CIRCULATION CORONAIRE PHYSIOLOGIE CARDIOVASCULAIRE (5) CIRCULATION CORONAIRE

BIBLIOGRAPHIE “Heart Physiology” A. Katz “Physiology” R. Berne & M. Levy “Heart Disease” E. Braunwald, P. Libby “Cardiac Electrophysiology” D. Hilgemann & D. Zipes “Physiologie humaine” H. Guénard et al “La Maladie de Sachs” M. Winkler

LA CIRCULATION CORONAIRE ET SA REGULATION Déterminants de la consommation d'oxygène Anatomie Artères épicardiques Microcirculation transmurale Résistances compressives Cycle de Perfusion myocardique Régulations Réponse à une augmentation isolée de pression Autorégulation Régulation myogénique Réponse à une augmentation métabolique Régulation endothéliale

DÉTERMINANTS DE LA CONSOMMATION D'OXYGÈNE Fonction primaire : fournir au myocarde les nutriments et l'oxygène nécessaires à son métabolisme basal, à sa contraction et à sa relaxation Capacité très limitée pour fonctionner en anaérobie Besoins couverts par un métabolisme oxydatif, reposant sur la beta-oxydation des acides gras Consommation d’O2 = reflet du métabolisme total MVO2 ≈ 10 ml/min/100g (20x la moyenne de l’organisme) 60% --> tension systolique 20% --> raccourcissement et relaxation des fibres 20% --> métabolisme basal

DÉTERMINANTS DE LA CONSOMMATION D'OXYGÈNE Apports dp du flux de perfusion et de l'extraction d'O2 MVO2 = Qcoro x DAVO2 DAVO2 quasi-maximale au repos (≈ 70%) et ne s'élève que de qq % dans les conditions maximales (effort intense) tandis que la MVO2 augmente de 500% L'adaptation des apports à la demande se fait par une élévation du débit coronaire et traduit une relation linéaire entre MVO2 et flux de perfusion sur une large échelle de valeur. . Perfusion de repos Qcoro= 100 ml/min/100g

MVO2 et flux de perfusion coronaire

TRONCS CORONAIRES ÉPICARDIQUES Coronaire Droite: OD, VD et face post VG. Anastomose IVA, principale boucle anasto. entre réseau gauche & droit Artère circonflexe: OG et face latérale VG; deuxième boucle anastomotique gauche-droite. IVA: Face ant VG et septum

TRONCS CORONAIRES ÉPICARDIQUES Coronaire Droite Artère circonflexe IVA Pas de résistance à l’écoulement + grande compliance : flux rétrograde lors de la compression pariétale systolique Leurs branches pénètrent le cœur à angle droit dans un trajet intramyocardique, en circulation terminale

Distribution Transmurale du Flux Myocardique Réseau capillaire des plus denses : 4000 / mm2 Recrutement selon les besoins du myocarde Forces Compressives Extravasculaires Cycle de Perfusion Résistances coronaires "compressives" : pression pendant la systole exercée sur la paroi artériolaire : 1/3 du total des résistances coronaires Flux systolique des vaisseaux VG faible : 20% / 80% diastole VD : effet moindre en raison du gradient de pression + faible 50% systole, 50% diastole (similaire au VG ssi élévation des pressions droites : HTAP, Embolie Pulmonaire)

FORCES COMPRESSIVES (1) Télédiastole Thorax P (mmHg) 80 10 Épicarde 80 10 Volume Sanguin 14% 80 10 Endocarde 10 VG

FORCES COMPRESSIVES (2) Protosystole Thorax P (mmHg) 80 10 Épicarde 80 10 80 10 Endocarde 100 VG

FORCES COMPRESSIVES (2) Protosystole Thorax P (mmHg) 80 10 Épicarde 80 10 180 110 Endocarde 100 VG

FORCES COMPRESSIVES (3) Systole 80 10 Épicarde 80 10 190 120 110 VG

FORCES COMPRESSIVES (3) Systole 10 Épicarde 10 200 130 120 VG

FORCES COMPRESSIVES (4) Télésystole 120 10 Épicarde Volume Sanguin 6% 120 VG

FORCES COMPRESSIVES (5) Protodiastole 90 10 Épicarde 80 10 10 60 10 VG

Distribution Transmurale du Flux Myocardique Réseau capillaire des plus denses : 4000 / mm2 Recrutement selon les besoins du myocarde Forces Compressives Extravasculaires Cycle de Perfusion Résistances coronaires "compressives" : pression pendant la systole exercée sur la paroi artériolaire : 1/3 du total des résistances coronaires Flux systolique des vaisseaux VG faible : 20% / 80% diastole VD : effet moindre en raison du gradient de pression + faible 50% systole, 50% diastole (similaire au VG ssi élévation des pressions droites : HTAP, Embolie Pulmonaire)

