va disparaître, et la sous-unité β se met en place, et à la naissance, la forme dominante est la forme adulte, α1, α2, β1 et β2, et forme l’hémoglobine adulte, HbA.Cette hémoglobine immature présente une forte affinité avec l’oxygène, ce qui est important pour le fœtus.Si l’on regarde la structure tertiaire de la protéine, on peut imaginer plusieurs segments, on dit qu’ils constituent une lettre U en arrière plan, un V incliné en avant plan, et un S en plan médian.

Tyr

Les 2 segments du U sont reliés par une tyrosine.La partie protéique représente 95% et l’hème représente environ 5%. Ce tétrapyrrole (l’hème) est appelé porphyrine, représente 4,7%, et le fer représente 0,3%. Elle fait environ 140 acides aminés.Jusque là on parlait de la situation normale. Des anomalies se produisent, essentiellement naturellement. Dans la séquence des acides aminés, il arrive qu’à la place d’un acide glutamique, on retrouve de la valine. C’est une erreur, et l’acide glutamique est un diacide, capable d’attirer des charges positives, la valine fait perdre la fonction d’attirance, et la protéine va changer de conformation, et l’hématie, plutôt que d’avoir cette forme normale, aura une forme déformée, une forme de faucille, l’hématie est dite falciforme, et elle aura des propriétés différentes. Le captage d’oxygène sera plus difficile, et si la proportion d’hématies falciformes est élevée, le sujet atteint sera en manque d’oxygène. La maladie associée est la drépanocytose, maladie génétique.

b) La biosynthèse de l’hémoglobineDans l’espèce humaine, le taux d’hémoglobine est relativement élevé, chez l’homme le taux moyen est de 16 grammes pour 100 mL de sang. Chez la femme, le taux est de 14 grammes par mL.

(1) Synthèse de l’hèmePour cela, on marque certains atomes constitutifs, notamment l’azote (on prend de l’azote 15) ou du carbone (carbone 14). On marque un seul acide aminé, la glycine. On peut ainsi se rendre compte que la synthèse de l’hémoglobine commence dans la mitochondrie. La glycine va s’unir à un constituant mitochondrial, le succinyl coenzyme A, pour composer l’acide α-amino-β-céto adipique, et la condensation de la glycine sur le succinyl coenzyme A va se transformer en un premier composé qu’on appelle ALA (acide α-amino-delta-lévulinique), qui provient de la décarboxylation du premier, et ce composé va se condenser, sortir de la mitochondrie, et rentrer dans le cytoplasme.Il y aura alors des modifications de carboxyle. Le premier composé est le porphobilinogène, ce sont des porphirinogènes, il y en a de 3 types : uro, copro et protoporphirinogène.Ensuite le composé va entrer de nouveau dans la mitochondrie, et la transférine qui amène du fer dans la mitochondrie, va permettre l’association du gène et de la protoporphyrine, pour former l’hème.Ce fer est indispensable pour l’anneau tétrapyrrolique. Sans fer, le sujet souffre d’une anémie ferriprive, l’hème n’étant pas formée. Quelques fois, le fer s’oxyde, ce qui n’est pas normal, et il n’est plus utilisable. Quelques fois, ce sont les transporteurs qui sont en cause, la transférine n’étant pas efficace.

(2) Synthèse de la globineC’est une synthèse banale, elle se fait avec le RE et le golgi. L’ARNm est extrêmement long, la globine est synthétiser normalement, et l’association globine + hème dans le cytoplasme donne l’hémoglobine.Ces synthèses vont avoir besoin de cofacteurs pour se réaliser de façon enzymatique. On cite les vitamines du groupe B (B6 et B12) qui vont avoir besoin de cuivre pour catalyser certaines réactions, de cobalt, ce sont des oligo-éléments. En cas de défaut de B12, on a aussi une anémie, la synthèse de l’hème étant rendue impossible.La B6 est un cofacteur relativement répandu, car il assure les décarboxylations. C’est la pyridoxine.La B12 fonctionne avec le cobalt, on la dit antianémique. C’est une cyanocobalamine, qui va assurer la maturation des hématies.En cas de défaillance, c’est une avitaminose B qui va amener à ces anémies.Les hématies ont une durée de vie (elles n’ont pas de noyau), au bout d’un moment elles sont dégradées.

c) Dégradation de l’hémoglobineElles vivent en moyenne 4 mois, puis les cellules Küppfer de la rate, en forme d’étoiles accolées aux sinusoïdes, vont capter les hématies pour les détruire. En premier lieu, l’anneau tétrapyrrolique va s’ouvrir, il y aura rupture des liaisons. Le tétrapyrrole devient linéaire. Le fer va alors se détacher, pour être utilisé autre part, et la globine va aussi se détacher, et subir le sort d’autres protéines, il sera recyclé.L’anneau tétrapyrrolique restant devient de la bilirubine, un pigment chaud très jaune, qui est très hydrophobe, et peut même passer la barrière hémato encéphalique. Cette hydrophobie peut être atténuée par une glucuronyl-transférase, qui va prendre de l’acide glucuronique (COOH sur le carbone 6), qui va être associé à la bilirubine (glucuronyl transférase), et l’associera à un autre composé.L’ensemble devient hydrosoluble, et on peut alors suivre les voies de transformation, notamment, il va constituer au bout les sels biliaires, c'est-à-dire qu’il va constituer des urobilinogènes, qui vont donner de l’urobiline (Sa voie d’élimination finale est l’urine), des stercobilinogènes, qui vont donner des stercobilines, éliminées par les selles.

C’est l’excès de bilirubine qui fait des dictères.La cellule hépatique peut ne plus être fonctionnelle, à cause d’une intoxication, ou d’un abus d’alcool. Il n’y a alors plus de dégradation, c’est la cyrose du foie, et chez ces sujets on trouve un taux de bilirubine élevé, et la peau et les yeux deviennent jaunes. Le métabolisme n’a plus lieux normalement.Dans d’autres cas, il y a quelques fois une hémolyse, anormale, et à ce moment là le système est débordé, le taux de bilirubine augmente.

4. Rôles des pigments du sangServent au transport des gaz respiratoires, participent au système tampon de l’organisme, et aussi à la régulation de la pression osmotique du milieu intérieur.

B. Les plaquettes sanguines et la coagulation du sangElles ont des noms variés, on lit encore le nom « globuline », qui voulait à l’époque dire petite globule. On les a appelé aussi thrombocytes (thrombus = bouchon).

1. CaractéristiquesLe système sanguin est un système fermé, un vase clos, sous pression, et si on l’ouvre, le sang va sortir, il y aura hémorragie, une perte de sang. On modifie les paramètres hémostasiques, et le corps réagit en conséquence, pour maintenir le sang à l’intérieur. Il y a alors une vasoconstriction, une hémostase (arrêter l’hémorragie) primaire, et une secondaire, la coagulation.

2. Hémostasea) Vasoconstriction localisée

On imagine que l’on fait une entaille dans le vaisseau sanguin, et très rapidement, au niveau de la paroi des vaisseaux sanguins, les terminaisons orthosympathiques (utilise la noradrénaline comme dernier transmetteur) va libérer de la noradrénaline, ce qui va faire la vasoconstriction, diminuer le diamètre du vaisseau. Une 2ème vasoconstriction est due à la libération de produits par les plaquettes sanguines, la sérotonine, qui s’ajoute à l’action de la noradrénaline. Elles fabriquent aussi un neurotransmetteur, par les prostaglandines, la thromboxane A2. Tous ces éléments vont limiter la perte de sang.

b) Hémostase primaireLes plaquettes sanguines viennent des mégacaryocytes, dont le cell coat (partie externe) est très développé, le cytosquelette est très abondant, avec de nombreux microtubules, et ce système va aider à l’excrétion des différents composés. Il y a un arsenal énergétique très développé, des mitochondries en grand nombre, du glycogène, des enzymes du métabolisme intermédiaire, donc un arsenal énergétique important, et un système de sécrétion, des granules α, qui vont contenir les produits faits par la cellule. On va trouver dedans des enzymes lysosomales, des hydrolases, des granules contenant des enzymes de dégradation, et qui vont contenir des facteurs de coagulation, de l’ATP, et de l’ADP.A coté de ces granules α, on a des corps denses, qui vont contenir du calcium, de la sérotonine, de l’ATP et de l’ADP.En cas normal, les plaquettes sanguines, qui sont présentes dans le flot sanguin, qui est limité par l’endothélium, ne vont pas frotter contre la paroi et être entrainées naturellement. Dans le cas d’une ouverture de vaisseau, les thrombocytes vont être en contact avec un environnement inhabituel, le sous-endothélium, qui contient entre autre du collagène, et vont s’activer, grâce aux protéines du cell coat.Les cellules s’activent, et vont libérer certains composés, notamment la sérotonine et la thromboxane, mais vont aussi libérer du calcium et de l’ADP, ce qui va entrainer l’accolement des cellules aux parois, et l’ADP va attirer d’autres plaquettes sanguines, qui vont entrer en contact avec celles qui sont déjà activées, et s’activer elles-mêmes, jusqu’à ce que la plaie soit colmatée, formant ainsi le clou plaquettaire. Le milieu est alors riche en ADP. Les hématies ne peuvent alors plus sortir.Au niveau cellulaire, des phospholipides membranaires, notamment la phospholipase A2, sera libérée, et va couper les phospholipides, pour former l’acide arachidonique, qui ne va pas

rester dans cet état, il est très réactif, et va se transformer en prostaglandine G2, PGH2, grâce à une cyclo-oxygénase, et la PGH2 va fabriquer la thromboxane A2.Une fois que la blessure est fermée, la PGH2 va subir une modification, pour constituer une prostacycline synthétase, qui sera favorable à la création de l’AMPc, qui aura pour rôle d’inhiber l’agrégation plaquettaire, arrêtant le mécanisme.

