LA POMPE CARDIAQUE

LA POMPE CARDIAQUE

I - Myocytes cardiaques

Ponts actine-myosine, tropomyosine et troponines (50-60 %)

Canaux calciques

Réticulum sarcoplasmique

Mitochondries

Très grande densité capillaire

Fibre musculaire

1 fibre 1 myofibrille

Bandesombre

Bandeclaire

Ligne Z

ActineMyosine

1 sarcomère

Disque Z

Actine

Myosine

Structure hexamérique2 fois plus de filaments d ’Actine que de filaments de Myosine

1 sarcomère

Filament fin d’actine

Sites de liaison de l’Actine (à la Myosine)

Site ATPasique

Queue (chaînes lourdes)

Site de liaison de la Myosine (à l’Actine)

Tête

Filament épais

de Myosine

Chaîneslégères

Troponines C, I & T

Tropomyosine

Troponine C Troponine I

TropomyosineTroponine T

Actine

Actine

Actine

ActineCa2+

Myosine

Myosine

Coupe transversale du filament fin d’actine au niveau du complexe troponine-tropomyosine.


TropomyosineTroponine T Ca2 +

Actine

Actine

A

ACa2+

Myosine

Myosine

Coupe transversale du filament fin d’actine au niveau du complexe troponine-tropomyosine.La fixation de 3 ions calcium entraîne un changement conformationnel de la tropomyosine et de la troponine


TropomyosineTroponine T Ca2 +

Actine

Actine

A

ACa2+

M

M

Coupe transversale du filament fin d’actine au niveau du complexe troponine-tropomyosine.La fixation de 3 ions calcium entraîne un changement conformationnel de la tropomyosine et de la troponine permettant l’interaction de la tête de myosine sur l’actine.

cti

cti

Ca++

ActineSite deliaison

Tropomyosine

Troponine( i, c, t )

Tête deMyosine

1

2

3

REPOS

cti


Tropomyosine


Tête deMyosine

2

REPOS ACTIVATION

cti

Ca++

1

cti


Tropomyosine


Tête deMyosine

2

REPOS ACTIVATION

cti

Ca++

1

cti

cti


Tropomyosine


Tête deMyosine

1

2

3

REPOS ACTIVATION

90° 45°

ADP

Pi

Myosine

ADP

-

AM+.D.Pi 12 AM*.D.

Pi

Ca++

accrochage

pivotementdécrochage ADP

+ PiATP

A

M

Glissement du filament d’A

[ADP + Pi ] 1

23

0

Cycle des ponts Actine - Myosine: métabolisme

Ca++

accrochage


+ PiATP

A

M


1

23

Cycle des ponts Actine - Myosine

0[ADP + Pi ]

Ca++

accrochage


+ PiATP

A

M

1

23



0[ADP + Pi ]

Ca++

accrochage

pivotementdécrochage

redressement

ADP + Pi

ATP

A

M

[ATP --> ADP + Pi + W] 1

23

4


Ca++

accrochage

pivotementdécrochage

redressement

ADP + Pi

ATP

A

M

Le cycle se poursuit tant que (Ca++) reste > 10-6 M / l

[ATP --> ADP + Pi + W] 1

23

4


B - Contraction isométrique - Loi du coeur de Starling

La force développée lors de la contraction myocardique croît avec l’étirement jusqu’à une valeur optimale

Coeur entier : la force d’étirement est la PRECHARGE VENTRICULAIRE

F(Pression)

Ca++

ß-1Fmax

Courbe active

Courbe passive

Li Li optimale

(Volume)

~~~~




F(Pression)

Ca++

ß-1Fmax

Courbe active

Courbe passive

Li Li optimale

(Volume)

~~~~




F(Pression)