Distribution Transmurale du Flux Myocardique Sur un cycle, malgré la réduction systolique, le rapport des perfusions Endocarde / Épicarde est de 1,2 suit le rapport des consommations d’oxygène endo / épi (+20%) car élévation de la contrainte pariétale Vasodilatation diastolique sous-endocardique inhibée si élévation des pressions de remplissage VG: Insuffisance cardiaque surcharges de pression: HVG liée à l’HTA ou au RAo

FORCES COMPRESSIVES (5) Protodiastole 90 10 Épicarde 80 10 10 60 VG 10

FORCES COMPRESSIVES (5) Protodiastole Élévation des Pressins de Remplissage 90 10 Épicarde 80 10 10 70 20 VG

Distribution Transmurale du Flux Myocardique Sur un cycle, malgré la réduction systolique, le rapport des perfusions Endocarde / Épicarde est de 1,2 suit le rapport des consommations d’oxygène endo / épi (+20%) car élévation de la contrainte pariétale Vasodilatation diastolique sous-endocardique inhibée si La fréquence cardiaque modifie aussi le rapport de perfusion endo / épi: plus elle augmente, plus les diastoles sont courtes plus le flux diminue dans la région sous-endocardique

RÉGULATIONS DE LA CIRCULATION CORONAIRE Le tonus des vaisseaux coronaires résulte de l’effet des résistances compressives  2. la tension élastique de la paroi: tonus basal passif propriétés et proportions des fibres collagènes et élastine 3. la tension active générée par la contraction des CML, cellules musculaires lisses (ponts actine-myosine de l'appareil contractile du muscle lisse), régulée par la concentration calcique

RÉGULATIONS DE LA CIRCULATION CORONAIRE 1. Effets d'une augmentation isolée de pression sur le flux coronaire Autorégulation Selon la loi d'Ohm, le flux coronaire dépend de la pression de perfusion et des résistances vasculaires Qcoro = ∆P / R À résistances constantes, il est proportionnel aux P Mais cette relation n'est pas linéaire car les résistances varient

RÉGULATIONS DE LA CIRCULATION CORONAIRE Autorégulation Palier : le débit ne varie pas malgré ∆P x 2. Entre 60 et 140 mmHg <--> variation secondaire régulée de R Pour toute élévation de pression, les ∆ flux sont transitoires: toute variation de P s'accompagne secondairement d'une variation des résistances de même sens, ramenant la perfusion à sa valeur initiale Ces changements de résistance vasculaire dépendent uniquement de la pression, sans variation du métabolisme

RÉGULATIONS DE LA CIRCULATION CORONAIRE

RÉGULATIONS DE LA CIRCULATION CORONAIRE Autorégulation De part et d'autre de cette zone, le flux varie linéairement en fonction de P: à gauche en condition de vasodilatation maximale à droite en vasoconstriction maximale Permet de mesurer la Réserve coronaire Récepteurs à l’étirement (stretch Rcpt) du réflexe myogénique activent des canaux potassiques des CML induisant une hyperpolarisation cellulaire et une variation du calcium intracellulaire

Notion de Réserve coronaire Rapport entre le débit maximal et le débit de base, pour une pression de perfusion coronaire donnée

Flux coronaire (mL/min) Pression de Perfusion coronaire (mmHg) La réserve coronaire Flux coronaire (mL/min) 800 Flux Max Dim du Diam 700 600 500 x5 Augmentation de la demande en O2 400 300 100 50 160 200 Flux basal 100 50 100 150 Pression de Perfusion coronaire (mmHg)

RÉGULATIONS DE LA CIRCULATION CORONAIRE 2. Effets d'une augmentation d’activité à l'effort Régulation Métabolique Primum movens = élévation du métabolisme cardiaque (x5) or l'extraction d'O2 n’augmente pas ! ==> le flux coronaire doit s'élever de 500% a. Adénosine (hydrolyse de l'ATP) : qd la consommation d’ATP par les protéines contractiles et les Calcium-ATPases dépasse les capacités de resynthèse mitochondriale Conditions de déséquilibre entre demande et apport d'O2 Puissant vasodilatateur; principal médiateur de la régulation métabolique en condition d’ischémie relative

