Walther Bild, MD, PhD PHYSIOLOGIE DU COEUR

Physiologie cardiovasculaire: 8 x 3h00 de cours Physiologie du myocarde Le pouls artériel Pouls volumétrique le métabolisme cardiaque Physiologie de la circulation veineuse propriétés fondamentales du muscle cardiaque La révolution cardiaque particularités morphologiques et fonctionnelles du système veineux L’hémodynamique intracardiaque Événements mécaniques de la révolution cardiaque hémodynamique veineuse la pression veineuse Les manifestations acoustiques de la révolution cardiaque temps de circulation réglage de la circulation veineuse manifestations électriques de la révolution cardiaque La physiologie de la circulation capillaire Electrocardiographie particularités morphologiques et fonctionnelles des capillaires sanguins Le débit cardiaque Le travail du cœur hémodynamique capillaire échanges trans-capillaires Réglage de l'activité cardiaque réglage de la circulation capillaire Physiologie de la circulation artérielle Physiologie de la circulation lymphatique Notions de hémodynamique Morphologiques et particularités fonctionnelles du système lymphatique particularités morphologiques et fonctionnelles du système artériel Le rôle de la circulation lymphatique La pression artérielle

Le transport actif au niveau du cardiomyocyte Les canaux ioniques dans le myocarde efflux transitoire Canaux de K+ dépendantes de récepteurs: voltage-dépendants Na + (rapides) Activées par le Ca2 + T Ca2 + (transitoire) Activées par le Na+ L Ca2 + (longue durée) Sensibles à l'ATP K + activées par l'acétylcholine rectification interne Activées par l'acide arachidonique rectification retardée Le transport actif au niveau du cardiomyocyte L’ATP-ase Na-K Ca ATP-ase L’Antiport Na/Ca

Les propriétés fondamentales du myocarde L’EXCITABILITÉ - FONCTION BATMOTROPE L’AUTOMATISME - FONCTION CHRONOTROPE LA CONDUCTION - FONCTION DROMOTROPE LA CONTRACTILITE - FONCTION INOTROPE LA TONICITE - FONCTION TONOTROPE LA TROPHICITÉ - FONCTION TROPHOTROPE

BATMOTROPISME – LA CAPACITATE DE GÉNERER DES REPONSES AU STIMULES Générer et garder un potentiel de repos La capacité du produire du potentiaux d’action spécifiques Le potentiel du repos habituel d’une fibre ventriculaire est de -90 mV Il est entretenu par l’ATP-ase Na+/K+

Le potentiel d'action de la fibre myocardique L'aspect du potentiel d'action est typique – polyphasique La dépolarisation est rapide, avec remise (overshoot) - la durée est de 2 ms La dépolarisation initiale rapide (phase 0) est due à l’ouverture des canaux voltage-dépendants de Na + Suivie d'une phase de plateau caractéristique La répolarisation n'est pas complète tant que la moitié de la contraction n'est pas terminée Le canal voltage-dépendant de Na+ a deux portes une porte externe - qui s'ouvre au début de la dépolarisation, le potentiel de -70 à -80 mV, et une porte intérieure qui se ferme et arrête l'afflux de sodium à la fin de la phase 3 (inactivation du canal de Na +). la répolarisation rapide initiale (phase 1) est due à la fermeture des canaux Na + et des canaux K + qui produit une efflux transitoire menant a une répolarisation précoce incomplète - le potentiel à la proximité de 0

Le potentiel d'action de la fibre myocardique plateau prolongé (phase 2) est due à l'ouverture prolongée des canaux voltage-dépendants de Ca2 +. Les canaux lentes de Ca2+ sont activés dans un large domaine de potentiel, de - 20 à 0 mV. Ils s’appellent aussi des canaux cationiques parce 'qu'ils permettent aussi le passage d’une quantité réduite de Na. Répolarisation finale (phase 3) retourne vers le potentiel de repos (phase 4) est due à la fermeture des canaux de Ca 2 + et K + efflux à travers différents types de canaux K +.

