PHYSIOLOGIE DE LA CIRCULATION I. La fonction Cardiaque 1 Sam BAYAT MCU-PH

Objectifs d’enseignement Prérequis (PACES) : UE3 Circulation des fluides physiologiques Notions de : Débit Vitesse d’écoulement Pression Propriétés rhéologiques du sang Notion d’élasticité et de tension Loi de Laplace Écoulement turbulent vs. Laminaire UE3: Méthodes d'étude en électrophysiologie: Le potentiel de repos Potentiel d’action UE Cardiovasculaire Anatomie fonctionnelle du cœur et des vaisseaux

Objectifs d’enseignement Décrire le trajet du flux sanguin à travers les cavités et les valves cardiaques 2. Décrire les changements des éléments suivants durant le cycle cardiaque : a. L’électrocardiogramme b. Le volume et la pression ventriculaires gauches c. La pression aortique d. Le débit aortique e. La pression auriculaire gauche f. La pression dans les veines jugulaires 3. Décrire l’origine des 4 bruits du cœur et savoir quand ils ont lieux au cours du cycle cardiaque 4. Connaître les valeurs normales des volumes télédiastolique et télésystolique du ventricule gauche, les pressions atriale et ventriculaire, les pressions aortique et artérielle pulmonaire en systole et en diastole 5. Connaître l’allure et les différentes phases de la courbe pression-volume intraventriculaire gauche pendant les différentes phases du cycle cardiaque 6. Savoir calculer le volume d’éjection systolique, le débit cardiaque, et la fraction d’éjection connaissant les volumes télédiastolique et télésystolique du ventricule gauche et la fréquence cardiaque

Objectifs d’enseignement 7. Connaître l’effet d’une augmentation de la fréquence cardiaque sur le temps de remplissage ventriculaire, le volume ventriculaire télédiastolique et le volume déjection systolique 8. Savoir définir la précharge, la postcharge et la contractilité myocardique 9. Connaître les facteurs qui modifient la postcharge et la contractilité myocardique 10. Connaître le mécanisme de Frank-Starling et savoir décrire son role dans la régulation du débit cardiaque 11. Savoir décrire les bases biophysiques du mécanisme de Frank-Starling à l’aide du diagramme longueur-tension du muscle cardiaque 12. Décrire comment les modifications de la précharge, la postcharge et la contractilité affectent le volume ventriculaire télédiastolique, télésystolique et le volume d’éjection systolique à l’aide de la relation volume d’éjection systolique vs. précharge et de la relation pression - volume intraventriculaire 13. Décrire comment les modifications de la précharge, la postcharge et la contractilité affectent la relation tension - vélocité de contraction ventriculaire, et comment cette relation affecte le volume d’éjection systolique du ventricule 14. Connaître les mécanismes par lesquelles la précharge et la contractilité peuvent augmenter la génération de force par les myocytes cardiaques

Objectifs d’enseignement 15. Savoir calculer la consommation d’O2 myocardique connaissant le débit sanguin coronaire et les contenus artériels et veineux du myocarde en O2 16. Savoir expliquer pourquoi une augmentation de la précharge augmente en proportion moins la consommation d’O2 du myocarde qu’une augmentation de la pression artérielle moyenne

INTRODUCTION La circulation du sang 1242: Ibn Nafis décrit la circulation sanguine pulmonaire 1628: William Harvey publie la description complète de la circulation du sang "Il constate que le [réservoir moteur] du sang ne se situe pas dans le foie mais dans le cœur; les artères ne contiennent pas de l'air mais du sang; celui-ci ne circule pas en aller-retour dans les veines, mais dans un sens unique dans les artères et les veines; le sang ne se renouvelle pas en permanence mais représente un volume constant en mouvement perpétuel, ..." (Histoire de la médecine, JC Sourina, Larousse)

Rappel: les cavités cardiaques Artère pulmonaire Aorte Atrium gauche OG Atrium droit Ventricule gauche Ventricule droit Modifié d’après: Cardiovascular Physiology Concepts, Klabunde LW&W 2005, Fig. 4-3

ÉVÈNEMENTS MÉCANIQUES DU CYCLE CARDIAQUE Rappel: La séquence des événements qui constituent une révolution ou cycle cardiaque comprend des phénomènes: Electrophysiologiques, Mécaniques Hémodynamiques L’efficacité de la pompe cardiaque est assurée par la contraction ordonnée des différentes cavités du muscle cardiaque: Ces contractions génèrent des gradients de pression Le sang circule de la cavité où sa pression est plus élevée vers la cavité où sa pression est plus basse Pas de circulation en absence de gradient de pression Au repos, le cycle cardiaque dure un peu moins d’une seconde. La phase du cycle pendant laquelle le myocarde se contracte est appelée systole celle pendant laquelle il se relâche, diastole

