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Année universitaire 2014/2015Université Joseph Fourier (UJF) Grenoble I - Tous droits réservés

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Chapitre 1:Le cœur

Pr. Daniel FAGRET

UE3-1: Biophysique de la circulation

Plan du chapitre 1 I – Définitions

1 – Le stress �2 – Loi de Laplace

II – Le cycle cardiaqueA. Phénomènes biochimiques

Activation – inactivationB. Phénomènes mécaniques

1 – La courbe pression-volume ventriculaire gauche2 – Contraction – relaxation3 – Systole – diastole cliniques4 – Relation entre stress radial et stress circonférentiel

III – Déterminants de la relation Pression-volumeA. ElasticitéB. ContractilitéC. Pré-chargeD. Post-chargeE. SynthèseF. En réalité (Loi de Franck et Starling)

IV – Performance cardiaqueV – Deux exemples

A. Insuffisance cardiaque – par ischémieB. Hypertension artérielle

VI – Energétique myocardiqueRendement du cœur

Le cœur est un muscle qui effectue un travail considérable durant toute notre vie.Le cœur éjecte 10 000 litres de sang par jour dans nos artères.

Pour réaliser ce travail il a besoin d’énergie.Pour fabriquer cette énergie il a besoin d’oxygène et de nutriments.Ceux-ci lui sont apportés par les artères coronaires qui irriguent le muscle.

La présence d’athérome dans les artères va perturber cet apport.Il y aura déséquilibre entre les besoins et les apports.Le muscle va souffrir : c’est l'ischémie myocardique.

Pour comprendre l’ischémie myocardiqueet ses conséquences, il faut connaître les déterminants du fonctionnement du cœur.

I - Définitions

1 – Définition du stress

2 - Loi de Laplace

1- Définition du Stress

FS

FS = N/m2

Le stress peut s’appliquer de façon perpendiculaire à la surface.

C’est le stress normal ou stress radial.

Le stress peut s’appliquer defaçon parallèle à la surface.

C’est le stress de cisaillement.

La pression sanguine qui s’applique sur la paroi interne des vaisseaux et des cavités cardiaques

représente un stress radial.

Le déplacement du sang dans les artères exerce sur les cellules endothéliales tapissant la paroi des vaisseaux un stress de cisaillement.

Il y a aussi un stress qui s’exerce à l’intérieur de la paroi des vaisseaux et de la paroi du

cœur.C’est ce que l’on appelle le stress

circonférentiel.

2- Loi de Laplace

rP

h

= Pr

2h

stress circonférentiel extensif

VentriculeGauche

II - Le cycle cardiaque

A - Phénomènes biochimiques

(activation-inactivation)

Phénomènes biochimiques

RS Actine

Myosine

Ca++

Ca++

RSCa++ Ca++

Ca++

Ca++

RS

Ca++

Ca++

Ca++

Ca++

Ca++

Inactivation

Activation

Ca++

Repos

II - Le cycle cardiaque

B - Phénomènes mécaniques

1 - Courbe pression-volume2 - Contraction-relaxation3 - Systole-Diastole4 - Stress radial-circonférentiel

1- COURBE PRESSION-VOLUMEPo

st c

harg

ePr

é ch

arge

P

VTS VTD Volume ventriculaire

FM

OA

contraction isovolumétriqueFA

éjection

OM

relaxation isovolumétrique

remplissage diastolique

Syst

ole

Dia

stol

eVTD – VTS = Volume d’Éjection Systolique (VES)

2- Contraction- RelaxationContraction- Processus qui développent la pression et éjectent le sang dans les

vaisseaux- Phase de contraction isovolumique et 1ère partie de la phase 2 d’éjection- Phénomènes d’activation prépondérants- Energie dépendante

Relaxation- Processus qui permettent au muscle cardiaque de revenir à son état

précontractile- 2ème partie de la phase 2, phase 3 et phase 4- Phénomènes d’inactivation prépondérants- Energie dépendante

3- Systole - Diastole en clinique

Systole :

Entre 1er bruit du cœur : fermeture de la mitrale et 2ème bruit du cœur : fermeture des valves aortiques

Diastole : tout le reste

4- Relation entre stress radial et stress circonférentiel du VG

Stress radial

Stress circonférentiel (loi de Laplace)

Pression dans cavité

P

=Pr2h

III- Déterminants de la relation pression-volume

A - ElasticitéB - ContractilitéC - PréchargeD - Post-ChargeE - SynthèseF - En réalité… (loi de Franck- Starling)

Deux déterminants surtout fonction des propriétés intrinsèques du muscle cardiaque

.élasticité

.contractilité

Deux déterminants surtout fonction des conditions de charge dans lesquelles le muscle cardiaque travaille