La période réfractaire du muscle cardiaque Pour le ventricule, la PR est de 0,25-0,3 sec, approximativement la durée d’un potentiel d’action prolongé Le but est l’impossibilité du tétanisation du muscle cardiaque Cette période réfractaire prolongée est produite par l’inactivation du canaux de Na+ voltage- dépendantes rapides

Chronotropisme - automatisme La capacité du myocarde de se dépolariser spontanément Dans le myocarde existe un tissu spécialisé évolué du tissu contractile, nommé initialement tissu embryonnaire et après, tissu excito-conducteur Les cellules pratiquement n’ont pas des myofilaments Sont beaucoup plus petites (3 – 5 µm) La cytoplasme est claire, avec un nuclée et beaucoup des mitochondries Dans la membrane existent toutes les canaux et les pompes présentes dans le myocarde contractile Chez elles s-ajoutes les canaux lentes de Na+/Ca2+

Le phénomène s’appelle « DEPOLARISATION LENTE DIASTOLIQUE » La dépolarisation spontanée dépend de l’existence dans la membrane de trois types de canaux Canaux rapides de Na+/Ca2+ Canaux lentes de Na+/Ca2+ Canaux de K+ Le potentiel de repos des cellules du tissu nodal est beaucoup moins négative –seulement-55 mV Les canaux lentes de Na+/Ca2+ permettent un influx lent de charges positives qui font monter le potentiel de repos jusqu’à la valeur de -40 mV Celle-ci est la valeur limite (le « seuil ») pour l’ouverture de canaux rapides voltage-dépendantes de Na+/Ca 2+, ainsi produisent l’apparition d’un potentiel d’action La repolarisation se fait par l’efflux de K+ par des canaux rapides voltage-dépendantes Le phénomène s’appelle « DEPOLARISATION LENTE DIASTOLIQUE »

Distribution du tissu cardio-necteur La densité des canaux lentes de Na+/Ca2+ est maximale au niveau du nœud sino-atrial (NSA) Celui-ci est le “pacemaker” (générateur du rythme) physiologique, avec une fréquence de repos de 70 – 80 battements/min Le nœud atrio-ventriculaire (NAV) présente une fréquence de 40 – 45/min Le faisceau du His a un rythme “idio-ventriculaire” de 20 – 25/min Electriquement le myocarde atrial est isolé de celui ventriculaire, par l’anneau fibreux du cœur La communication entre les auricules et les ventricules se fait exclusivement par l’intermède du NAV

Des « pacemakers » ectopiques L’augmentation générale ou localisée de l’excitabilité du myocarde De cause toxique ou ischémique Peut conduire a l’apparition des zones auto-dépolarisantes aberrantes Le blocage de la transmission de NSA vers le ventricule Les zones respectives sont appelées des foyers ectopiques, et le battements supplémentaires sont appelées des “extrasystoles” S’ils sont isolées ils n’ont aucune signification pathologique majeure S’ils se répètent du même endroit S’ils dépassent 5-6/min S’ils sont bi- ou trigéminées Apparait une corrélation pathologique

Le reconnaissance se fait sur l’ECG (avec ou sans « Holter ») par l’existence du « repos post-extra systolique »

Dromotropisme – conduction A l’intérieur du cœur il n’existent pas des fibres nerveuses La conduction se fait exclusivement par l’intermède du tissu nodal La conductibilité des cellules du tissu nodal est due a la présence des jonctions “gap” (communicantes), tant entre elles et avec les fibres contractiles avoisinantes L’influx rapide de Na+ du a la dépolarisation de la cellule nodale produit un flux net de Na+ dans le cytosol des cellules avoisinantes. Celui-ci augmente le potentiel de repos jusqu’au niveau de -40 mV. La dépolarisation circule « de proche en proche » avec 0,3 m/s entre le tissu nodal et le myocarde contractile et avec 1 m/s dans les tractus intra-atriales La voie inter-nodale antérieure, moyenne et posterieure

A l’intérieur du NAV, du a nombre réduit de jonctions gap, la vitesse se réduit avec approximatif 0,16 s. La réduction est nécessaire pour que les atrias finalise leur systole avant du début de la systole ventriculaire Dans l’épaisseur du muscle ventriculaire ils existent des fibres spécialisées (fibres de Purkinje), avec une vitesse de conduction de 1,5 jusqu'au 4 m/s. Celles-ci permettent une distribution homogène et rapide dans l’entière masse ventriculaire La conduction par le faisceau de His et ses branches est exclusivement antérograde. Aucune rentrée rétrograde produit des arythmies dangereuses