c) Hémostase secondaire (coagulation du sang)Ici, ce sont des mécanismes plus moléculaires, qui vont modifier le fibrinogène, protéine plasmatique soluble, en fibrine, protéine insoluble, et cette fibrine va alors constituer un réseau mécanique, une maille, au niveau de la blessure, qui va empêcher la sortie des éléments. Cette transformation se fait sous la catalyse d’enzymes, notamment la thrombine, qui n’existe pas à tout moment dans le plasma. Elle vient d’une autre protéine, la prothrombine, et le changement se fait grâce au Calcium. On peut remonter 13 facteurs, qui sont les facteurs de coagulation.Au départ, on a un facteur XII, qui est un facteur présent mais inactif. Si l’on fait une entaille à un vaisseau sanguin, le facteur XII se retrouve en présence de collagène et de Kininogène (High Molecular Weight Kininogen = HMWK), ce qui contribue à l’activation de ce facteur XII. Une fois activé, il va utiliser ce même kininogène, pour transformer une protéine enzymatique, la Prékallikréine, en kallikréine, et cette kallikréine, douée d’un pouvoir de catalyse très puissant, va accélérer l’activation du facteur XII inactif.C’est un phénomène de feed back positif. Une fois activé, le facteur XII active le facteur XI inactif, qui devient actif. C’est encore le HMWK qui est utilisé. On considère que si l’on n’a qu’une molécule de facteur XII au départ, on en a 1 million pour activer le facteur XI. Le reste est à peu près la même chose, le facteur XI activé, va au niveau du facteur IX, pour l’activer, en présence de calcium. Le facteur X va quand à lui s’activer, et transformer la prothrombine en thrombine.Cette voie est une voie intrinsèque, dont les facteurs sont à l’intérieur des vaisseaux sanguin, les plaquettes sont contenues en facteurs de coagulation.Une voie extrinsèque part de la thromboplastine, qui va tout de suite transformer le facteur IX inactif en facteur IX actif, mais il peut aussi activer directement le facteur X inactif. Cette voie mène à la formation de fibrine.Le calcium est présent un peu partout, il est indispensable, si bien que si l’on souhaite empêcher la coagulation du sang, on peut agir sur certains facteurs, notamment le calcium. On peut le supprimer du milieu. On peut le faire avec les chélateurs du milieu, composés qui piègent le calcium ionisé (actif), en se fixant sur ses 2 charges. Par exemple, on utilise comme chélateur le citrate de sodium, l’oxalate de sodium, l’héparine (le plus puissant, et de loin, mais il est un peu trop puissant). L’héparine ne vise pas uniquement le calcium, il bloque aussi le facteur X, la thrombine.Ces éléments sont très actifs, on peut essayer d’empêcher la coagulation de façon plus modérée, par exemple dans le cas de coagulation à l’intérieur des vaisseaux, on utilise des composés chimiques, comme la coumarine, et précisément le di-coumarol, qui va inhiber l’action de la vitamine k, et se mettre en compétition avec elle. Or celle-ci est nécessaire pour la fabrication d’un certain nombre de facteurs de la coagulation, comme le facteur 7, le facteur 9, le facteur 10, d’où la difficulté de coagulation, et la tendance à l’hémophilie, dont souffrent certaines personnes au foie malade, qui ne coagulent pas.La thrombosténine permet le resserrement des mailles de fibrinogène. Ce resserrement entraine l’évacuation du liquide interne, ce liquide représente environ 60%. On dit que le système exsude le liquide, l’exsudat est appelé le sérum. Le sérum, c’est le plasma sans le fibrinogène. Le sérum est utilisé dans plusieurs opérations, il est très proche du milieu intérieur.Ce callot colmate complètement la plaie.

d) FibrinolyseDès que la plaie est refermée, les cellules endothéliales vont entrer en mitose. Le plasminogène va se transformer en plasmine, et cette plasmine aura pour fonction de détruire, d’hydrolyser le réseau de fibrines. Il n’y a plus de perte de sang, la paroi est refermée. Cependant, du sang est sorti, des cellules sont sorties. Ces cellules seront alors digérées par les macrophages.Le facteur du fibrinogène est le facteur I, la Prothrombine est le facteur II, la Thromboplastine est le facteur III, le calcium est le facteur IV. Ensuite viennent des facteurs pour accélérer les réactions, ce sont la Proaccélérine en facteur V, l’Accélérine en facteur VI, la Proconvertine est le facteur VII. Ensuite viennent les antihémophyliques, l’antihémophilique A en facteur VIII, l’antihémophylique B (=Christmas) en facteur IX, le Stuart en facteur X. Enfin viennent les premiers facteurs : le facteur XI est la PTA (=antécédent de la thromboplastine plaquettaire), le facteur XII est le Haegeman, et le facteur XIII est le facteur stabilisant.

3. Les leucocytesLe nombre de leucocytes peut être élevé, on parle alors d’hyperleucocytose (>12 000/µL).

a) CaractéristiquesCe sont les globules blancs. On les classe en 3 catégories :

(1) Les lymphocytesLe noyau est volumineux, le cytoplasme est peu volumineux.

(2) Les monocytesPlus grosses, en moyenne, jusqu’à 25 µons, le cytoplasme est plus important proportionnellement, et on dit que le noyau a la forme d’un rein, est réniforme.

(3) Les granulocytesLe cytoplasme est granulaire, le noyau a plusieurs lobes, les premiers chercheurs pensaient qu’il y avait plusieurs noyaux, d’où le terme de polynucléaire.

b) Fonction des leucocytes(1) Granulocytes et monocytes

Pour des raisons accidentelles ou volontaires, il arrive que l’on introduise dans l’organisme des substances qui lui sont étrangères. Les cellules du sang sont normalement dans les vaisseaux sanguins.

Il se passe un phénomène de chimiotactisme positif, qui va orienter le déplacement des polynucléaires, et plus tard, ces cellules vont émettre un prolongement cytoplasmique à travers les cellules endothéliales comme les amibes le font, et au final, en continuant ce mouvement, elle va se retrouver à l’extérieur, et cette sortie est appelé diapédèse. Une fois sortie, elle va se déplacer vers la bactérie, et finir par englober la bactérie.La bactérie ou substance ingérée par cette phagocytose est pris en charge par le système lysosomal, qui va détruire cette bactérie et la découper en morceaux.Les neutrophiles sont les plus rapides, ils peuvent ingérer 5 à 25 bactéries peu virulentes, mais les monocytes, plus lents, arrivant plus tardivement, seront plus efficaces, ils pourront ingérer jusqu’à 100 microbes. Enfin, leur différence est beaucoup plus durable, ils peuvent séjourner plus longtemps à l’extérieur, ce qui est plus efficace.

(2) Les lymphocytesIls vont défendre l’organisme aussi mais avec une logique différente, en faisant des réactions immunitaires. On peut les classer en sous-ensembles.

(a) Les lymphocytes TIls vont terminer leur maturation dans le thymus (maturation thymique, éducation thymique). C’est là qu’ils vont acquérir leurs fonctions.On distingue 3 sous-ensembles :

(i) Cytotoxiques(ii) Auxiliaires(iii) Suppresseurs

(b) Les lymphocytes BIls ont une maturation conventionnelle, dans la moelle osseuse.Globalement, un germe, par exemple une bactérie, qui subit une phagocytose normale, est détruite par le système précédent. Des débris de ces bactéries sont sécrétés (l’antigène est présenté), et ils vont entrer en contact avec les lymphocytes. La première famille de lymphocytes sera stimulée, et elle stimulera une 2ème famille, qui aura 2 réactions différentes :

- Elles vont soit subir une série de mitoses, par une multiplication clonale, et ces clones vont rester dans l’organisme un certain temps. Ce sont elles qui sont les cellules mémoires.

- Elles peuvent se modifier en un autre sous ensemble de cellules, qui vont faire appel à leur synthèse protéique, pour fabriquer des protéines spéciale, les immunoglobulines, qui sont rejetées à l’extérieur, dans le plasma, suivant la quantité d’antigènes initiale. Elles ont la capacité d’aller se coller sur un antigène initial, de le fragiliser, et de faciliter la destruction, qui va se faire facilement et massivement.

Au final, l’antigène est détruit par cette stratégie.(c) Les immunoglobulines

Il y a les immunoglobulines G (IgG), sont des tétramères en forme de Y, dont le poids moléculaire moyen est de l’ordre de 160 000 Da. A coté de ces IgG, on trouve les IgM, qui ont une structure plus pentagonale, plus grosse, le poids moléculaire est d’environ 960 000 Da. Enfin, il existe d’autres immunoglobulines, IgA, IgD et IgE.Pour éviter que le germe ne soit trop toxique, on peut l’atténuer, on le faisait avec du formol, aujourd’hui on les irradie, quand on veut l’inoculer à un sujet sain. On va essayer de mesurer la concentration en immunoglobulines.

Si le plasma contient des IgG, et que l’on est contaminé, ils vont se fixer sur les germes, qui seront alors mieux détruits par l’organisme.

4. Les groupes sanguinsOn doit cette désignation à Landsteiner, qui s’est aperçu que les résultats de transfusion sont différents suivant les personnes, et que les globules rouges pouvaient être différents.

a) Système ABOOn regarde à la surface des hématies, au cell coat, on s’est aperçu qu’une famille de composés n’était pas forcément le même d’un individu à l’autre, par exemple, chez certaines personnes, à l’extrémité de ces cellules du cell coat, on pouvait avoir un polysaccharide, et à l’extrémité du polysaccharide, on trouve un fucose, ou un composé X, variable. Chez certaines personnes, ce X est la N-acétylgalactosamine, chez d’autres, c’est du galactose, et chez certaines encore il n’y a rien à la place de ce X.Les personnes qui portaient le N-acétylgalactosamine ont été regroupé dans le groupe A, celles qui portent le galactose forment le groupe B, et ceux qui n’ont rien sont de groupe O.On peut considérer ces composés comme des antigènes naturels, on les appelle des agglutinogènes. Chez certains individus, on trouve la N-acétylgalactosamine et le galactose, ils forment le groupe AB.Dans le sang, certaines personnes peuvent agglutiner ces cellules quand ils les rencontrent, grâce à des agglutinines, les agglutinines anti-A pour celle qui agglutine les agglutinogènes du groupe A, les anti-B pour les B, et les anti-AB pour les AB. Dans le groupe A, on ne trouve pas d’agglutinine anti A, mais de l’anti B, sinon ils agglutineraient les globules rouges.Pour tester un groupe sanguin, on dépose 3 gouttes de sang par lame sur 4 lames, ainsi que

des antis :

Il ne faut pas que les hématies du receveur soient agglutinées par les agglutinines du donneur. C’est pourquoi le groupe O est le donneur universel. En revanche, le groupe AB, qui serait agglutiné par tout le monde ne peut que recevoir. Cependant, il peut recevoir de tout le monde.

b) Le système RhésusC’est un ensemble d’antigènes qui forment ce qu’on appelle Rhésus, il y a 3 antigènes : D, C et E. Cependant, l’antigène D est le plus réactif, c’est pourquoi on ne s’oriente que vers le D pour étudier ces Rhésus.Certains couples avaient un premier enfant qui naissait normalement, mais à la 2ème grossesse, le fœtus mourrait in utéro, et ils n’arrivaient ensuite plus à avoir de 2ème bébé. C’était le système Rhésus qui était la cause de ces avortements. Au cours de l’accouchement, les sangs de la mère et du bébé étaient mélangés, et si le bébé était Rh+, c'est-à-dire qu’il porte l’antigène D, et que la mère est Rh-, elle ne porte pas l’antigène D, ce produit est pour elle un antigène, et donc elle fait des anticorps contre cet antigène. Au cours de la 2ème grossesse, ces anticorps anti-D franchissent la barrière utérine, et tuent le bébé. Ce cas est possible si le père est Rh+.Pour éradiquer ce problème, il faut éviter la reconnaissance dès le premier bébé, par les lymphocytes mémoires. Il faut ensuite injecter les immunoglobulines, pour qu’ils soient éliminés rapidement, les lymphocytes mémoires n’ont pas le temps de se créer.

c) Le système HLAHLA = human lymphocyte antigen. Ce sont des antigènes sur les lymphocytes, qui permettent une reconnaissance. C’est important pour les greffes.

