UE13 – Appareil cardiovasculaireDr Fabien GUIMIOT7/02/2019 13h30 – 15h30Ronéotypeur : Téo GABOURGRonéoficheur : Charlotte HEARN

Cours 5

Embryologie cardiovasculaire – Partie 1

Le professeur a accepté de relire la ronéo, nous vous ferons parvenir la version corrigée au plus vite. Selon le professeur les points importants sont les cloisonnements des cavités cardiaques, les 3 grands mécanismes (boucle droite, convergence et Wedging). Il faut avoir compris comment on passe d’un tube à un coeur à 4 cavités. Il ne rentrera pas trop dans le détail pour les questions au partiel.

OP : oreillette primitive CAV : canal atrio-ventriculaire AC : aire cardiaque TEP : tube endocardique primitifVC S/I : veines caves inférieure/supérieureSI : septum intermédiumCIV : communication inter-ventriculaireCIA : communication inter-atrial

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Sommaire

Introduction

I. Mise en place du mésoblaste cardiaque (détermination du situs viscéral)

II. Formation des tubes endocardiques primitifs

III. Le réseau vasculaire ovulaire

IV. La structure du tube cardiaque

V. Évolution du tube cardiaque J21-J40 : le cloisonnement

A. La boucle droite

B. Convergence

1) Cloisonnement de l’oreillette primitive (OP)

2) Cloisonnement des ventricules primitifs

3) Le cloisonnement du canal atrio-ventriculaire (CAV)

C. Wedging : formation et septation de la voie d’éjection

VI. Evolution du sinus veineux

VII. Histogénèse cardiaque

A. système de conduction

B. Compaction et formation des valves auriculo-ventriculaires

VIII. Les Arcs aortiques

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Introduction

Le coeur se met en place au moment de la gastrulation à J16, par la migrationdes cellules de l’épiblaste au niveau de la ligne primitive. Ces cellules, qui sesont transformées en cellules mésoblastiques et font donc partie du mésoblastelatérale, vont continuer à migrer en avant de la membrane pharyngienne dansune région appelée l’aire cardiaque (AC).

Une fois arrivée au niveau de l’aire cardiaque, les cellules mésoblastiquess’agencent et se différencient pour former des tubes endocradiques. Cettemigration se déroule de J16 (gastrulation) jusqu’à J50.

I. Mise en place du mésoblaste cardiaque (détermination du situs viscéral)

La détermination de la position du coeur à gauche (ou situs viscéral)se fait grâce à un certain nombre de gènes, exprimés par les cellulesde la chorde et du nœud de Hensen.

L’expression du coté gauche de Shh (Sonic HedgeHog) induit d’autresfacteurs de transcription (morphogènes) tel que Nodal, lefty2, et Pixt2.Ces facteurs vont déterminer l’orientation du coeur.

Les cellules qui constituent le nœuds de Hensen sont des cellulesciliés, qui battent et impriment un mouvement vers la gauche au fluxde molécules. Il en résulte une expression prépondérantes de cesmorphogènes à gauche.

La formation du coeur commence à partir des cellules mésoblastiquesau niveau de l’aire cardiaque qui se différencient, à partir de S3 – S4, encellules myocardiques (cellules musculaires du coeur). Ces cellulesforment alors deux tubes endocardiques primitifs.

PN : Plaque neuraleAD : Aorte dorsale

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II. Formation des tubes endocardiques primitifs

Les vaisseaux se forment dans le mésoblaste splanchnique antérieur.

Il faut bien comprendre que initialement il n’y a qu’un seul tube dechaque coté et que c’est lors de la délimitation, lorsque l’embryon serepli sur lui-même qu’on aura la formation des TEP et des aortesdorsales. Les TEP qui sont situés latéralement par rapport aux aortesvont se retrouver en position ventrale et les aortes, qui au finalfusionneront, se retrouvent en position dorsale.

Une fois que l’embryon est complètement délimité, les TEP seretrouvent au sein d’une cavité, la cavité péricardique (1), bordée parla splanchnopleure (2). En surface la cavité péricardique est bordé parde la somatopleure intra-embryonaire (3).

Ensuite les deux tubes endocardiques se rapprochent et fusionnent pour ne former qu’un seul tube cardiaque.

Finalement le coeur commence à battre au 21e jour.