RÉGULATIONS DE LA CIRCULATION CORONAIRE Régulation Métabolique b. Régulation des canaux potassiques ATP-dépendants (iKATP) en concentration faible d’ATP intracellulaire (CML) ouverture ==> fuite de K+ ==> hyperpolarisation réduit l’influx de Ca des canaux de type L, voltage-dp adaptation battement par battement (plus rapide que l’adénosine) c. Production de NO d. O2, CO2, H+ : acteurs indirects de la régulation métabolique

RÉGULATIONS DE LA CIRCULATION CORONAIRE Régulation endothéliale: réponse à l’augmentation de flux Vasodilatation artériolaire par l'adénosine ou les canaux potassiques ATP-dp répond à une variation métabolique locale mais l'élévation de flux local ne se maintient que si elle s'accompagne d'une augmentation durable du flux des artères épicardiques Augmentation de flux initial dans les artérioles --> vitesse de flux plus grande dans les artères d'amont --> augmentation des forces de cisaillement à la surface endothéliale --> activation des récepteurs sensibles au « shear » --> stimulation des NO synthases endothéliales --> EDRF (= NO)

Réponse des cellules endothéliales au cisaillement FLUX LAMINAIRE FLUX TURBULENT Athéroprotecteur Anti-inflammatoire (COX-2) Antithrombotique (eNOS) Antioxidant (SOD) Antiprolifératif (p21) Athérogène Adhésive (VCAM-1; ICAM-1) Chimiokines (MCP-1) Prolifération (Cyclin D1) Protection (HO-1; SOD) Survival (IAPs; A1)

Réponse des cellules endothéliales au cisaillement 0.4 0.3 0.2 0.1 OSI OSI: Index de Cisaillement Oscillatoire 40 30 20 10 WSS WSS: Wall Shear Stress Contrainte de Cisaillement Pariétale (dynes/cm2) Thomas J. Ann Biomed Eng. 2003

RÉGULATIONS DE LA CIRCULATION CORONAIRE Production de NO stimulée par : Acétylcholine, sérotonine, bradykinine, ADP, histamine, catécholamines (agonistes 2) L’effet de ces substances dépend de l’intégrité de l'endothélium : si endothélium fonctionnel --> vasodilatation dose-dépendante rapide et transitoire (inactivée en qq secondes) Par contre, l’effet direct sur la CML est vasoconstricteur : en présence d’un endothélium lésé non fonctionnel, l’effet vasoconstricteur direct se majore Seuls les vasodilatateurs tq la prostacycline (PGI2), l’adénosine et les dérivés nitrés agissent directement sur les CML

Dysfonction Endothéliale Altération de la Vasorelaxation NO NO PKG Statines RH Böger, Atherosclerosis 1996;127:1-11 (Review)

RÉGULATIONS DE LA CIRCULATION CORONAIRE Mécanisme d'action intracellulaire du NO Guanylate cyclase, GMPc, PKG phosphorylation du phospholamban, recaptage du Calcium par les Ca-ATPase du RS, diminution rapide de [Ca]i --> ralentit l’influx Ca par les canaux membranaires --> relaxation Autre mécanisme GMPc-dp : réduction de l’activité des canaux CaL --> hyperpolarisation cellulaire médiée par des canaux potassiques Ca-dp

Tonus coronaire et Signalisation cellulaire Mendelsohn J Clin Invest 2005

RÉGULATIONS DE LA CIRCULATION CORONAIRE Mécanisme d'action intracellulaire du NO Guanylate cyclase, GMPc, PKG phosphorylation du phospholamban, recaptage du Calcium par les Ca-ATPase du RS, diminution rapide de [Ca]i --> ralentit l’influx Ca par les canaux membranaires --> relaxation 2. Autre mécanisme GMPc-dp : réduction de l’activité des canaux CaL --> hyperpolarisation cellulaire médiée par des canaux potassiques Ca-dp Dysfonction: ischémie si métabolisme augmenté ou production de facteurs vasoactifs : rupture de plaque athéroscléreuse, aggrégation plaquettaire, sérotonine --> Vasoconstriction

Mechanical Forces Promote Atherosclerosis and its Complications The role of shear stress in the pathogenesis of atherosclerosis KS Cunningham, AI Gotlieb, Laboratory Investigation (2005)

Remodelage vasculaire athéroscléreux Glagow et al NEJM 1986