Chapitre 2 : La physiologie cardiaqueI. Généralités sur l’appareil cardio-vasculaireTous les liquides sont dirigés par et vers le système cardio-vasculaire. On l’appelle grande circulation, étant la plus grande du corps. Dans ce système, il existe une pression, relativement élevée, d’où ce 2ème nom de circulation à haute pression. La petite circulation est la circulation pulmonaire, la pression est très basse, de ce fait, on l’appelle circulation à basse pression.Le rôle de la circulation est d’irriguer les cellules, d’apporter des nutriments et de les débarrasser de leurs déchets. Ils servent de plus à transporter les hormones, elle participe à la défense de l’organisme, et au maintient de la température corporelle.II. Rappel de l’anatomie cardiaque

A. Morphologie et structureC’est un muscle, situé dans le médiastin, dans la cage thoracique, entre les poumons, en avant des cotes, et du sternum, et en arrière des vertèbres. Il est en plus en avant dans ce médiastin.Il a une forme de cône à l’envers, donc la pointe du bas s’appelle apex (attention de ne pas inverser), et la partie haute est la base.C’est un muscle creux, formé de cavités appelées ventricules. Elles sont constituées d’une cloison qui sépare le cœur droit et le cœur gauche. Une autre séparation, mais entre la base et l’apex permet de distinguer en haut les oreillettes (= auricules = atrium), droite et gauche, et en bas les ventricules, droit et gauche. Les séparations sont des sortes de portes, des valvules. Du coté droit, la valvule est constituée de 3 lames, d’où le nom de valvule à 3 pieds, ou à 3 cuspides. Le coté gauche n’a que 2 lames, d’où le terme de bicuspide. Cette bicuspide ressemble à une mitre d’archevêque, d’où le nom de valvule mitrale. On les appelle aussi auriculo-ventriculaires. Enfin, dans ces cavités, les vaisseaux sanguins sont connectés, l’artère aorte et l’artère pulmonaire. Des valvules, à la base de ces deux artères ont une forme de S, d’où le nom de sigmoïde.Ce système complexe ne permet pas de se tromper dans le sens de circulation du sang. Des veines caves supérieures et inférieures arrivent dans l’oreillette droite, de là, descendre dans le ventricule droit, et ressortir du cœur en direction des poumons. Le sang ressort des poumons par 4 veines pulmonaires, descend dans le ventricule gauche, et ressort par l’aorte, d’où il sera dispersé dans tout le corps.Il faut remarquer la présence de sortes de cordes qui maintiennent les valvules dans un sens, empêchant le sang de remonter. On les appelle cordelettes tendineuses, et servent d’amarrage à la valvule. Elles tiennent les bords des valvules.

B. HistologieLe péricarde est l’enveloppe du cœur, c’est un tissus conjonctif, des fibroblastes qui présentent des fibres de collagène, formant 2 feuillets superposés, un feuillet externe, pariétal (= appartient à la paroi), et un feuillet qui colle à la viscère, au cœur, le feuillet viscéral. Entre les 2 on trouve un liquide, le liquide péricardique. Ce péricarde est relié à un muscle, le diaphragme, ce qui fait que les mouvements de ce muscle se répercutent sur les mouvements du cœur, qui monte et descend.La partie la plus épaisse, le myocarde, c’est la musculature du cœur, qui va être constitué de fibres musculaires qui ont une forme ramifiée de Y, un seul noyau, dans l’axe de la cellule. Les jonctions entre les cellules sont des jonctions spécialisées, des jonctions GAP, constituées de connexon, des jonctions communicantes.Le reste, c’est du muscle classique.

La dernière enveloppe, l’endocarde, est le prolongement de la paroi des vaisseaux, c’est une sorte d’endothélium, la circulation est perturbée si elle se fait dans cette zone. C’est une pathologie.Les tissus sont des tissus restés à l’état embryonnaire. Le nœud de Keith et Flack, ou nœud sinusal se trouve à l’arrivée de la veine cave. Plus loin, séparé de ce nœud, le nœud d’Aschoff-Tawara se situe à la jonction des 2 cœurs, on l’appelle aussi nœud septal, ou auriculo-ventriculaire. Il se poursuit par un faisceau de fibres, le faisceau de Hiss, qui va se diviser en 2 branches, qui vont tapisser toute la paroi ventriculaire, et faire une énorme ramification. Ce réseau est appelé réseau de Purkinje.En comparant ces structures, les fibres musculaires cardiaques sont nettement moins organisées, il n’y a pas de sarcomères, pas de stries Z, elles sont restées à l’état embryonnaire.III. Fonctionnement global du cœurIl y a plusieurs méthodes d’investigation. On va étudier la contraction mécanique en TP, on peut aussi enregistrer l’activité électrique. On peut écouter le bruit que fait le cœur quand il fonctionne, avec un stéthoscope. On peut le faire en extérieur, mais quelques fois, il faut aller à l’intérieur du cœur, pour évaluer par exemple une activité électrique. Il faut par exemple faire une exploration endocavitaire pour évaluer l’activité électrique du faisceau de Hiss.

A. Activité électriqueLes cellules du cœur sont des cellules excitables dans leur ensemble, elles sont capables d’émettre un potentiel d’action, et on peut enregistrer cette activité électrique. Quand elle concerne l’ensemble du cœur, on parle d’électrocardiogramme. L’enregistrement s’appelle une électrocardiographie. Une partie du cœur émet des potentiels d’action de façon rythmique, et ce PA généré rythmiquement va se propager au nœud septal suivant, cette propagation va toucher les oreillettes, et l’ensemble de cette activité sera enregistrer, et l’on obtient sur l’enregistrement l’onde P, et l’activité se propage à la suite du réseau nodal, et atteint le réseau de Purkinje. Cette deuxième onde est enregistrée comme une première onde, en sens opposé de la P, on l’appelle Q. Puis une autre onde, R, dans le même sens que P, qui est très rapide, et suivie d’une onde S. On appelle ces 3 ondes un complexe QRS, suivi d’un retour à la ligne d’enregistrement, et un peu plus tard une onde qui a une forme différente – qui démarre lentement sur la ligne isoélectrique et monte graduellement, puis descend brusquement – appelée onde T. Cet ensemble constitue une unité d’activité électrique du cœur, et après P, Q, R, S, T, l’électrocardiogramme est constitué de cette suite d’onde.La première partie, l’onde P, correspond à l’activité électrique de l’oreillette, et les autres correspondent à l’activité des ventricules, la première partie étant la dépolarisation, la seconde à la repolarisation. La repolarisation des oreillettes est cachée par la dépolarisation des ventricules, car les ondes ventriculaires sont beaucoup plus amples, plus puissantes.Pour les visualiser, il y a des astuces.Cette activité est intéressante, ce qui est plus intéressant, c’est l’action mécanique

B. Activité mécanique et sa genèseOn a l’habitude d’appeler le cœur appareil automatique et autonome, car il fonctionne de façon cyclique et il est capable de fonctionner tout seul.La période de repos correspond à la période durant laquelle il est relâché. On appelle cette période la diastole générale. Les valvules auriculo-ventriculaires sont ouverts, le sang descend par pression atmosphérique, remplie les cavités ventriculaires. Il remplie 70% des ventricules. A la fin de cette période, le nœud émet son activité électrique, qui se répand dans l’oreillette, et le reste de sang est chassé de l’oreillette, pour terminer de remplir les cavités ventriculaires.Ces contractions sont appelées systoles auriculaires. A ce moment, le sang remplie les cavités ventriculaires.Maintenant, l’activité électrique continue sont trajet, atteint le ventricule, se répand dans la musculature ventriculaire, qui va se contracter.Cette contraction commence alors que les valvules sont fermées, les lames claquent, le sang ne pourra pas remonter. Elles restent fermées. Le sang est alors comprimé par la contraction,

toutes les sorties sont fermées. Les liquides étant incompressibles, la pression augmente à l’intérieur. Cette contraction est appelée isométrique. Elle augmente alors tellement qu’à un moment, les valvules s’ouvrent brutalement, et le sang est éjecté dans les artères. Les sigmoïdes sont ouverts, la taille du cœur se réduit, et le sang est complètement chassée. Cette contraction est appelée anisométrique. Elle chasse le sang à travers les vaisseaux sanguins. La pression qui va régner à l’intérieur sera plus faible qu’à la base de l’aorte et de l’artère pulmonaire, et les valvules se referment alors. Le sang est alors passé dans les vaisseaux sanguins.Il n’y a plus d’activité électrique, et le relâchement recommence.Des bruits sont émis tout au long de ces contractions. Ils nous permettent d’écouter le cœur et de déterminer ce qu’il se passe dans le cœur. Si on les enregistre, on fait de la phonocardiographie. On les amplifie, et on les écoute. On a classé les bruits par numéros.Un premier bruit correspond à la fermeture des valvules auriculo-ventriculaires, au claquement de fermeture. Pendant ce temps, le liquide subit une pression, qui émet une tentative de turbulence du sang. C’est un bruit relativement sourd et long. On l’appelle le premier bruit.Il est suivi par un deuxième bruit, qui correspond plutôt à la fermeture des sigmoïdes, c’est un bruit relativement sec, et en général ce sont les 2 qu’on entend sans amplification.En amplifiant, on entend le bruit d’ouverture des valvules auriculo-ventriculaires, c’est le 3 ème bruit, ainsi que le 4ème bruit, qui est la contraction auriculaire.En terme de chronologie, l’ensemble de ces bruits, une révolution cardiaque, une unité d’activité, dure environ 0,8 secondes chez un homme standard, non sportif, avec une systole auriculaire qui dure 0,1 seconde, une systole ventriculaire qui dure 0,3 secondes, et le reste étant représenté par la diastole.La convention évoluant le nombre de contractions par minutes. On obtient alors environ 70 à 75 battements par minutes chez un homme normal. Le volume propulsé après chaque systole est appelé ondée systolique. Elle a une valeur chez l’homme standard d’environ 70 mL, et donc le volume propulsé par minute est évalué à 5L par minutes. C’est l’équivalent du volume global du sang.On essaie de comprendre comment il peut réaliser de tels performances.IV. Propriétés du cœurLa rythmicité est soumise à des modifications possibles, qui vont changer la rythmicité, on l’appelle chronotropie. Les substances qui l’accélèrent sont chronotropes positives, et celles qui le ralentissent sont chronotropes négatives.La contractilité est aussi appelée inotropie.Le cœur se rétracte pendant l’éjection du sang, et de par sa souplesse, il évite de rester coller réduit. Il peut revenir à sa forme d’origine, on parle de tonotropie.L’excitabilité cardiaque est appelée bathmotrope.La possibilité de conduire le potentiel d’action est appelée la dromotropie.

A. Automatisme cardiaque et rythmicitéOn peut isoler le cœur, en faisant couler dedans du liquide dans le même sens que le sang, en le perfusant correctement. Cela montre que le cœur n’a besoin de rien, à part la perfusion, pour se contracter. On va chercher l’origine de cet automatisme

1. Origine de l’automatismeUne première série de recherches a été faite par Stannius, qui a pris un cœur de grenouille, et a ligaturé le cœur en plusieurs points.

La ligature L1 entraine un arrêt cardiaque. La ligature L2 (L1 + L2) entraine de temps en temps, à une fréquence lente, une contraction des ventricules. La 3ème ligature correspond à la

L2 seule, et est appelée L3. Elle entraine de petites contractions, et de temps en temps de grandes contractions. Il y a donc une désynchronisation

Par la suite, 3 nœuds ont été déterminés, le nœud de Remack, le nœud de Bidder, et le nœud de Ludwig.On a ainsi pu mettre en évidence que le cœur contient des systèmes lui permettant de se contracter. C’est un cœur myogène.On différencie le cœur neurogénique, qui a besoin du cerveau pour se contracter.Pour les différencier, on met de l’anesthésique comme un dérivé de cocaïne, et ainsi, les informations venant et allant du cerveau sont bloqués, l’un des cœurs s’arrêtant alors que l’autre continue de battre.Le type de cœur de beaucoup de vertébrés a été déterminé par cette méthode.On coupe un cœur de rat en morceaux, et on les met en milieu correct, et on constate que les fragments en contact du nœud sinusal se contractent très rapidement, on obtient environ 120 mouvements par minute. Les bouts en contact avec le nœud septal se contractent plus lentement, environ 60 battements par minutes. Les autres, en contact avec aucun nœud restent au repos.On peut compléter cette expérience en mettant le tissu en cellules isolées sur boite de pétri.