. précharge

. post-charge

A- Elasticité

Elle s’apprécie lors du remplissage diastolique

Elle détermine la forme de la courbe P.V. lors du remplissage

Elle traduit la qualité de l’inactivation

Mesure : on mesure la compliancePv

A - Elasticité myocardique

Elasticité ou relations pression-volume en diastole

P

PTD

VTDVol

Définit la façon dont le ventricule se laisse distendre passivement en diastole

Mesure: ∆V sur ∆P

Pour k’ > k laCompliance diminue

kk’

VTD’

B - ContractilitéCapacité du muscle cardiaque à générer une force pour une précharge donnée

C’est l’expression de l’intensité de l’activation

Mesure : la droite d’élastance maximale

PTS PTSC = en pratique

VTS – d VTS

B - Contractilité ou relations pression-volume en fin de systoleP

VolVTS

Définit la relation pression-volume en fin de systole (résultat de la phase « active » de la contraction).

PTSCourbes de type :P(v) = c.v - dAvec c = contractilitéOn s’intéresse surtout au pointPTS = c.VTS - d

Pour c’ > cContractilité augmentée

cc’

VTS’d

C - Précharge

Stress régnant dans la paroi en fin de remplissage

La forme de la courbe P = f (v) est déterminée par l’élasticité du myocarde

La situation du point de fin de remplissage sur cette courbe est déterminée par la valeur du retour veineux

Mesure : pression dans ventricule gauche en fin de remplissage

C - Précharge

FMPTD

P

Vol

PTD’ FM’

VES

retour veineux VTD suivant la complianceJusqu’à la pression de fermeture de la valve d’admission (PTD’).

VTD VES débit

k

c

D- Post-charge

C’est le stress circonférentiel maximal développé par le myocarde

La post charge correspond à l’ensemble des forces qui s’opposent à la sortie du sang du ventricule gauche :Pression aortique, Athérome, diamètre des sténoses, viscosité du sang …

Mesure : Pression ventriculaire gauche télésystolique

D - PostchargeLiée aux résistances à l'éjection du ventricule

P

VolVES

Postcharge VTS VES débit

k

c

E - Synthèse

B

A

Le point A dépend de l’élasticité et de la pré-charge

P

VTS VTD Vol

PTSLe point B dépend de la post-charge et de la contractilité

PTD

F- Interaction entre les conditions de charge et les propriétés intrinsèques du coeur

1 - Loi de Franck-StarlingEtirement du muscle --> degré d’intensité del’activation ---> donc de la contractilité

2 - En résuméPréchargePostchargeContractilité

Ne sont pas des grandeurs indépendantes

COURBE PRESSION-VOLUMEPo

st c

harg

ePr

é ch

arge

P

VTS VTD Volume ventriculaire

FM

OA

contraction isovolumétriqueFA

éjection

OM

relaxation isovolumétrique

remplissage diastolique

Syst

ole

Dia

stol

e

IV- Performance cardiaque

But : assurer un débit de sang adapté aux besoins des tissus

Mesure : quantité de sang éjecté à chaque minute

Cette performance dépend :- des propriétés intrinsèques du cœur, de

l’élasticité, de la contractilité- des conditions de charge, de précharge, de

post-charge

Mesure des volumes Volumes instantanés : VTS et VTDEchocardiographieIRM (séquences dynamiques)Cathétérisme + injection de produit de contraste + clichés radio

Mesure des axes et calcul des volumes (souvent avec hypothèse géométrique) :Fraction d’éjection FE = VTD – VTS

VTD

FE normale = (ou >) 60%

P.Y Marie CHU Nancy

Radioactivité mesurée:

Temps

TD

TSRA = Vol x Concentration Radioactive (C)

VTDxC - VTSxCVTDxC

RA*TD – RA*TSRA*TD = VTD - VTS

VTD= = FE

Systole1/3

Diastole2/3

Courbe volume - tempsMédecine nucléaire: marquage radioactif des globules rouges,Images dynamiques et mesure de la radioactivité au cours du temps

Mesure des volumes

V - Deux Exemples :

Insuffisance cardiaque

Le coeur n’éjecte pas assez de sang.

Comment augmenter le VES?

Exemple

Ischémie1- diminution de l’élasticité2- diminution de contractilité

Corrections1- diminuer la post charge2- augmenter la contractilité3- augmenter la précharge

contractilité: IVG systolique compliance : IVG diastolique

P P

VES (Car VTS2 > VTS1)

VES (Car VTD2 < VTD1)

Autre Exemplel'hypertension artérielle augmentation de la postchargeEffet initial :

P P

Vol VolVES VES =

Réaction: contractilité

VI - Energétique myocardique

Déterminants de la consommation d’O2

1 - Stress intramyocardique2 - Fréquence cardiaque3 - Contractilité myocardique4 - Travail externe : P x VES5 - Travail cinétique : 1/2 mv2

Mesure clinique : produit : FC x Psyst.

Rendement du cœurTravail externeConsom. d ’O2

= 5 à 20%

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