Il faut différencier les aortes ventrales qui proviennent du basculement des tubes cardiaques en position ventrale etles aortes dorsales

III. Le réseau vasculaire ovulaire

Ainsi, le coeur a basculé en position ventrale. Il est constitué du tube cardiaque qui est segmenté avec un pôle veineux (sinus veineux sur le schéma) et un pôle artériel (sac aortique sur le schéma). Le pôle veineux reçoit les veines issues du réseau vitellin, les veines ombilicales et les veines cardinales antérieureset postérieures. Ces veines cardinales se jettent dans un canal commun appelé canal de Cuvier. Tous ces réseaux sont pairs.Le pôle artériel, qui est lui aussi divisé en deux parties (le conus et le troncus), donne naissance aux deux aortes ventrales, issues du basculement du TEP en position ventrale. Les aortes ventrales se poursuivent par les aortes dorsales qui ont fusionnés pour ne former qu’une seule aorte dorsale.Les aortes ventrales et dorsale sont connectées par 6 arcs aortiques, qui, en fonction de leur régression, vont configurer l’anatomie vasculaire de la région du cou.

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Gelée cardiaque3

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Le sang chemine ensuite à travers les artères vitellines. Le réseau vitellin sert essentiellement à créer des cellules sanguines de façon transitoire. Lorsqu’il n’est plus fonctionnel, le réseau chorio-allantoïdien (futur réseau ombilical) prend le relais. Du coup, les artères ombilicales récupèrent le sang de l’aorte dorsale puis le font transiterà travers les villosités du placenta, où il sera réoxygéné, filtré et rechargé en nutriments.

IV. La structure du tube cardiaque

A ce moment du développement, le tube cardiaque est creux, il n’ya pas de cavités. Il est constitué de cellules endothéliales, et estappendu dans un tissu qui correspond embryologiquement à de lasplanchnopleure .

Autour du tube cardiaque, on trouve la gelée cardiaque qui estconstitué de cardiomyocytes.

CPP : cavité péricardique primitiveCA : cavité amniotique

V. Évolution du tube cardiaque J21-J40 : le cloisonnement

Le cloisonnement va permettre de passer d’un coeur à l’état de tube cardiaque à un coeur à 4 cavités. Il se déroule en trois étape : la boucle droite, la convergence et le Wedging

Le flux sanguin va participer à la détermination des modificationsinternes du coeur. En effet, avant le cloisonnement, un seul fluxsanguin circule du pôle veineux au pôle artériel du coeur.

La mise en place de la boucle droite entraine la création d’un flux qui se contorsionne.

Puis lors du cloisonnement des ventricules et des oreillettes, laformation de crêtes sur les parois du tubes cardiaque entraine lacréation d’un second flux vasculaire parallèle au premier. Cephénomène est appelé la délamination du flux. Ainsi on se retrouveavec un flux qui correspond aux voies gauche du coeur et un autre fluxpour les voies droites. A la fin du cloisonnement les deux flux seront séparés par les septa.

A. La boucle droiteA la fin de la 4e semaine, l’embryon est délimité et le tube cardiaque est constitué de plusieurs parties :

• Le pôle veineux ou sinus veineux, qui reçoit les veines cardinales antérieur et postérieur, les veines vitellines et les veines ombilicales

• l’oreillette primitive,• le ventricule primitif, qui est lui même divisé

en deux portions• le conus • le troncus ou sac artériel, d’où émerge les

deux aortes ventrales

Conus et troncus forment le pôle artériel.

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Voie d’ejection

Voie d’admission

splanchnopleure

Cellules endothéliales

La première modification du tube cardiaque est l’apparition d’une boucle droite qui a pour conséquence de faire basculer l’oreillette primitive au dessus du ventricule primitif. Le pli primitif correspond à la limite entre le ventricule primitif et le conus.

B. ConvergenceLe phénomène de convergence permet l’alignement des cavités cardiaques, des septa (auriculaires, ventriculaires etartériels) et des orifices auriculo-ventriculaire et ventriculo-artériel. On observe aussi pendant la convergence, une croissance des ventricules.

L’alignement des septa et des orifices se déroule pratiquement au même moment :• Alignement des septa

(1) Ce septum séparera le tronc artériel en artère pulmonaire et en aorte(2) Septum inter-atrial(3) Septum inter-ventriculaire

CT : Conus et Troncus, tronc artérielO : oreillettes primitivesVG/VD : ventricules gauche/droitCAV : Canal atrio-ventriculaire

Au début, on a un seul orifice auriculo-ventriculaire (CAV ou canal atrio-ventriculaire sur le schéma) situé dans le futur ventricule gauche. Celui ci va s’étendre jusqu’à la partie droite du ventricule primitif.