Lorsque les cellules vont se toucher, les cellules alors immobiles vont se contracter. Les cellules sinusales sont capables de transmettre leur activité électrique.Dans une 2ème expérience, on prend 2 espèces de salamandres, l’une à activité cardiaque lente, et l’autre à activité rapide. On échange alors les nœuds sinusaux des 2 cobayes, et on s’aperçoit que les vitesses de battement de cœur ont été inversées avec.

2. Mécanisme de la rythmicitéLe nœud sinusal est générateur de rythme, il est pacemaker. Effectivement, les cellules du nœud sinusal ont un fonctionnement particulier, si l’on prend les cellules excitables, tant que l’on ne leur fait rien, elles ne bougent pas. Elles ont cependant un certain potentiel. Mais il ne va pas rester stable, et monter graduellement. Au final, il atteint son seuil de dépolarisation, et se re-polarisera. Ensuite, le cycle recommence.La montée de potentiel est appelé prépotentiel.Leur potentiel n’est pas stable car il y a des mouvements ioniques, et notamment de potatium, plus précisément, il y a une baisse de la conductance potassique, si bien que la conductance est freinée, et le potentiel augmente.

Ensuite, quand le seuil est atteint, il y aura augmentation de la conductance sodique (Na), mais dans le cas particulier de nos cellules, il y aura aussi une augmentation de la conductance calcique, c’est une dépolarisation.

Cette adaptation cardiaque permet de comprendre la régulation de la rythmicité.

3. Régulation de la rythmicitéOn peut ralentir le cœur, (SUJET FACIL D’EXAMEN) en injectant une goutte d’acétylcholine, c’est une stimulation pneumogastrique parasympathique. Le ralentissement peut provoquer un arrêt cardiaque.On peut aussi augmenter la stimulation, ce qui risque aussi d’entrainer un arrêt cardiaque, car il échappe à l’activité du pneumogastrique, c’est le phénomène d’échappement.L’acétylcholine arrive dans le cœur au niveau des cellules sinusales. L’acétylcholine rétablit la conductance potassique sinusale.La pente de la partie due à gK+ est plus lente, le seuil est atteint plus tardivement.L’acétylcholine a 2 types de récepteurs, nicotiniques et muscariniques. Ici, les nicotiniques entrainent le ralentissement. Si l’on met trop d’acétylcholine, la pente disparaît, le seuil ne sera jamais atteint, c’est un arrêt cardiaque.L’acétylcholine peut être épuisé, les vésicules d’acétylcholine seront toutes consommées, ce qui induit l’échappement.Si le cœur s’arrête de se contracter, les vaisseaux coronaires ne seront plus alimentés, et le cœur peut alors mourir d’anoxie. On peut activer le cœur, en lui injectant de l’adrénaline. Il va alors accélérer sa fréquence. On peut aussi stimuler un nerf orthosympathique, pour accélérer le cœur, et c’est ici de la noradrénaline qui sera sécrétée, et accélèrera le cœur.Pour cela, l’adrénaline, premier messager, va se fixer sur un récepteur β adrénergique de la membrane, qui va s’activer, changer de conformation, et activer à son tour un ensemble de protéines qui lui sont accolées, les protéines G (globulaires), qui vont s’activer, et ainsi activer une enzyme à l’intérieur de la membrane, l’adénylate cyclase. Celle-ci a comme propriété de transformer l’ATP en AMPc, et l’AMPc, qui est le second messager, à l’intérieur de la cellule, va aller activer une autre protéine, une protéine kinase (PK) inactive, qui se transformera en active PKa, qui s’orientera vers la membrane plasmique par un canal, qu’elle va ouvrir par phosphorylation, et faire un transfert d’ions, de calcium et de sodium, ce qui va activer les cellules sinusales.Une possibilité de régulation, si on dort la nuit, on a moins de besoins.

4. Potentiel d’action des cellules ventriculaires

Pointe et plateau

On peut bloquer les canaux sodiques en utilisant la TTX (tetrodotoxine), qui va se poser sur les canaux sodiques et empêcher les ions sodium de passer. On arrive alors à supprimer la pointe.

En mettant du manganèse à la place du calcium, la pointe disparaît, cette pointe est due aux ions sodium, à la conductance sodique. En mettant du magnésium à la place du calcium, on s’aperçoit que le plateau disparaît, c’est donc le calcium qui est à l’origine du plateau.

B. Conductibilité1. Propagation de l’influx

Au départ du nœud sinusal, des fibres musculaires auriculaires vont jusqu’au nœud septal, et rejoignent le faisceau de His.Les fibres musculaires ont un diamètre de 10 µm, et la vitesse de propagation de l’influx est de 0,5 m.s-1, au départ. Le diamètre du faisceau de His est de 5 µm, la vitesse de propagation est réduite à 30 µm. Au niveau des fibres du réseau de Purkinje, le diamètre est de 30 µm, et la vitesse vaut 5 m.s-1.Les oreillettes vont se contracter au passage de cet influx. Quand il est ralenti, au niveau de faisceau de His, le ventricule a le temps de se remplir totalement. Si ça ne se passait pas comme ça, le ventricule se contracterait en même temps que l’oreillette, et le ventricule étant plus puissant, le remplissage ne se ferait pas.Ce retard est appelé retard Hissien.C’est la géométrie qui détermine se retard. Tout le trajet de l’influx, du début du réseau de Purkinje jusqu’à la fin de l’arborescence se fait en 80 ms.L’influx vient de l’apex, en direction de la partie supérieure, des vaisseaux sanguins, de l’artère pulmonaire, et donc le cœur se contracte dans ce même sens, de l’apex vers le haut.

Ainsi, la contraction chasse harmonieusement le sang vers les vaisseaux.2. Arrêt de la propagation

L’influx devrait communiquer une fois en haut du cœur. Le phénomène de rentrée de l’influx n’a pas lieu chez l’homme car il y a une période réfractaire, donc la fibre ne peut pas être ré initiée. Si l’on stimule pendant la période réfractaire relative, plus tard la stimulation sera faite, plus forte sera la contraction suivante. La contraction supplémentaire est appelée extrasystole.Il arrive physiologiquement que l’on ait une extrasystole, en général on ne sent pas le cœur battre, et quelques fois on nous fait peur, le cœur devient douloureux, et la douleur est due à une extrasystole physiologique. L’influx généré artificiellement, s’il tombe en période réfractaire relative, entraine l’extrasystole, qui provoque la douleur, et dérègle le système cardiaque. Il y a aussi des cas d’extrasystole pathologique.Dans le cas d’une rupture des fibres de His, le sujet décède. On aurait pu lire les activités électriques des nœuds, mais au nœud de His, la lecture est très difficile, et il faut aller mettre une sonde directement à coté de ce nœud.S’il ne fonctionne pas bien, la pathologie s’appelle « bloc ».Quelques fois, un allongement anormal du trajet se fait sentir, et l’influx peut arriver en période réfractaire.V. Régulation de l’activité cardiaqueRappel : Le système nerveux périphérique  (Voir schéma « innervation cardiaque »)Le système orthosympathique utilise la noradrénaline en dernier transmetteur, et l’acétylcholine est utilisée par le nerf pneumogastrique.L’ensemble des fibres nerveuses commence par les protoneurones, puis viennent les deutoneurones, etc.La matière grise se trouve sur l’extérieur de l’encéphale, et contient les corps cellulaires des neurones. En dessous, la matière blanche représente les axones de passage. On peut trouver des zones grises dans la matière blanche, que l’on appelle noyau.Il arrive que l’on ait des corps cellulaires et des cellules de Schwann, ils reçoivent des influx de l’extérieur, et ce regroupement est appelé ganglion.La matière grise périphérique est appelée cortex.

A. Régulation de la fréquence1. Innervation cardiaque

Dans le centre nerveux, il existe un centre cardio-inhibiteur, qui appartient au système parasympathique, et effectivement, les fibres de ce centre cardio-inhibiteur vont passer par le nerf pneumogastrique, qui est le nerf le plus représentatif du système parasympathique. Ce noyau se situe dans la région bulbaire, en dessous du 4ème ventricule de l’encéphale, dans le plancher.Un autre centre qui se trouve à coté, qui est cardio-accélérateur, situé plus bas, pratiquement dans la moelle épinière, envoie des fibres orthosympathiques en direction du cœur.

La voie parasympathique : les premiers neurones (protoneurones) qui vont quitter ce centre cardio-inhibiteur vont aller dans la cage thoracique, puis s’orienter vers l’artère aorte, et vont se ramifier énormément dans cette région, pour constituer ce qu’on appelle le plexus cardiaque, et de là vont renvoyer des fibres en direction du cœur par des relais ganglionnaires, qui font une synapse, et en partent en petits neurones (deutoneurones). Ces fibres, sont des neurones cholinergiques (à acétylcholine).L’autre voie, orthosympathique : les premiers neurones qui partent vont aller en direction des ganglions orthosympathiques, on les appelle pré-ganglionnaires, et ils vont y faire une synapse. Les deutoneurones sont des fibres post-ganglionnaires, qui vont aller en direction du cœur, et sont plus uniformément réparties que les fibres cholinergiques. Cette fois-ci, les fibres pré-ganglionnaires sont des fibres cholinergiques, alors que les post-ganglionnaires sont noradrénergiques.

2. RégulationPrenons un individu duquel on soupçonne certaines anomalies. On lui injecte un produit qui inhibe le système parasympathique, avec des substances appelées parasympatholytiques, qui ont la propriété de bloquer la neurotransmission, comme par exemple l’atropine. On mélange ce produit à un autre qui empêche la transmission orthosympathique. Ce sont des sympatholytiques, comme par exemple, on utilise le propranolol.On mesure alors l’électrocardiographie, et on en étudie l’évolution. On supprime en fait les 2 types d’innervation. Le cœur est donc livré à lui même, et la fréquence va monter au niveau de celle du nœud sinusal : 120. Quel est alors le but recherché dans cette exploration ? On cherche alors de montrer l’action du nœud sinusal.Cette expérience d’exploration fonctionnelle nous permet de constater que quand la personne vit normalement, la fréquence est ralentie par rapport à celle du nœud sinusal. Ce ralentissement ne peut venir que du système nerveux parasympathique, et en effet, en permanence, le nerf vague envoie des pulsations, c’est le frein vagal. Le nerf vague, c’est le nerf pneumogastrique (=X). Ce frein vagal est levé pour augmenter la fréquence cardiaque, et le volume de sang envoyé augmente aussi. Ce nerf X va déverser l’acétylcholine vers les cellules cardiaques, au niveau du nœud sinusal. L’acétylcholine atteint les récepteurs muscariniques, qui sont des systèmes à 2nd messager.

3. Rôle des hormonesLa noradrénaline active par ce système de 2nd messager. Une hormone très voisine, l’adrénaline, fabriquée par le système surrénalien, fonctionne comme son analogue. L’hormone thyroïdienne, la thyroxine, active le nœud sinusal, et augmente la fréquence cardiaque, une hyperthyroïdie va être tachycardisant (contraire : bradycardisant).

B. Régulation du volume de l’ondée systoliqueSi la fréquence est trop élevée, le remplissage cardiaque devient incomplet, et à ce moment, le gain en volume stagne voir diminue. Le retour veineux doit se faire, les veines doivent ramener le sang, ce retour veineux doit remplir les cavités.VI. ElectrocardiographieVoir TDLe cœur, de ce que nous avons vu, à un moment donné, se dépolarise par endroit, alors que l’autre partie ne se dépolarise pas, et reste polarisée. A tout moment, le cœur peut être assimilé à une masse avec un coté positif, et un négatif. C’est donc un dipôle. Ce dipôle n’est pas stable, et on sait le mesurer en surface, m’enregistrement constitue l’électrocardiogramme.