LA POMPE CARDIAQUE La direction de la circulation est assurée par la présence de valves unidirectionnelles à l'entrée et à la sortie des ventricules L’ouverture de ces valves dépend des pression de part et d'autre des valvules

LA POMPE CARDIAQUE POG > PVG OG VG OG POG < PVG VG Pendant la systole, le maintient des feuillets valvulaires est assuré par les muscles papillaires et les cordages tendineux Écoulement du sang Oreillette Cuspide de la valve atrio-ventriculaire Cordages tendineux Muscle papillaire Diastole: Les cuspides des valves AV pendent dans les cavités ventriculaires OG VG POG > PVG Cuspide de la valve atrio-ventriculaire Sang dans le ventricule Oreillette Systole: Les valves AV se ferment OG VG POG < PVG Les orifices de communication entre oreillettes et ventricules et entre ventricules et vaisseaux de sortie sont munis de valvules qui s'ouvrent toutes dans le même sens dit sens « antérograde » ; elles empêchent, quand elles sont fermées, tout reflux. Si la pression en aval d'une valvule dépasse la pression d'amont, celle-ci se ferme hermétiquement, de purement passive. A l’inverse, si la pression est plus élevée en amont, la valvule s'ouvre, également passivement, permettant la progression de la colonne sanguine qui chemine des hautes vers les basses pressions

L’étude du cycle cardiaque utilise: LE CYCLE CARDIAQUE Le cycle cardiaque : Est initié par des phénomènes électriques: la dépolarisation des fibres musculaires L’onde de dépolarisation est ralentie environ 0,1 s entre les oreillettes et les ventricules S’en suivent des phénomènes mécaniques et hémodynamiques La contraction des oreillettes précède donc légèrement celle des ventricules L’étude du cycle cardiaque utilise: l'électrocardiogramme (ECG) servant ici de référence chronologique, des bruits du cœur ou phonocardiogramme du pouls artériel carotidien ou carotidogramme Altérnativement: la pression VG, et la pression AO du pouls veineux jugulaire ou jugulogramme Altérnativement: la pression OD Le cathétérisme cardiaque permet de mesurer: Les pressions dans l’aorte ascendante et le Ventricule gauche (VG) Les pressions dans l’atrium droit ou oreillette droite (OD) le VD et l’artère pulmonaire (AP)

LE CYCLE CARDIAQUE: évènements mécaniques LA SYSTOLE VENTRICULAIRE se déroule en deux phases: Contraction isovolumétrique*: Met fin à la diastole et survient lorsque les ventricules sont pleins de sang. Cette phase initiale de la contraction ventriculaire ferme les valvules atrio-ventriculaires (mitrale et tricuspide) et élève la pression intra-ventriculaire jusqu'à ce que les valvules sigmoïdes (aortiques et pulmonaires) s'ouvrent : ventricules et artères forment alors une chambre commune. *Du grec isos : égal Modifié d’après: Physiologie Humaine, Sherwood 2e édition 2008, Fig. 9-16

LA SYSTOLE VENTRICULAIRE se déroule en deux phases: LE CYCLE CARDIAQUE LA SYSTOLE VENTRICULAIRE se déroule en deux phases: Contraction isotonique ou phase d'éjection : le sang contenu dans les ventricules est chassé, d'abord rapidement, puis à vitesse décroissante lorsque la quantité de sang à éjecter se réduit. A la fin de l'éjection, les sigmoïdes se referment, car la pression dans les ventricules devient inférieure à la pression artérielle AO La fermeture des sigmoïdes marque le début de la diastole ventriculaire

LA DIASTOLE VENTRICULAIRE se déroule en deux phases: LE CYCLE CARDIAQUE LA DIASTOLE VENTRICULAIRE se déroule en deux phases: La phase de relaxation isovolumétrique : Pendant cette phase, le myocarde ventriculaire se relâche La pression dans les ventricules, vides de sang, s'abaisse pour devenir inférieure à celle des oreillettes. Puis les valvules atrio-ventriculaires s'ouvrent. Modifié d’après: Physiologie Humaine, Sherwood 2e édition 2008, Fig. 9-16