Particularités: Si la repolarisation commencera dans la même sens avec la dépolarisation, la zone dépolarisée produira de nouveau la depolarisation de la zone répolarisée (phénomène de « rentrée »); Le fibre conductrice Purkinje a un potentiel d’action qui dure avec 25% plus que celui du myocarde contractil qui l’entoure  la première zone dépolarisée sera la dernière qui se répolarise; Le rôle du système Purkinje dans la synchronisation des contractions ventriculaires: muscle ventriculaire  active en temps court – 0,06 s; durée de contraction des fibres ventriculaires – 0,30 s; prévention des arythmies:

Troubles de conduction Bloc AV Partiale (degré. 1,2) Totale (3eme degré - dissociation atrioventriculaire) Flutter Fibrillation atriale

Reglarea nervoasă vegetativă a activităţii cardiace SNV simpatic – cardioaccelerator (cronotrop şi inotrop pozitiv) SNV parasimpatic – cardioinhibitor (cronotrop şi inotrop negativ)

Le système végétatif sympathique Le centre cardio-accélérateur sympathique se trouve dans le bulbe rachidien et projette ses axones dans les neurones végétatifs qui se trouvent dans les cornes latérales de la moelle épinière cervico-thoracique, de T1 a T5 Les axones de ces neurones font synapses avec le neurones post-ganglionnaires situés dans les ganglions cervicaux et thoraciques postérieures

SNV Parasympathique La source est nerve vague, avec des racines apparentes au niveau bulbaire Le médiateur est l’acétylcholine La distribution est exclusive au NSA et NAV, et pas dans les muscles L’acétylcholine se couple sur les récepteurs muscariniques (M2), couplés avec la protéine G inhibitrice (Gi) – décroît le cAMP Il existent des canaux de K+ Ach-dépendantes – augmente l’efflux de K+, - hyper- polarisation – inhibition Le phénomène « d’échappement »

Inotropisme - contractilité Isoformes protéiques Le muscle cardiaque est plus lent que le muscle squelettique L’activité ATP-asique est relativement réduite Les fibres sont dépendantes du métabolisme oxydative et d’une source continue de O2. La saturation du sang veineux coronaire est extrêmement réduite

Les protéines contractiles et auxiliaires du niveau de la membrane Z cardiomyocitaire

Les canaux de type L (dihydro-pyridiniques) répondent a la dépolarisation par l’induction d’un petite vague de calcium (spark) pour activer le récepteur ryanodinique de type 2 (RYR2) . Une certaine quantité de Ca est éliminée du RS pour aider a la contraction.

Le réponse contractile commence immédiatement après le début de la dépolarisation Le rôle du Ca2+ dans le couplage excitation-contraction est similaire avec son rôle dans les muscles squelettiques. La source principale de calcium est le liquide interstitiel, parce ’que les réserves intracellulaires de Ca sont minimales. Les tubes T ont un diamètre 5x plus grand que le muscle squelettique et un volume 25x plus important Dans les tubes ils existent des muco-polysaccharides électronégatives au rôle de fixation du Ca L’influx de Ca2+ extracellulaire est déclenché par l’activation des canaux dihydropyridiniques du systeme T

L’utilisation de l’oxygène par le cœur: La plus importante part de l’énergie utilisée par le cœur provient du métabolisme des acides gras Un moindre part provient du métabolisme du lactate et glucose La vitesse du consumation d’oxygène est une mesure optimale de l’énergie libérée pendant le travail L’efficience du travail mécanique cardiaque est de 20-25%, et descends au 5-10% dans l’insuffisance contractile

La « Loi du Cœur » Principe de Frank-Starling La capacité du cœur de générer la force dépends sur le degré initial de tension des fibres myocardiques (pré-charge) Le myocarde en repos est plus court que sa longueur optimal, ainsi une tension modérée produit des augmentations dramatiques de la force de contraction La mise en tension des fibres musculaires augmente le nombre des ponts transversales entre l’actine et la myosine La mise en tension “élargit” les tubes T et augmente la quantité de Ca disponible pour la contraction

Tonotropisme – garder le tonus La tonicité du myocarde (fonction tonotrope): Semi-contraction diastolique

Trophotropisme – croissance et évolution Les cellules myocardiques ne se divisent pas! La croissance se fait exclusivement par l’hypertrophie Chaque lésion se répare par fibrose, qui produit des déficiences fonctionnelles, contractiles et électriques L’hypertrophie cardiaque apparait quand la post-charge est augmentée pendant des périodes prolongées Les mutations dans les gènes qui codent pour les protéines contractiles Il existe aussi dilatation sans hypertrophie (cardiomyopathie dilatative)