Chapitre 3 : Physiologie vasculaireI. Anatomie des vaisseauxCe système de liquide en vase clos n’a pas de système de citerne, il n’y a pas de réservoir, et donc les veines vont jouer indirectement ce rôle de réservoir, effectivement, dans les veines on trouve un volume de sang supérieur à ce qu’on trouve ailleurs, ce compartiment contient 60 à 70% du sang, d’où cette terminologie de compartiment capacitif. Le reste est dans les artères, environ à 10%. Les capillaires, petits mais nombreux, contiennent environ 5%. Le cœur en contient moins de 10%, et les poumons en contiennent environ 10% aussi.Le sang est sous pression dans ce système clos, et cette pression est due à la vascularisation, et notre but est d’essayer de voir ce phénomène sous pression.

A. Structure de la paroi vasculaireElle est organisée en couches, en tunique, voir en chemise. La tunique la plus interne est appelée tunica intima et est constituée de cellules endothéliales. La jonction cellulaire est perméable aux petites molécules. A une exception près, dans le cerveau, cette fonction est serrée, est imperméable. Cette organisation tapisse tout le système vasculaire, même dans l’endothélium cardiaque.Dans les veines, il existe des valvules anti-retour.La tunique moyenne, la média, est musculaire, il y a en tout cas beaucoup de fibres musculaire, accompagnées de fibres conjonctives élastiques, et il y a possibilité de faire varier le diamètre.Dans certains vaisseaux, il y a moins de fibres musculaires, mais plus de fibres élastiques, ce qui va permettre plus d’élasticité des vaisseaux.Dans les artérioles, il n’y a qu’une seule couche de fibres musculaires.Les capillaires n’ont qu’une seule couche de cellules musculaires, et au début du capillaire, la couche musculaire s’estompe, s’enroule sur elle-même, et forme un anneau, tout autour de ce capillaire. Ces anneaux peuvent se contracter et se relâcher, pour fermer ou ouvrir le capillaire. Ces anneaux sont appelés sphincter.La tunica adventitia (ou adventis) est une couche essentiellement élastique, car constituée de conjonctif et de collagène, et elle est particulièrement développée dans les veines, et surtout dans les grosses veines, ce qui apparaît en bleu sur les veines.

B. Propriétés de la paroi vasculaireLe cœur va fonctionner comme une pompe, qui fonctionne de façon discontinue, c’est uniquement pendant les systoles que le sang passe dans le cœur. C’est une pompe pulsative, par à-coups. Elle envoie le sans dans les artères, pulmonaires essentiellement, et un peu plus loin, ces artères se resserrent pour donner naissance à des artères moyennes, puis à des artérioles, qui va continuer par le système veineux, et revenir au cœur.On peut schématiser ce réseau qui est connecté à l’appareil cardiaque.Le sang ne devrait alors se déplacer que par à-coups, mais quand on arrive au bout des artérioles, la circulation est quasiment continue. Pour comprendre ce phénomène, un chercheur, M. Marey, a pris un flacon en verre avec une tubulure latérale, et cette tubulure est branchée sur deux tuyaux en verre, auxquels il connecte des manchons parfaitement calibrés qui serviront de robinet. A la suite de ces 2 tuyaux, il met un tube en verre pour l’un, et un tube en caoutchouc pour l’autre. Au final, il met un débitmètre pour mesurer les débits qui sortent.On se rend alors compte que le débit du tuyau de verre est relativement fidèle au débit initial, la circulation reste pulsatile. Au tuyau en caoutchouc, le liquide qui sort le fait pratiquement en continu, le débit est constant, il n’y a plus de pulsations.C’est donc la paroi élastique qui a permis de convertir la circulation pulsatile en circulation continue, et ce phénomène est appelé impédance. On peut donc considérer que c’est la paroi des vaisseaux sanguins qui permet de convertir ces pulsations en débit continu.Avec l’âge, la paroi devient scléreuse, elle est de moins en moins souple, et donc les pulsations seront moins absorbées. Cette diminution peut mener à une rupture d’anévrisme.

II. HémodynamiqueC’est la dynamique du sang dans les vaisseaux. Le sang est hétérogène, c’est un liquide pseudo-plastique. Ce liquide peut circuler parce que les liquides ont de l’énergie. On peut donc calculer l’énergie globale du sang, E, qui est due à plusieurs choses.On sait que le sang est propulsé par le cœur, cette propulsion est appelée P. Une deuxième forme d’énergie, dite potentielle, est due à la pression atmosphérique, dans le cas d’une position verticale, et est due à la masse et à la gravité. La poussée, administrée, est la poussée cinétique, qui vaut ½ ρ.v2

E = P + ρ.g.h + ½ ρ.v2

Le sang circule dans les tuyaux sous une forme relativement harmonieuse, ce type de circulation est dit pas lames, différentes lames circulent dans les tuyaux, les unes sur les autres, la lame la plus externe va frotter sur la paroi du tuyau et est donc soumise à un freinage. La seconde est freinée par la première, et donc un peu moins, et ainsi de suite, si bien que la vitesse du milieu est maximale (Vmax), c’est une circulation laminaire, par lames concentriques à l’intérieur du tuyau.Vmax = (P.r2)/(4.η)Vx est la vitesse d’une lame quelconque :Vx = Vmax . (1-(X2/r2) X = distance entre la lame du milieu et la lame dont on calcule la vitesse.Si l’on considère un tuyau quelconque, on peut exercer une pression à l’extérieur, le liquide suivra le gradient de pression, il circulera de la plus forte pression vers la plus faible. La différence de pression (ΔP) dépendra du débit (Q), de la longueur (L), du rayon (r), et de la viscosité (η). Poiseuille a donc déterminé la relation suivante :ΔP = Q . ((8.L)/(π.r4)) . ηP = Q . R = Vs . F R = résistanceQ, c’est l’ondée systolique, aussi notée Vs.P subit des variations :

Onde 1er ordre : due au cœur3ème ordre : origine vaso-motriceOn définie la 1ère pression moyenne = Pm = Pmax + 2x PminiPression pulsative = différence entre Pmax et PminiIII. Circulation artérielle

A. PropriétésB. Mesure de la pression artérielle

1. Méthode directeLudwig a introduit un cathéter, tuyau. Le sang arrive par la canule, ici c’est du mercure. Il est parti d’un baromètre. Ce système est un kymographe. C’est un excellent système de mesure directe. Il est utilisé dans les salles d’opérations, et est indépendant de l’électricité.Cependant, il est encombrant, alors on a réfléchi à d’autres modèles.

Systèmes d’enregistrements de la pression artérielleOn utilise par exemple un condensateur comme capteur de pression. On a 2 plaques, l’une épaisse et immobile, l’autre fine et mobile en fonction de la pression. La distance entre les 2 plaques va changer avec la pression du liquide, et ce dispositif capte la pression. Il est moins encombrant, mais c’est tout de même un capteur moins fidèle.On peut aussi utiliser des jauges de contrainte. Des matériaux sont contenus dans un système, sur lequel on applique une pression. Avec la pression, les matériaux émettent des électrons, ce qu’on pourra mesurer.On peut encore utiliser des capteurs qui sont des sortes de transistor, ce sont des éléments à 3 électrodes dans un boitier. Il suffit d’appliquer un courant sur une des électrodes, qui sera amplifié par les 2 autres. Cependant, notre transistor a une modulation de la base qui ne se fait pas électriquement, mais par la pression sanguine. On va alors l’amplifier, puis le numériser. C’est ce modèle qu’on utilise en TP.

2. Méthode indirecteLe sphygmomanomètre mesure la pression grâce à un dispositif : un brassard. On fait varier la pression artificiellement dans ce brassard. On le relie à un système barométrique classique ou à aiguilles. Il y a une poire pour faire varier la pression. Un dispositif d’écoute, comme un stéthoscope, permet d’écouter ce qu’il se passe dans le système sanguin. Dans un premier temps, on augmente la pression dans le brassard, jusqu’à ce que la pression à l’intérieur du brassard soit nettement au dessus de celle qui règne dans le vaisseau sanguin. Ensuite, on se met en aval, et on essaie d’écouter ce qu’il se passe dans le vaisseau sanguin. Au début, on n’entend rien, car la pression a bloqué le flux. Ensuite, on diminue graduellement la pression, jusqu’à entendre un petit bruit. On est alors légèrement en dessous de la pression systolique, qui provoque un jet de sang, que l’on va entendre. On note alors la valeur du manomètre, en cm Hg. On obtient alors par exemple 14. Ensuite, on relache encore continuellement la diminution de la pression, on l’entend de plus en plus fort, et ensuite il va de nouveau s’atténuer, et disparaître. C’est ici que l’on note la pression diastolique. On obtient par exemple 8.Le bruit a disparu quand la circulation revient en régime laminaire.C’est la technique la plus utilisée, elle est relativement correcte, mais n’est pas utile dans le cas d’un suivi.

C. Le pouls

Notion de poulsLe pouls est constitué par la propagation dans la paroi de sa déformation, c’est un reflet des à-coups donnés par le cœur, par les ondées systoliques, du rythme mais aussi de la force des ondées. On parle des à-coups de la paroi, pas du liquide. La propagation du sang se fait à 5 m.s-1, alors que le sang circule à 0,5 m.s-1. Ca n’a donc rien à voir avec le liquide qui passe, d’où la fidélité par rapport au cœur.

D. Régulation de la pression artérielleC’est l’adaptation de la fonction aux besoins de l’organisme.

1. Facteurs régulant la pression artérielleP = Q x R Q = débit R = résistance périphériqueQ = Vs x F Vs = retour veineux de la fréquence cardiaque F = fréquence cardiaqueLe rayon influe sur R. La viscosité, si elle augmente, augmente la résistance périphérique. L’hématopoïèse (synthèse de globules rouges) influe aussi sur R, en influant sur le nombre de cellules. Dans le cas d’une anémie, la pression va baisser, en général on s’en rend compte à temps donc on essaie d’y palier. La polycytémie (sportif qui se dope) influe aussi.Une hormone particulière, découverte après les années 80, et fabriquée par le cœur lui-même, et notamment par les oreillettes, la FNA (facteur natriurétique auriculaire) = FNO = ANF = auriculine, est une hormone polypeptide fabriquée par les cellules musculaires, une prohormone native, qui fait 110 acides aminés, et va être clivée pour libérer 30 acides aminés, qui constitueront cette ANF. On verra alors le début du néphron, avec la capsule de Bowman, dans laquelle va arriver une artère afférente, et partir une artère efférente, formant ainsi la glomérule de Malpighi, dans laquelle se forme l’urine primaire.Cette ANF a une propriété d’augmentation de diamètre de l’artère afférente. La pression sanguine augmente alors, du liquide sort, l’urine primaire est formée, et au final cette hormone va éliminer beaucoup d’eau dans les urines, ainsi que du sodium, d’où le terme de facteur natri-urétique.Au final, l’organisme perd une partie de son liquide dans les reins, d’où cette puissante propriété de baisse de pression, c’est une hypotension.

2. Mécanisme nerveux de la régulation de la pression artériellea) Centre vasomoteur

Le premier chercheur a stimulé la région du 4ème ventricule, ce qui est dangereux. On peut aujourd’hui faire une stimulation métabolique, en bloquant la circulation d’O2, provoquant ainsi un mécanisme anaérobie, qui va stimuler la région. La pression artérielle monte brutalement avec la stimulation électrique, alors qu’elle monte progressivement avec la stimulation métabolique.Il dépose de la cocaïne sur cette région, pour bloquer l’influx, pour provoquer une insensibilisation, c’est une anesthésie tronculaire. Il note alors une hypotension. Il a alors prouvé qu’il existe dans cette région un centre vasomoteur, qui régule la pression. Ce centre

est appelé CVM. Ce centre va être connecté à la périphérie, les voies efférentes, dans un premier lieu, les protoneurones de la voie nerveuse quitte ce centre et descend le long de la moelle épinière, et vont s’arrêter à plusieurs étages.

b) Voies efférentes et tonus vasomoteurCes protoneurones vont faire des relais, des synapses noradrénergiques vers les deutoneurones, qui vont quitter la moelle dans la région des ganglions.