LA DIASTOLE VENTRICULAIRE se déroule en deux phases: LE CYCLE CARDIAQUE LA DIASTOLE VENTRICULAIRE se déroule en deux phases: La phase de remplissage ventriculaire correspondant à la plus grande partie de la diastole. Celle-ci se fait en trois temps : remplissage rapide initial : occupe le premier tiers de la diastole

LA DIASTOLE VENTRICULAIRE se déroule en deux phases: LE CYCLE CARDIAQUE LA DIASTOLE VENTRICULAIRE se déroule en deux phases: La phase de remplissage ventriculaire correspondant à la plus grande partie de la diastole. Celle-ci se fait en trois temps : remplissage lent: l'égalisation des pressions entre les oreillettes et ventricules ralentit la vitesse de l'écoulement sanguin

LA DIASTOLE VENTRICULAIRE se déroule en deux phases: LE CYCLE CARDIAQUE LA DIASTOLE VENTRICULAIRE se déroule en deux phases: La phase de remplissage ventriculaire correspondant à la plus grande partie de la diastole. Celle-ci se fait en trois temps : remplissage rapide terminal: la systole auriculaire chasse le sang qui reste dans les oreillettes, dans les ventricules, et un nouveau cycle cardiaque peut reprendre.

Évènements hémodynamiques Le diagramme du cycle cardiaque Modifié d’après: Cardiovascular Physiology Concepts, Klabunde LW&W 2005, Fig. 4-2

Systole ventriculaire: Contraction isovolumétrique Concomittante de la dépolarisation des ventricules (complexe QRS) Contraction VG: la PVG > POG La valve AV (mitrale) se ferme Onde “c“ de la POG ou du jugulogramme / contraction du VD (Bombement des valves AV à cause de la contraction ventriculaire) 1er bruit B1 Le volume VG est constant (valves fermées) Montée rapide de la PVG

Systole ventriculaire: Éjection ventriculaire rapide Concomittante du segment ST Contraction VG: la PVG > PAO La valve sigmoïde AO s’ouvre Le volume du VG diminue rapidement: éjection Environ 70% du sang éjecté quitte le ventricule pendant cette phase Montée rapide de la PVG

Systole ventriculaire: Éjection ventriculaire lente Concomittante du début de l’onde T de l’ECG Certaines fibres myocardiques du VG commentcent déjà à se relacher La PVG commence à diminuer en même temps que le volume sanguin contenu dans le VG Le volume VG décroît plus lentement En fin de systole: le VG ne se vide pas complètement: volume télésystolique du VG: VTSVG environ 50 ml

Diastole ventriculaire: Relachement isovolumétrique ventriculaire Est contemporain l’onde T (repolarisation des ventricules) Relaxation VG: la PVG < PAO Commence par la fermeture de la valvule sigmoïde aortique: onde dicrote* de la Pression AO Le volume VG est constant (valves fermées) Débute après le 2e bruit B2 Onde "v" de la POG : accumulation de P par remplissage puis chute avec l’ouverture des valves AV * Du grec ancien δίκροτος, dikrotos (« double coup »)

Diastole ventriculaire: Remplissage précoce Noter que pendant la systole VG, l’OG est en diastole et se remplit La PVG < POG La valve AV (mitrale) s’ouvre Le volume VG augmente La PVG augmente progressivement Un 3e bruit B3 (galop ventriculaire) peut avoir lieu pendant cette phase

Diastole ventriculaire: Remplissage tardif Le remplissage passif du VG continue mais plus lentement La PVG continue à augmenter

Diastole ventriculaire: Remplissage rapide final Concomittante de la dépolarisation des oreillettes (onde P) La contraction de l’OG chasse le sang vers le VG Onde “a“ de la POG ou du jugulogramme (contraction des oreillettes) Le volume du VG atteint sa valeur maximale télédiastolique: VTDVG À la fin de cette phase débute la dépolarisation des ventricules

La pression dans les cavités cardiaques Schéma: P systolique/P diastolique Noter que les pressions sont beaucoup plus basses dans le coeur droit La variation de pression au cours du cycle cardiaque est beaucoup plus important dans les ventricules que dans les grosses artères (AO et AP) OG Modifié d’après: Cardiovascular Physiology Concepts, Klabunde LW&W 2005, Fig. 4-3

LES BRUITS DU CŒUR Premier bruit B1 : S’entend au début de la contraction ventriculaire Il est fort, long et résonant, s'inscrit en basse fréquence correspond à: la fermeture des valves atrio-ventriculaires (tricuspide et mitrale), composante valvulaire ; la contraction brutale du muscle cardiaque, composante musculaire.