Ca++

ß-1Fmax

Courbe active

Courbe passive

Li Li optimale

(Volume)

~~~~

Z I A H A I Z

1.6 µ

3.6 µ

1.5 µ

2.0 µ

2.2 µ

ADouble

chevauchement

BChevauchement

optimal

CAbsence de

chevauchement> 3.6 µ

2.2 µ

1.6 µ

2.0 µ

L

F

Li opt

Loi du coeur de Starling à l’échelon moléculaire: Chevauchement actine-myosine : fonction de l ’étirement des sarcomèresForce et vitesse de contraction croissent de A à B puis diminuent de B à C

1 µ 1 µ

A

B

C

Z I A H A I Z

1.6 µ

3.6 µ

1.5 µ

2.0 µ

2.2 µ

ADouble

chevauchement

BChevauchement

optimal

CAbsence de


2.2 µ

1.6 µ

2.0 µ

L

F

Li opt


1 µ 1 µ

A

B

C

Z I A H A I Z

1.6 µ

3.6 µ

1.5 µ

2.0 µ

2.2 µ

ADouble

chevauchement

BChevauchement

optimal

CAbsence de


2.2 µ

1.6 µ

2.0 µ

L

F

Li opt


1 µ 1 µ

A

B

C

C - Contraction hétérométrique (isotonique) : post-chargeContraction musculaire avec raccourcissement : phase d’éjection ventriculaire

Pour le coeur entier : POST-CHARGE = pression aortique

Contraction isotonique

C

Contraction isométrique

B

Étirement(pré-charge)

A

ECECEC

EEEE

ChargePostCharge

A B C

dl/dt

Charge

TempsStimulation

Rac

cou

rcis

sem

ent

For

ceEE

Charge




C


B


A

ECECEC

EEEE

ChargePostCharge

A B C

dl/dt

Charge

TempsStimulation

Rac

cou

rcis

sem

ent

For

ceEE

Charge




C


B


A

ECECEC

EEEE

ChargePostCharge

A B C

dl/dt

Charge

TempsStimulation

Rac

cou

rcis

sem

ent

For

ceEE

Charge




C


B


A

ECECEC

EEEE

ChargePostCharge

A B C

dl/dt

Charge

TempsStimulation

Rac

cou

rcis

sem

ent

For

ceEE

Charge




C


B


A

ECECEC

EEEE

ChargePostCharge

A B C

dl/dt

Charge

TempsStimulation

Rac

cou

rcis

sem

ent

For

ceEE

Charge

D - Effet des variations de la pré-charge et de la post-charge

V0 Longueur Précharge (g) (mm)

0,2 8 0,4 8,6 0,6 9

10 8 6

4 2 0

Vitesse deRaccourcissement

(mm/s)

10

8

4

4

2

0

0

0

Raccourcissement(mm)

Travail(g.mm)

Puissance(g.mm/s)

0,5 1 1,5 2 2,5

POST-CHARGE (g)

Vitesse deRaccourcissement

POST-CHARGE

Ca++, ß1+

Basal

Ca-

T

V - Extensibilité et contraction du tissu myocardique

A - Extensibilité du muscle cardiaque relaxé

625 -

500 -

375 -

Tension 250 - (µg)

125 -

0 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4

Longueur du Sarcomère (µm)

Tension Myocarde

∆T Muscle squelettique

∆T

∆L ∆L ’ Longueur

Compliance : ∆L / ∆T > ∆L’ / ∆T’

FIBRE MYOCARDIQUE

SARCOMERE

Hypertrophie

Fibrose Péricardite constrictive

= Compliance diminuée

Pression N

∆P ’

∆P

volume télé volume volume télé systolique diastolique (VTS) (VTD)

BASES MOLECULAIRES DE LA COMPLIANCE MYOCARDIQUE: 1. TITINE

TITINE 2. COLLAGÈNE BANDE ACTINE Z MYOSINE ACTINE

TITINE ACTINE MYOSINE ACTINE

TITINE ACTINE MYOSINE ACTINE

VENTRICULEGAUCHE

Réticulum sarcoplasmique : Réserve calcique en réseau intracellulaire

Tubules Reticulum Myofibrilles Transverses Sarcoplasmique

Ouverture des TT dansl’espace extracellulaire

Membrane cellulaire

Ph.lamban

~

~3Na+

2K+

RS

SERCA

Canal calciquede type L

Rc Ryanodine

Calséquestrine

~

Ph.lamban

~

~3Na+

2K+

RS

SERCA


Rc Ryanodine

Calséquestrine

~PA

Ph.lamban

~

~3Na+

2K+

RS

SERCA


Rc Ryanodine

Ca++

Calséquestrine

~PA

Ph.lamban

~

~3Na+

2K+

RS

SERCA


Rc Ryanodine

Ca++ Ca++Calséquestrine

~

Canal calcique du Réticulum Sarcoplasmique

CaL <--- Profil ---> RSRécepteur à la Ryanodine

Face sarcoplasmique

Ph.lamban

~

~3Na+

2K+