3ème niveau de neurones quitte le gel orthosympathique et vont dans la paroi des vaisseaux sanguins dans les artères musculaires. Ils utilisent la noradrénaline, par les synapses noradrénergiques.Le pneumogastrique (parasympathique) vont aussi en direction des vaisseaux sanguins et utilisent l’acétylcholine.A l’état de repos, le centre vasomoteur est doué d’une activité permanente, il va envoyer des PA avec une fréquence donnée, via la voir orthosympathique, en direction des vaisseaux. Celui-ci a la propriété de faire contracter les vaisseaux sanguins, qui seront en permanence à un certain niveau de contraction, que l’on appelle tonus vasomoteur. Ceci permet de rester assis, par exemple. Ca permet de perfuser les cellules.

c) Voies afférentes et régulation de la pression artérielleL’organisme a déposé en plusieurs endroits des détecteurs. La carotide, ramification du cœur qui va vers la tête, ramifiée en carotide primitive, qui se sépare en 2 parties, et la carotide externe. Dans cette région, on va trouver des cellules musculaires sensibles à la pression, en fait, comme ils détectent la pression, on les appelle barorécepteurs, et de leur situation, une partie est un peu enflée. Quand un vaisseau est un peu dilaté, on appelle cela un sinus, ici c’est le sinus carotidien, situé à la base de l’artère carotidienne interne.Sur la crosse aortique, des fibres musculaires peuvent détecter la pression aussi, et l’ensemble de ces barorécepteurs, sont reliés au système nerveux, et on remarque ici que dans la zone des barorécepteurs, un petit organe, le glomus carotidien, est un récepteur chimique, chémorécepteur.

Régulation nerveuse de la pression artérielle

Le raccordement de ces récepteurs, au niveau de l’aorte, comme le nerf de Ludwig-Cyon, quitte la crosse aortique, s’oriente vers le SN. Les nerfs de Héring affèrent aussi au SN. Ces nerfs n’arrivent pas directement dans les nerfs vasomoteurs, ils arrivent au noyau du faisceau solitaire, comme centre relai, et partant de ce centre, ils seront connectés à une autre série de neurones qui iront vers le centre vasomoteur.Ces influx sont aussi repris dans ce centre par cette 2ème série de neurones courts vers le système bulbaire, vers le centre cardio-inhibiteur.S’il y a une pression élevée dans l’aorte, les barorécepteurs, qui sont des fibres, se distendent sous l’effet de la pression, grâce à leur élasticité, et vont générer des influx nerveux, qui seront transportés au niveau du noyau du faisceau solitaire, ou les influx seront repris par les 2ème neurones, inhibiteurs, qui inhibent le centre vasomoteur. Cependant, celui-ci fonctionne en permanence, et donc ils vont baisser d’activité, ne pourront plus envoyer leur impulsion, et iront au niveau des vaisseaux, et notamment de l’aorte.Ces nerfs du nerf de Héring sont stimulés, et au final, ils freinent l’activité du centre vasomoteur d’où ce nom de nerfs frénateurs, parce qu’ils freinent pour provoquer une vasodilatation.Le 2ème réseau de neurone est composé de nerfs activateurs, qui vont activer les noyaux du vague, activer le nerf X et aller en direction du cœur. Le nerf X inhibe l’activité cardiaque parallèlement. Donc en même temps que la vasodilatation se produit une cardio-inhibition, les 2 phénomènes vont contribuer à une baisse de la pression artérielle, d’où une réponse cardiaque et vasculaire pour maintenir la pression.Dans la réponse globale, la vasodilatation compte pour 2/3, et la cardio-inhibition compte pour 1/3.

d) Effets des centres nerveux supérieursC’est dans la région bulbo-protubérantielle, que se fait la régulation. Cependant, dans le centre hypothalamus, il y a possibilité d’influencer la pression artérielle, essentiellement dans sa fonction de régulation de la température corporelle. Le cervelet aussi mais de façon plus lente peut influencer la pression artérielle, dans la posture de l’individu, pour que le sang arrive dans les organes, en influant sur la position.La zone corticale : il existe une possibilité de connexion de ces centres sur le système vasculaire, qui est un système dangereux, il court-circuite les fibres qui quittent le cortex, qui s’orientent directement non pas sur le système vaso-moteur, mais dans des cibles. Leur fonction est d’inhiber le tonus vasomoteur. Une vasodilatation brusque se fait, l’individu chute, perte de connaissance.

e) Autres effetsLa température modifie la pression artérielle de façon complexe, ces mécanismes de régulation de la température sont complexes. Les hormones, comme la noradrénaline, ou l’adrénaline, vont agir à plusieurs niveaux, sur le cœur (rôle sur U), sur les vaisseaux sanguins. On agit sur R, les diamètres des vaisseaux diminuent.La vasopressine est une hormone, aussi appelée ADH, qui agit sur le facteur Q (antidiurétique), elle empêche la formation d’urine, et augmente la pression.Le CO2, quand sa concentration est élevée, agit sur les centres de la pression, pas tant sur le centre vasomoteur, mais via les chémorécepteurs, il va augmenter la pression artérielle.

E. Circulation capillaire – Equilibre de StarlingLes capillaires sont des tout petits vaisseaux, de l’ordre de 10 microns. Il y a quelques fois communication directe entre artériole et veinule, ce système de pontage est appelé anastomose artérioveineuse, puis quelques fois, un autre lien, beaucoup plus important, qui a quasiment la même taille que les artères ou veinules environnantes est appelé la méta-artériole.

Unité capillaireOn va simplifier cette forme, en un schéma plus simple.

La pression dans les artérioles, du coté du sphincter, la pression est de l’ordre de 25 mm Hg, pression faible, néanmoins cette pression est suffisante, compte tenu de la paroi réduite à l’endothélium, pour faire sortir du plasma à réception des protéines, sous la pression hydrostatique. La pression osmotique importante qui est due aux protéines, l’eau entre dans les capillaires (cette pression osmotique attire les liquides).La force oncotique, dans un sens opposé, ne permet à la pression hydrostatique de ne faire sortir que 3 mL/min pour 15, puisque 12 rentrent. La lymphe risque alors de récupérer tout le plasma, si le système restait dans cet état.Cependant, cette lymphe est récupérée par d’autres capillaires, dits aveugles (puisque l’extrémité est fermé), situés du coté de la veine, et qui vont aspirer cette lymphe, par ventouse. Ces capillaires lymphatiques se regroupent alors en vaisseaux lymphatiques, pour le ramener à la circulation sanguine. Au passage, il y a des réservoirs, à certains endroits, comme la citerne de Pecquet, duquel part le système lymphatique, pour aller à la veine sous-clavière, pour retourner au cœur via les veines cardes. Au final, ce liquide excédentaire retourne au circuit général.

Circulation lymphatique (a)

F. Circulation veineuseC’est le réseau qui va amener le sang au cœur. Il y a un ensemble de mécanismes qui vont permettre la circulation, le premier est lié à la pression, il obéit à la loi de Poiseuille. Si l’on mesure la pression dans l’oreillette droite, elle est faible, et quelques fois négatives. Le sang va circuler dans ses veines conformément au gradient de pression. C’est un mécanisme vis a tergo. Ce retour veineux, par ce mécanisme est insuffisant. Il sera assisté.L’un des mécanismes qui aident est l’assistance de la musculature, le muscle écrase la veine, et dans ce cas, de par la position de la valvule, la seule issue se fera dans le sens du cœur.

Circulation veineuseMême logique pour des veines homologues, les veines et artères homologues sont soumises à une vaso-tonicité, et aident la circulation dans le sens du cœur.Le corps de l’organisme peut aussi être concerné, le cœur lui-même est dans une cage rigide, la cage thoracique, bien fermée, et ce qu’il se produit, c’est que dans cette cage se produit une baisse de la pression. Dans un système relativement souple, la création d’une dépression en haut entraine la montée du liquide par aspiration. Ceci aide le sang à remonter.Il arrive qu’à l’intérieur des vaisseaux sanguins, la paroi soit modifiée, les fibres de collagène (le sous-endothélium) commence à mal fonctionner, à pousser l’endothélium, à réduire le diamètre, et au fil du temps, ces plaques dites d’athérome vont se développer, le facteur R est alors diminué de façon notable, la pression va augmenter, et constituer une hyper-tension, maladie très répandue, cause d’une mortalité élevée, dans le cas d’un blocage du vaisseau. Contrairement à l’hypoxie due aux trous dans les vaisseaux, nous sommes alors en anoxie, ce qui entraine une nécrose et finit par un infarctus, qui peut constituer des organes. Le premier est représenté par les vaisseaux coronaires (infarctus du myocarde). Le cerveau a des zones aussi, c’est un infarctus cérébral. Dans le cas des défauts variés, si le vaisseau fait une hernie (renflement), la pression augmente. Ce système permet une vie normale, mais dans le cas d’un anévrisme, l’hernie casse, le sang arrive aux neurones, mort des neurones.

Chapitre 4 : Physiologie de la respirationI. Lois physiquesLes échanges par diffusion sont insuffisants pour alimenter toutes les cellules. Donc pour étudier l’apport d’oxygènes, la loi de Phy s’applique, le flux d’un produit quelconques vaut (–D.S.(C1 – C2))/XF = (-dQ/dt) x ((-D.S.(C1 – C2))/X)C1 = (A.r2)/6K A = consommation en oxygène r = rayon de l’organisme

K = dérivé du coefficient de diffusionK = α.D

En principe, compte tenu de ces grands rayons, il est difficile de faire les échanges des cellules profondes. Les cellules se débrouillent alors pour que ces échanges soient facilités, X est diminué, et (C1 – C2) est augmenté, la surface est augmentée. Le flux devient alors important, les gaz vont diffuser.II. Mécanique ventilatoire

A. Structure de l’appareil respiratoire

Les divisions des bronches souchesChez le mammifère, l’appareil respiratoire est divisé en distinguant les voies respiratoires des poumons.Les voies respiratoires commencent par les fausses nasales, fausses très accidentées, avec un cornet. A l’intérieur, un mucus est produit par les cellules épithéliales, il sert à coller les particules qui tentent de rentrer, système de protection. Des cils bloquent les grosses particules qui tentent d’entrer. Il y a là les cellules sensorielles de l’appareil olfactif. Ces cavités sont reliées à des canaux, sinus, qui vont jusqu’aux cavités de l’os crânien, d’où ce problème de germes qui passent et provoquent les sinusites. A la suite, le pharynx, est une région plus qu’un organe, le bol alimentaire et l’air se croisent ici. Derrière cette zone, le larynx est un assemblage de 3 cartilages supperposés. Le premier, le cartilage épiglottique est le plus gros. Ensuite, le cartilage thyroïdien vient, et le dernier, en relation avec la suite est le cartilage cricoïde. C’est le cartilage thyroïdien qui forme la pomme d’Adam. A l’intérieur de ce larynx, les cordes vocales sont des sortes de cordes, éléments allongés, associés à des muscles. Ces 2 resserrements peuvent avoir un diamètre modifié par les muscles tenseurs et constricteurs. C’est ainsi que l’on peut émettre les sons, avec l’aide du diaphragme, qui forme une sorte de boite de résonnance. On parle ici de tension est de ?. Le son peut être modifié par le mucus.Ensuite viennent la trachée et les bronches. La trachée est constituée de 16 à 20 anneaux cartilagineux, si l’on faisait une coupe de ces cartilages, on obtiendrait une forme de ce type :