• Alignement des orifices

cercle rouge (1) : orifice auriculo-ventriculaire entre le ventricule primitif et l’oreillette primitive

cercle jaune (2) : orifice ventriculo-artériel entre le ventricule primitif et les troncs artériels

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Lorsque le cloisonnement sera terminé, l’orifice auriculo-ventriculaire sera divisé en deux et formera les valves atrio-ventriculaires (mitrale pour le VG et tricuspide pour le VD). De la même façon, l’orifice ventriculo-artériel, dans sa partie droite, formera le tronc de l’artère pulmonaire et dans sa partie gauche formera le tronc de l’aorte.

1) Cloisonnement de l’oreillette primitive (OP)Le cloisonnement de l’OP se fait par la formation de deuxsepta :- le septum primum - le septum secondum

Formation du septum primumIl pousse du haut de l’OP vers le bas jusqu’à l’orificeauriculo-ventriculaire et sépare l’OP avec d’un coté, lesveines caves et de l’autre coté, les veines pulmonaires. Au début, le septum primum est musculaire puis ens’allongeant, il s’amincit et devient membraneux.

En même temps se forme un autre septum, perpendiculaireau septum primum, au niveau de l’orifice auriculo-ventriculaire : c’est le septum intermédium (SI). Il estresponsable de la séparation entre les oreillettes et lesventricules.

Lors de la croissance du septum primum, celui-ci va se percerde petits trous, qui, à la fin de la croissance du septum, seréuniront pour former l’ostium secondum.

Formation du septum secondumA droite du septum primum, du coté des veines caves, seforme le septum secondum. Il croit en recouvrant l’ostium secondum et fusionne avec le SI. Cependant il n’est pas tout à fait complet et un orifice persiste : le foramen ovale.

Le foramen ovale à une grande importance physiologique car il permet au sang de passer d’une oreillette à l’autre. En effet, le septum primum et secondum ne sont pas collés ainsi le sang de l’oreillette droite peut passer à travers leforamen ovale, se glisser entre les deux septa puis ressortir dans l’oreillette gauche par l’ostium secondum. Ce passage de sang est important lors de la vie foetal : en effet, le fœtus ne respire pas, du coup les poumons n’ont pas besoin d’être autant vascularisé, c’est pour ça que 80 % du sang arrivant par les veines caves passe directement dans l’atrium gauche pour être expulsé dans l’aorte plutôt que de passer dans le ventricule droit et être expulsé dansles artères pulmonaires.

remarque : trou de botal = ostium secondum

2) Cloisonnement des ventricules primitifs

(1) : le pôle artériel avec l’orifice ventriculo-artériel

(2) : les ventricules avec l’orifice auriculo-ventriculaire

(3) : septum inter-ventriculaire

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Le mécanisme de cloisonnement des ventricules est assez similaire à celui des oreillettes. Il commence avec la formation du septum inter-ventriculaire qui va cloisonner l’orifice auriculo-ventriculaire et les ventricules mais aussi l’orifice ventriculo-artériel et le tronc artériel. Au début, cette séparation est déséquilibrée puis au fur et à mesure de la croissance des septas, ils vont s’équilibrer et s’aligner avec les septa inter-atrials.Ainsi le VD est séparé du VG et le tronc de l’artère pulmonaires est séparé de l’aorte.

C’est grâce à cet équilibre que l’on peut faire à la naissance le diagnostic d’hyper/hypoplasie myocardique. A la naissance, en situation physiologique, les ventricules, le tronc de l’artère pulmonaire et de l’aorte sont équilibrés.