LES BRUITS DU CŒUR Le deuxième bruit ou B2 : marque la fin de la systole ventriculaire Il est bref et sec, s'inscrit en haute fréquence. Il est synchrone de la fin de l’onde T.

LES BRUITS DU CŒUR Le deuxième bruit ou B2 : Il est dû à la fermeture des sigmoïdes aortique et pulmonaire. Il a deux composantes : la première aortique, ou B2A la deuxième pulmonaire, ou B2P B2A B2P

LES BRUITS DU CŒUR Le deuxième bruit ou B2 : des variations respiratoires; En expiration forcée, les 2 composantes sont fusionnées En inspiration forcée; le B2P survenant plus tardivement que le B2A B2A B2P

LES BRUITS DU CŒUR B3 et B4 Correspondent au bruits de galop protodiastolique et présystolique

LES BRUITS DU CŒUR B3 et B4 Correspondent au bruits de galop protodiastolique et présystolique

LES BRUITS DU CŒUR B3 Contemporain de la phase de remplissage ventriculaire rapide, initiale il est dû à la distension brutale du muscle ventriculaire sous l'effet de l'afflux du sang auriculaire. Fréquent chez le sujet jeune Entendu dans l’insuffisance cardiaque congestive

LES BRUITS DU CŒUR B4 Est la traduction de la contraction des oreillettes Est dû à la distension brutale du muscle ventriculaire sous l'effet de l'afflux du sang auriculaire Rarement physiologique

La relation pression – volume du VG Modifié d’après: Cardiovascular Physiology Concepts, Klabunde LW&W 2005, Fig. 4-4 Il s’agit d’un outil pour comprendre la fonction du VG durant le cycle cardiaque a: remplissage ventriculaire; b: contraction isovumétrique; c: éjection; d: relaxation isovolumétrique

La relation pression – volume du VG A: le volume minimal du VG durant le cycle cardique: VTS B: le volume maximal en fin de remplissage ventriaculaire Vs = volume d’éjection systolique = (VTD – VTS)

La relation pression – volume du VG RPVTD: Relation pression-volume télédiastolique pendant le remplissage passif du VG La pente de cettre relation est inversement proportionnelle à la Compliance ventriculaire (détaillée plus loin)

La relation pression – volume du VG RPVTS: Relation pression-volume télésystolique en fin d’éjection Décrit la pression maximale que le VG peut développer à un VTS donné Face aux variations du VTS, la PTS du VG (point D) se déplace sur cette droite La pente de cette droite change avec la Contractilité myocardique (détaillé plus loin)

Cocher la (ou les) propositions vraie(s). 1. Le premier bruit du cœur B1 : a - est synchrone avec la fermeture des valvules aortique et pulmonaire b - correspond à l’onde P de l’électrocardiogramme c - s’inscrit en basse fréquence d - est entendu en même temps qu’une élévation de la pression intraventriculaire

Réponse : 1. Le premier bruit du cœur B1 : a - est synchrone avec la fermeture des valvules aortique et pulmonaire b - correspond à l’onde P de l’électrocardiogramme c - s’inscrit en basse fréquence d - est entendu en même temps qu’une élévation de la pression intraventriculaire

Cocher la (ou les) propositions vraie(s). 2. Quelles sont les situations rencontrées au cours du cycle cardiaque dans des conditions physiologiques ? a - pression aortique > pression ventriculaire gauche > pression auriculaire gauche b - pression ventriculaire gauche > pression aortique > pression auriculaire gauche c - pression aortique > pression auriculaire gauche > pression ventriculaire gauche d - pression ventriculaire gauche > pression auriculaire gauche > pression aortique e - pression auriculaire gauche> pression auriculaire droite

Cocher la (ou les) propositions vraie(s). 2. Quelles sont les situations rencontrées au cours du cycle cardiaque dans des conditions physiologiques ? a - pression aortique > pression ventriculaire gauche > pression auriculaire gauche b - pression ventriculaire gauche > pression aortique > pression auriculaire gauche c - pression aortique > pression auriculaire gauche > pression ventriculaire gauche d - pression ventriculaire gauche > pression auriculaire gauche > pression aortique e - pression auriculaire gauche> pression auriculaire droite