Les bronches primitives pénètrent dans les poumons, et à l’entrée, le hile du poumon, les bronches vont se diviser. Dans l’espèce humaine, il y a 2 branches d’un coté et 3 de l’autre. Le poumon droit est subdivisé en 3 ramifications, alors que le gauche n’en a que 2. A l’endroit où vont pénétrer ces bronches, artères et veines pulmonaires, vaisseaux lymphatiques et nerfs pénètrent aussi. Tout ce bloc de tuyaux et de nerfs forme le pied du poumon, aussi appelé pédicule pulmonaire.Dans l’espèce humaine, le poumon droit est plus volumineux que le gauche, des seissures (séparations) forment les 3 lobes pulmonaires. De l’autre coté, il n’y a qu’une seissure.Le poumon est bien protégé, bien enveloppé par les plèvres, ce sont 2 couches, l’une solidaire des poumons, la plèvre viscérale, la 2ème, solidaire de la paroi du thorax est la plèvre pariétale. Cette paroi tapisse aussi le médiastin (enveloppe du cœur). Ces 2 enveloppes sont bien solidaires l’une de l’autre, car il y a un vide entre les 2, pas d’air, si bien que ces 2 feuillets collent l’un a l’autre grâce à ce vide pleural. Entre les 2, un film liquide, le liquide pleural, permet le coulissement de ces 2 plèvres. Il ne faut pas que de l’air entre, c’est mortel.Si l’on regarde le tissu pulmonaire, on constate que les lobes eux-mêmes sont constitués de segments, chaque segment lui même est subdivisé en lobules pulmonaires, qui sont à la base organisés en grappes. Ce sont les alvéoles.

Alvéoles pulmonairesCette subdivision est continuée par les bronches, les bronches lobaires (dans les lobes) se continuent par les bronches segmentaires (dans les segments), qui vont se poursuivre par les bronches lobulaires (dans les lobules), et enfin dans les alvéoles. Ca va être la même chose pour les vaisseaux sanguins au niveau de la subdivision, à l’intérieur, on parlera d’artères ou de veines lobaires, segmentaires, lobulaires et alvéolaires.On parle alors de parallélisme d’organisation, mais il n’est pas parfait, car au sommet du lobule, une petite distorsion se fait, le réseau artériel continue à l’intérieur du lobule, alors que la veine lobulaire change de direction, se ramifie, et passe à l’extérieur du lobule.

Les unités capillaires doivent alors traverser l’épaisseur de la paroi, cette paroi des alvéoles est remplie, dense en capillaires, qui vont relier artères et veinules.Si l’on regarde le tissu en lui-même, c’est un tissus spongieux et élastique, et l’alvéole, structure de base, est répétée. Elle est entourée d’un dense réseau capillaire. Ce capillaire, a une partie proéminente, le noyau, les cellules étant aplaties, et formant le pneumoxyte I. Le pneumocyte II est constitué de cellules plus arrondies, elles sécrètent un agent tensio-actif appelé le surfactant, constitue un film liquide à la surface des poumons.

Les phagocytes, cellules à fonction phagocytaire, détruisent les cellules qui ont réussi à pénétrer jusqu’à ce niveau. Ces phagocytes vont les dégrader, les éliminer, jusqu’à la surface pulmonaire. Dans les structures des fibroblastes, ils vont élaborer les fibres conjonctives et élastiques, à l’origine de l’élasticité et du caractère spongieux. La paroi alvéolaire sera perforée par les capillaires. Cette paroi alvéolaire est cavitaire, le sang capillaire est séparé de l’air alvéolaire par les cellules endothéliales, et par le pneumocyte. Ce sont 2 épaisseurs de cellules très plates. Ainsi, notre paramètre X est réduit à ces 2 épaisseurs. Ces 2 couches forment la paroi respiratoire, qui fait 0,2 à 0,4 microns.Si l’on compte le nombre d’alvéoles, on arrive à 300 000 000 d’alvéoles, et leur surface au repos représenterait 70 m2, et 90 m2 à l’exercice. Le paramètre S est gigantesque comparé à la taille de l’individu, et de l’organe.On a ainsi réglé 2 paramètres de notre équation.

B. Modifications de volumeL’appareil respiratoire est tributaire d’organes annexes. Par exemple, la cage thoracique et les muscles respiratoires ne font pas partie des poumons. La cage thoracique, constituée des vertèbres, du sternum et des cotes, et représente la partie osseuse. Les muscles respiratoires sont le diaphragme (lame musculaire = muscles très plats), et ferment complètement la partie inférieure de la cage thoracique.

Cette lame est innervée par un nerf, le nerf phrénique. C’est le muscle respiratoire principal, opposés aux muscles respiratoires accessoires, comme les muscles scalaines, les muscles intercostaux, les surcostaux, qui relient les cotes aux vertèbres.

Mécanique respiratoire :

Elle se divise en 2 types :- La respiration normale, inconsciente, se fait en 2 phases. La première est l’inspiration,

le diaphragme (muscle plat est incurvé) se contracte, se redresse, de sa position incurvée il se contracte et baisse de niveau, la hauteur de la cage augmente. Les muscles accessoires se contractent aussi, les muscles scalaines soulèvent le haut des cotes, les muscles intercostaux et surcostaux se contractent et soulèvent les cotes. La dimension de la cage augmente encore. Le volume de la cage augmente. En augmentant il entraine avec lui la plèvre externe, pariétale, solidaire de la cage thoracique, or, un vide pleural, entre les 2, entraine la plèvre interne. Or le poumon est élastique et spongieux, cette plèvre interne solidaire tire ce tissu et augmente son volume. Une dépression est formée, l’air externe pénètre dans les poumons. L’expiration normale se fait par relâchement de tous les muscles, l’air ressort (même volume).

- La respiration forcée, ou volontaire, se fait aussi en 2 phases. L’inspiration normale suit le même mécanisme, mais d’autres muscles amplifient ce mouvement. Par exemple, les sterno-cléïdo-mastoïdiens, les pectoraux, amplifient la respiration et la prise de volume.

L’expiration forcée utilise tous ces muscles, mais en plus une partie active entre en jeu. Les muscles abdominaux diminuent la taille de la cage thoracique, H devient plus petit. Les muscles comme le petit dentelé rabattent d’avantage les cotes.C. Modification de pression

Pendant une inspiration, il se crée une surpression de -3 mm Hg, et pendant une expiration, une surpression intra alvéolaire de +3 mm Hg. Si l’on crée une dépression, la logique voudrait que les parois se collent. C’est ce qu’il se passe dans le cas d’un collapsus. Cependant, l’agent surfactant empêche se collapsus respiratoire, c’est la lécithine.Quand la paroi devient plus petite, le nombre de phospholipides ne change pas, mais la densité augmente, donc sa force de tesio-activité augmente au bon moment, au moment où il y a risque de collapsus.Dans les plèvres, si l’on met une sonde ou un baromètre, on mesure une pression. Durant les phases inspiratoires, on enregistre une dépression de -9 mm Hg, et pendant les phases expiratoires, la pression intra-pleurale est de -4 mm Hg. Quelque soit la phase respiratoire, en permanence, le poumon veut revenir à son volume initial. Si de l’air s’introduit dans cette cage, c’est un pneumothorax, on casse ce vide qui tire en permanence sur les poumons, l’éponge se rétrécit, revient à sa forme la plus rétrécie. Ce vide étale ces poumons.

D. Volumes et capacités respiratoiresP = 2.T/rChez l’homme standard, le volume courant (Vc ou Vt = volume tidal) est de 500 mL, 300 imputés au diaphragme, 200 aux autres muscles. Ce chiffre est le même chez la femme. A l’expiration, ce volume est le même.Le volume de réserve inspiratoire (Vri) est le volume inspiré lors d’une inspiration forcée, ce volume inspiratoire fait 3,3 L chez l’homme, et 1,9 L chez la femme. Cette différence vient de la musculature, qui est moins forte chez la femme. Le volume de réserve expiratoire (Vre) est expiré pendant l’expiration forcée, est d’1 L chez l’homme, et 0,7, chez la femme standard. A partir de là, on détermine la capacité respiratoire, qui est la somme de tous ces volumes (Vc, Vri et Vre), qui est de 4,8 L chez l’homme est de 3,1 L chez la femme.L’ensemble de ces volumes est mesurable par un spiromètre.Le volume résiduel reste dans les poumons après une respiration forcée. Ce volume ne peut pas être mesuré par le spiromètre. Il faut alors modifier le dispositif de mesure, dans un premier temps on fait expirer l’individu, de manière à ce qu’il ne reste que ce volume résiduel (Vr), et on change alors le masque, et on fait respirer de l’oxygène pur au sujet. Le but de cette démarche est de récupérer l’azote résiduel, et on pourra ainsi mesurer le volume d’air.

Le volume mort est le volume d’air resté dans les régions où il n’y a pas eu d’échanges de gaz avec le sang, c’est le volume correspondant à l’espace inactif, où il n’y a pas d’échanges de gaz. Si ce volume devient trop peu important, le sujet manquera d’air. Ce sont les bronches et les alvéoles qui n’ont pas été en contact avec la membrane expiratoire. Son calcul est difficile, d’autant plus que l’on a du mal à le délimiter géographiquement. Pour le mesurer indirectement, on s’oriente vers le CO2. En effet, en assimilant le poumon à une bouteille. On cherche le taux de CO2 dans la totalité des poumons, volume mort compris. On cherche alors le taux de CO2 dans le volume courant. Si dans l’air il y a 4% de CO2, on peut déterminer le volume courant.

E. Composition de l’air atmosphérique et de l’air alvéolaireDans l’air atmosphérique, l’air propre, l’oxygène occupe 20,93%, l’azote représente presque 80%, et le CO2 est résiduel, environ 0,03%. Si l’on mesure l’air alvéolaire, il a été utilisé, et ne contient plus que 14% d’oxygène, 5,6% de CO2, et 80% d’azote.Dans le sang artériel, pour 100 mL de sang, on trouve 20 mL d’oxygène, 49 mL de CO2, et presque pas d’azote (1 ml à peu près). Dans le sang veineux, pour 100 mL de sang, on trouve 15 mL d’oxygène, 53 à 55 mL de CO2, et toujours presque pas d’azote (1 ml à peu près).De part et d’autre de l’alvéole, il y a une différence énorme, assez élevée.III. Transport des gazLa technique de Van Slyke permet de mesurer le pouvoir oxyphorique (porte l’oxygène) du sang, et permet d’obtenir ces valeurs. On va pour cela suivre le trajet de l’air des poumons. L’air frais entre dans les poumons, se répartit au niveau de la membrane respiratoire, et cette membrane va servir de zone d’échange de gaz avec le sang, sur cette surface très développée.