La partie du septum interventriculaire qui fusionne avec le septum intermédium n’est pas musculaire mais membraneux. En pathologie, cette partie du septum peut ne pas être complètement fermé et entrainer une communication inter-ventriculaire (CIV)

3) Le cloisonnement du canal atrio-ventriculaire (CAV)

Après l’alignement du septum interventriculaire (1), le septum intermédium va croître jusqu’à former les deux valves atrio-ventriculaires. Le septum intermédium est constitué de 5 bourgeons, 2 à droite, 1 à gauche et 2 au milieux qui vont fusionner. Ces bourgeons formeront les futurs cuspides des valves atrio-ventriculaires :

- La valve tricuspide, formée par les 3 bourgeons de droite (2 bourgeons à droite plus celui du milieu)- La mitrale, formée par les 2 bourgeons de gauche (un bourgeon à gauche plus celui du milieu)

C. Wedging : formation et septation de la voie d’éjectionLes ventricules et les oreillettes sont cloisonnés. Au niveau du tronc artériel (voie d’éjection), seul la partie initiale, située avant le conus et le troncus, est séparée par le septum interventriculaire. Le conus et le troncus forment encore une voie unique. Cette septation permet donc de délimiter l’aorte de l’artère pulmonaire.

• Cloisonnement du conus

jonction avec le troncus

le conus

bourgeon endocardique

la jonction en oreillette etventricule

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1 3

A

Vue du dessus

B

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Le cloisonnement de cette partie du tronc artériel est la dernière à se mettre en place. Elle commence par la formation de 4 bourgeons endocardiques, qui se placent l’un en face de l’autre (A/B et 1/3) et perpendiculairement. Grâce à l’alignement de ces bourgeons, lors de la fusion on va obtenir un septum hélicoïdal. Cette torsion du septum fait passer le tronc de l’artère pulmonaire en avant du tronc de l’aorte.

Plus tard, avec la croissance des ventricules, le conus sera incorporé aux ventricules. Seul la partie droite persistera au niveau du VD, et cette partie sera appelé l’infundibulum. La partie gauche du conus va, quant à elle, complètement disparaître.

La persistance de la partie droite du conus (partie initiale de l’artère pulmonaire) entraine une séparation physique entre la valve pulmonaire et la valve mitrale, alors qu’à gauche, la disparition de la partie gauche du conus entraine une proximité plus importante entre la valve aortique et la valve tricuspide, ces deux valves sont en continuité (=continuité mitro-sigmoïdienne). Le septum conal est ce qu’il reste du conus qui s’est incorporé dans le ventricule droit. Cette bandelette musculaire sépare physiquement la valve pulmonaire de la valve tricuspide.

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Ce décalage entre l’orifice pulmonaire et tricuspide a une importance physiologique et une continuité entre ces deux orifices est signe de malformation cardiaque.

• Cloisonnement du troncus Le cloisonnement hélicoïdale, commencé dans le conus, se poursuit au niveau du troncus grâce aux mêmes bourgeons qui sont apparues dans le conus. Le cloisonnement du toncus permet le position définitive de l’artère pulmonaire en position antérieur et de l’aorte en position postérieur.

(1) : septum hélicoïdal duconus

(2) : septum hélicoïdal dutroncus

En pathologie, une transposition est une anomalie de cloisonnement du conus et du troncus. La torsion du septum n’a pas eu lieu. Les vaisseaux qui vont en sortir seront plus ou moins parallèles et l’artère pulmonaire émergera ducoeur à la droite de l’aorte.

VI. Evolution du sinus veineux

Le pôle veineux est constitué :• des veines cardinales antérieures (VCant)• des veines cardinales postérieurs (VCP)• des veines ombilicales (VO)• des veines vitellines (VV)

Toutes ces veines sont paires et se jettent dans un canal commun : le canal de Cuvier.

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L’évolution de ce sinus entraine la régression quasi totale de la partie gauche du sinus. Le canal qui persiste, sera à l’origine du sinus veineux coronaire du coeur.

La partie droite du sinus veineux persiste : • la veine cardinale antérieure donnera la veine cave supérieure• la veine vitelline droite donnera la veine cave inférieure

Le mécanisme de formation des veines pulmonaires n’est pas connu.

VII. Histogénèse cardiaque (Le professeur a dit qu’on aurait un cours entier sur l’histologie cardiaque plus tard dans le semestre. Il ne s’est donc pas trop attardé sur cette partie.)

A. système de conductionIl existe trois nœuds ou faisceaux à l’origine de la transmission et du contrôle de l’influx nerveux :

• le nœud sino-atrial, situé dans la paroi dorsale de l’oreillette droite,• le nœud atrio-ventriculaire, situé au niveau de la valve atrio-ventriculaire droite,• le faisceaux de His, qui est dans la continuité du nœud atrio-ventriculaire, se partage pour innerver les deux

ventricules.