A. Transport de l’oxygèneL’oxygène va diffuser suivant son gradient de concentration, il va diffuser du milieu alvéolaire au milieu sanguin, où il va suivre plusieurs voies. Une première est la dissolution dans le plasma sanguin. L’oxygène est un gaz peu soluble, il n’y a que 0,3 mL dissous dans 100 mL. Une 2ème partie sera unie à l’hémoglobine et représente 19,5 mL. L’ensemble est assimilé à 20 mL, et constitue la capacité en oxygène, le volume global en oxygène que le sang est capable de transporter. De là, on peut sortir d’autres relations, on parle de pouvoir oxyphorique, on rapport la quantité d’oxygène par gramme d’hémoglobine. Chez l’homme, il y a 16 g d’hémoglobine pour 100mL de sang, on obtient 1,3 mL/g d’hémoglobine dans le sang.Dans la configuration que l’on a vue, lorsque l’hémoglobine n’est pas associée à l’oxygène, le fer de l’air est un fer pentavalent, et son diamètre est relativement important. Le plan de l’hème :

Hb T Hb tendue.L’oxygène va échanger 1 électron avec le fer qui devient héxavalent, son diamètre devient plus petit : il peut s’innerver dans le plan de l’hème :

Il y a alors éjection d’un proton dans ce réarrangement moléculaire. 2,3-Diphosphoglycérate.Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine

Si l’on augmente la pression partielle en oxygène et qu’on mesure la quantité d’oxyhémoglobine (HbO), on peut tracer une courbe :

Courbe sigmoïde.L’hémoglobine est un tétramère, la première molécule d’oxygène associée, compte tenu de la structure de l’hémoglobine, a beaucoup de mal à s’associer, car l’accès au fer est difficile, car des résidus d’acides aminés se déposent sur la poche de l’hème. Le fait que la molécule change d’état, passe d’un état tense à un état relax va modifier la conformation des autres sous-unités, les accès sont plus faciles.Le K2 est très faible derrière K1, car le fer est beaucoup plus accessible. C’est un effet allostérique, la première molécule qui a agit a favorisé l’effet des molécules suivantes. Dès 25 mm Hg, la moitié de la saturation est faite, l’hémoglobine est saturée assez facilement. Dans l’autre sens, tout l’oxygène de l’oxyhémoglobine est-il utilisé ?

On introduit la notion de coefficient d’utilisation, c’est la proportion (ou pourcentage) d’oxygène récupéré par les cellules quand l’hémoglobine passe à proximité. La moyenne est de 22% d’oxygène cédé aux cellules. Le reste refait un cycle.Cependant, certains tissus sont plus gourmands en oxygène, certains tissus consomment jusqu’à 62% de cette hémoglobine, c’est le cerveau. Dans le foie au repos, on descend à des valeurs de 15%. La courbe sigmoïde est sujette à des variations de différents ordres.Hb + O2 HbO2 + H+ + 2-3DPGCette réaction d’équilibre expulse un proton Bohr. Si l’on respecte les lois des échanges chimiques, et que l’on pose l’hypothèse que dans le milieu on est en excès de H+, c’est logiquement le sens de la dissociation qui va être favorisé, la réaction ira dans le sens . Ce sont les ions H+ qui font l’acidité, et donc dans les milieux acides, il y aura un déplacement de la courbe vers la droite.

Le CO2 ambiant, en concentration plus élevée que la normale entraine aussi un déplacement vers la droite, pour 2 raisons :

- Le CO2 produit lui aussi des ions H+ par des produits d’hydrogénocarbonates- Par association avec la partie globulaire de l’hémoglobine, le CO2 forme des composés

carbaminés, qui ont moins d’affinité pour l’oxygène.Donc au niveau tissulaire, et cellulaire, il y a un arsenal qui favorise la libération d’oxygène.Quand il y aura beaucoup de 2-3DPG, de même, on ira dans le sens . C’est la même logique. On rajoute que chez la personne âgée, pour illustrer ce phénomène, l’enzyme à l’origine de la formation de ce 2-3DPG, la DPG mutase, est peu fonctionnelle. Cette situation est amoindrie chez la personne âgée, car la concentration de 2-3DPG n’est pas forte. La personne âgée a quelque peu plus de difficultés à dissocier l’oxygène, son oxygénation est moins facile.Une autre influence, le CO, a une très forte affinité pour l’hémoglobine, il se met à la place de l’oxygène, cette affinité est 200 à 300 fois plus élevée que celle de l’oxygène normal, c'est-à-dire qu’il y a une compétition qui s’établit entre O et CO, et elle est nettement en faveur du CO. On obtient alors du HbCO, qui est une forme qui ne transporte pas l’oxygène, la personne est alors asphyxiée, d’où la très haute toxicité de ce produit. HbCO = carboxyhémoglobinePour remédier à ce risque, il faut aller vite, et augmenter l’apport en oxygène pur, en augmentant la pression, donc on met le patient en oxygène hyperbar, de manière à augmenter cette pression, et restaurer la compétition entre O et CO.Au final, l'oxygène se sépare, dans une ambiance acide. La loi de Fick permet cette diffusion d’oxygène qui a été libérée dans la cellule. C’est quelque chose de bien fait.

B. Transport du CO2

C’est un déchet, il faut l’éliminer. Dans des conditions de vie normale, le transport de CO2 se fait facilement, il sort de la cellule facilement, et est pris en charge par le sang, qui assure son transport jusqu’aux poumons.Globalement, sur 100 mL de sang, 50 seront transportés par le sang, une partie de ce CO2 sera transporté à l’état dissout. Il est beaucoup plus soluble, il se dissout facilement dans le sang, on en perd 4 mL, transportés à l’état dissout.

Transport du CO2NH2 est une forme libre, qui en présence de CO2 réagit et forme une molécule carbaminée. Cette forme est relativement importante, car 1% se trouve sous cette forme.La plus importante regroupe 7%. Le CO2 en milieu aqueux se dissout, mais au bout d’un moment il fait des liaisons covalentes et se transforme en acide, H2CO3, qui se dissocie alors en hydrogénocarbonate, et en protons.Dans le plasma, cette réaction ce fait par physico-chimie simple. Ce phénomène se retrouve dans les boissons acidulées.Dans le compartiment cellulaire, la réaction qui favorise la formation d’acide carbonique est l’anhydrase carbonique, ce qui fait que cette réaction est beaucoup plus importante dans la partie plasmatique de ce sang. Les choses deviennent alors intéressantes, le proton formé se fait piéger par cette quantité élevée de protéines. Ce proton piégé HCO3

- n’a alors plus de contre-ion, le HCO3

- s’accumule, l’intérieur de la cellule devient négatif, il y a une sortie massive de HCO3 de la cellule par gradient.L’électroneutralité cellulaire existe, cette règle s’applique aux hématies, mais on perd des charges négatives au final, qui sont récupérés par une entrée massive d’ions chlorures, en même temps que des mouvements de molécules d’eau. Au final, l’hématie, si l’on fait le bilan, aura produit beaucoup de HCO3

-, ce qui va constituer la réserve alcaline, qui va jouer un rôle dans les mécanismes du pH.La forme de l’hématie, tendue, bien tonique, tient bien sa forme, car elle est gorgée par cette eau, qui la remplie en permanence, et cette tension d’eau, dans les capillaires, permet à l’hématie de se tordre mais de garder sa forme et sa surface d’échange des hématies à tout moment.Toutes ces réactions ont été mises en lumière par M. Hamburger, et donc on appelle ces mécanismes l’effet hamburger. C’est la forme d’hydratation de l’hémoglobine.On sait tout de même que la pression partielle en oxygène va agir sur la quantité de CO 2

transportée, l’HbO2 a moins d’affinité pour le CO2. Idem dans l’autre sens. C’est l’effet Haldane.Au niveau pulmonaire, ce sang enrichit en ces 3 formes arrive dans les capillaires, ces réactions vont s’inverser, ce qui était dissout sera libéré dans les capillaires, et le CO2 libéré sort dans les alvéoles, et sera rejeté à l’extérieur.

IV Régulation de la ventilationA. Rythmicité

A la différence du système cardiaque, le système respiratoire est dépendant du système nerveux, il doit subir les commandes du système nerveux. On a localisé dans certaines régions de l’encéphale, notamment dans la région de la protubérance annulaire, on localise un groupe respiratoire, qu’on appelle ponti et plus bas, dans la région bulbaire, le groupe respiratoire dorsal, GDR, et le groupe respiratoire ventral, GRV. Ces 2 groupes seront impliqués dans l’inspiration.Du coté ventral, un 2ème groupe sera impliqué dans l’expiration.Dans la région bulbaire se trouve une 3ème région, le groupe de Bötzinger (du nom de l’homme qui l’a identifié)

. Centres respiratoires

Des neurones intermédiaires prennent la suite de ces groupes respiratoires, et ces groupes sont animés d’une activité rythmique, ils fonctionnent comme des centre autonomes, qui vont générer une activité rythmique.

Mécanisme nerveux de la respirationIl y a une activité rythmique dans ces groupes respiratoires.

Le GRD et le VRG inspiratoire ont cette activité rythmique, envoyée dans la moelle. Dans la moelle, des relais envoient cette information, ceux du DRG ciblent le diaphragme, les VRG ciblent les autres muscles, ils vont alors contracter les muscles, et provoquer l’inspiration.La respiration peut suffire avec ce système, puisqu’on a un générateur rythmique, qui permet des cycles contraction-relâchement.A l’intérieur des cottes, il y a des détecteurs mécaniques, qui vont envoyer un influx en direction des centres bulbaires, et dès lors que la cage thoracique est remplie, une info va vers les centres respiratoires, via ce noyau du faisceau solitaire, qui véhiculera les informations sur les centres inspiratoires. Leur fonction sera de réguler l’action de ces centres inspiratoires.Ces fibres passent aussi par le pneumogastrique. Déjà à ce stade, si l’on coupe le pneumogastrique, la personne respire, mais par l’activité autonome, la régulation ne se fait plus, et elle ne sera donc plus régulée, la respiration sera lente et profonde, car ces centres ont leur propre activité. Cette respiration est appelée respiration de double vagotomie, qui met en évidence le fonctionnement des centres respiratoires.Les autres groupes, comme le VRG expiratoire commande l’expiration forcée, en passant par le noyau solitaire, et ils influencent les centres expiratoires, en activant ou en inhibant ces centres.Les groupes ponti (GRP) servent de chef d’orchestre, ce groupe module l’activité de base des groupes respiratoires, en cas de besoin d’oxygène, il envoie des influx qui activent les inspirations, et en cas de faible besoin, il freine cette activité.Les autres régulations, externes, font varier ces activités. Quand il fait chaud, on accélère la respiration, la douleur aussi, des récepteurs musculaires le font aussi, et des centres « supérieurs » comme la peur, influencent indirectement l’accélération de la respiration. Cette peur peut agir directement dans la moelle, et réguler directement, mais ce n’est pas bon.On peut aussi modifier cette respiration de façon forcée, voulue.Dans ces différentes notions, un taux d’oxygène élevé entraine une répression de la respiration, et en cas d’excès de CO2, la respiration est accélérée. Ce sont Hering et Breuer qui ont mis en évidence cette activité, et donc on l’a appelé le réflexe d’Hering-Breuer.

B. Facteurs modifiant l’activité des centres.La pression partielle en oxygène (PO2) est un puissant stimulant de la respiration, et il va agir à plusieurs niveaux, ces centres augmentent la fréquence respiratoire, jusqu’à 50%, en augmentant la fréquence de décharge des centres inspiratoires.Le CO2, en tant que source de protons, génère aussi des ions H+, et ils stimulent aussi, par l’effet pH, par acidose, une hyperventilation. Au final, l’élément déterminant est le CO2.La PO2 a un effet plus faible, en cas de forte baisse de PO2, il se produit une hyperventilation. Le glomus carotidien, au niveau périphérique, active les centres respiratoires, accélère la respiration. C’est un effet chimique. En cas de forte baisse de la pression artérielle, on constate une augmentation de la fréquence respiratoire, ce sont les barorécepteurs qui commandent cette augmentation de la respiration.