Au niveau embryologique, les cellules nerveuses, qui composent lesystème de conduction, proviennent de cellules mésenchymateusesqui se différencient en cellules myocardiques. Elles vont alorsexprimer les gènes permettant de produire l’enzyme de conversionde l’endothéline 1 (ET1). Cette enzyme induit un signal permettantaux cellules qui l’exprime d’avoir une activité pacemaker (=créationdu rythme cardiaque).

B. Compaction et formation des valves auriculo-ventriculairesAprès la formation des valves, à partir des bourgeons endocardiques, la partie musculaire proche de ces valves va progressivement s’affiner pour former un cordage qui sera relié à une partie musculaire loin de la valve, qui persiste et forme un pilier.

En même temps, on a un phénomène de compaction : au niveau des ventricules, les cellules myocardiques se rapprochent les unes des autres et établissent des jonctions. Ainsi, la couche externe du coeur, du coté de l’épicarde,se densifie et on observe un rapprochement des cellules, permettant une meilleure transmission et synchronisation

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Faisceau de His

Nœud Sino-atrial

Noeud atrio-ventriculaire

des contractions du coeur. Les 2/3 internes du coeur ne subissent pas cette compaction et conservent des trabéculations. La compaction a lieu dans le VG puis le VD.

Un foetus atteint d’une anomalie de la compaction et du système de conduction pourra présenter des troubles du rythme ainsi qu’une fibrose sous-endocardique.

VIII. Les Arcs aortiques

En fin de 3e semaine, après la délimitation, des vaisseaux se forment entre l’aorte ventrale et l’aorte dorsale. 6 vaisseaux vont ainsi anastomoser l’aorte ventrale et dorsale et formeront les arcs aortiques. D’un point de vue embryologique, les 6 arcs aortiques correspondent aux 4 arcs branchiaux (deux arcs aortiques transitent dans le même arbre branchial). Par l’intermédiaire de ces arcs aortiques transitent des cellules des crêtes neurales qui vont contribuer au cloisonnement du coeur en particulier le cloisonnement du troncus et du conus.

C’est pour cela que les pathologies du septum conal (CIV du septum conal, anomalies des gros vaisseaux) peuvent avoir comme origine des anomalies des cellules des crêtes neurales (=neurocristopathies).

Un certain nombre de ces arcs aortiques vont persister ou régresser pour former tous les vaisseaux de la région du cou :

• le tronc de l’artère pulmonaire (6) ainsi que ses branches droites et gauches dérivent du 6e arc,• le tronc de l’aorte (4) dérive du 4e arc aortique, • à partir du 3e arcs se forment les vaisseaux supra-aortiques (3), (tronc brochio-céphalique, carotide

commune gauche et subclavière gauche). Les autres arcs aortiques vont régresser.

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Il existe des anomalies dans la régression/persistance des arcs, notamment au niveau du 4e et 6e arcs aortiques. Normalement, on a une rupture au niveau de la flèche pour former l’aorte définitive et la séparer du tronc brachiocéphalique. Cependant il peut arriver que cette rupture se fasse au niveau de la flèche rouge une sous clavière retro-œsophagienne. La personne sera donc dépourvu de tronc brachio-céphalique droit

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Charlotte :• Dédicaces Au Kikigang aka chalet N1 aka la nouvelle famille sans qui le kakaow n’aurait aucun sens • A mes co-stagiaires LG et Antoine qui rendent mes jeudi matin avec Corinne encore plus fun • Et à Tom, mon fidèle compagnon du mois de septembre (tu m’as presque menacé pour cette dédicace, je

m’exécute)

Téo :• dédidédicace aux KAKAAAAAAAOOOWW • ptite pensé à ma marraine et ses talents légendaires au beer pong• à Aude aka Marine qui pense que je dors dans un bananier • à celle qui m’appelle toujours « MON CO-STAGIAIRE !!!! » • à la team Latino qui m’ont gentiment accepté et grâce à qui je vais pouvoir être tchatcheur en soirée• à la team de basket qui se branle pendant que je suis pas là• à la team Pompom et sa VP qui devrait arrêter de faire semblant d’être une sainte• aux membres de l’AVC qui sont beaucoup plus sympa quand ils portent pas leur pull (stp faites pas sauter ma caution)

• à tous ceux que j’ai oublié pcq j’ai dû me dépêcher pcq ça fait 4h que j’aurais du envoyer cette ronéo• et bien sur grosse dédicace à tous les jeun’s de cette fac !

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