RS

SERCA


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

~

Ca++

~3Na+

2K+

RS

SERCA


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

~

Ca++

~3Na+

2K+

RS

SERCA


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

~

Ca++

+

3Na+

Ca++

~3Na+

2K+

+

RS

SERCA


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

~

Ca++

Ca++

+

3Na+

Ca++

~3Na+

2K+

+

10-3 M

RS

SERCA


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

~

Ca++

Ca++

+

3Na+

Ca++

~3Na+

2K+

+

10-3 M

RS

SERCA


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

~

Ca++

Ca++

+

3Na+

Ca++

~3Na+

2K+

+

10-3 M

RS

SERCA

Adr

Adr


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

~

Ca++

Ca++

+

3Na+

Ca++

~3Na+

2K+

+

10-3 M

RS

SERCA

Rß1

R1

Adr

Adr


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

~

Ca++

Ca++

+

3Na+

Ca++

~3Na+

2K+

+

10-3 M

RS

SERCA PLC PKC

Rß1

R1

Adr

Adr


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

~

Ca++

Ca++

+

3Na+

Ca++

~3Na+

2K+

+

10-3 M

RS

SERCA PLC PKC

AdCy AMPcGs

Rß1

R1

Adr

Adr


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

~

Ca++

Ca++

+

3Na+

Ca++

~3Na+

2K+

+

10-3 M

RS

SERCA PLC PKC

AdCy AMPcGs

+

Rß1

R1

Adr

Adr


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

~

Ca++

Ca++

+

3Na+

Ca++

~3Na+

2K+

+

10-3 M

RS

SERCA PLC PKC

AdCy AMPcGs

+

Rß1

R1

RMusc.

Ach

Adr

Adr


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

~

Ca++

Ca++

+

3Na+

Ca++

~3Na+

2K+

+

10-3 M

RS

SERCA PLC PKC

AdCy AMPcGs

+

AdC AMPcGi

Rß1

R1

RMusc.

Ach

Adr

Adr


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

~

Ca++

Ca++

+

3Na+

Ca++

~3Na+

2K+

+

10-3 M

RS

SERCA PLC PKC

AdCy AMPcGs

+

AdC AMPcGi

Rß1

R1

RMusc.

Ach

Adr

Adr


Rc Ryanodine


~

Ph.lamban

-

~

Ca++

Ca++

+

3Na+

Ca++

~3Na+

2K+

+

10-3 M

RS

SERCA PLC PKC

AdCy AMPcGs

+

AdC AMPcGi

NO

Rß1

R1

RMusc.

Ach

Adr

Adr


Rc Ryanodine


~

GMPc

PLB

REGULATION PAR LES B+

~

Ca++

Ca++

+

3Na+

Ca++

~3Na+

2K+

+

10-3 M

RS

SERCA AdCy AMPcGs

+Rß1Adr

Canal CaL

Rc Ryanodine

Ca++ Ca++

~

+

+

+

+

+INOTROPIE

LUSITROPIE

B1

Repos Exercice

10-7

10-5

[Ca]i(Mol/l)

Récepteur à la Ryanodine (95%)Canal calcique lent (5%)

Ca ATPase du RS

2

3

1

2

3

1

Temps (ms)

B1

Repos Exercice

10-7

10-5

[Ca]i(Mol/l)

Récepteur à la Ryanodine (95%)Canal calcique lent (5%)

Ca ATPase du RS

2

3

1

2

3

1

Temps (ms)

B2

Exercice

Tension

Repos

Temps (ms)

A. Electroanatomie1. Rappel: potentiel de repos - potentiel d’action 2. Protéines sarcoplasmiques:

Conductances ioniques et canaux Na, K, Ca, Pompe Na-Ca Régulation des canaux

3. Protéines du réticulum sarcoplasmique:Récepteur à la ryanodine, Triades, Calcium ATPase, phospholamban

4. Protéines de la conduction, Gap junction, Connexines

B. Electrophysiologie 1. Couplage excitation - contraction 2. Mouvements ioniques de la relaxation3. Automaticité, Excitabilité et Périodes réfractaires4. Propagation et conduction5. Electrocardiogramme

(msec)

0 100 200 300

Entréerapidede Na+

Entrée lente de Ca++ et Na+

> Sortie de K+

Sortie de K+

sans entrée deCa++ ni Na+

PA

(msec)

0 100 200 300

Ca++

Entréerapidede Na+

Entrée lente de Ca++ et Na+

> Sortie de K+

Sortie de K+

sans entrée deCa++ ni Na+

PA

(msec)

0 100 200 300

Ca++

Force

PA

ACTIVITE ELECTRIQUE DU COEUR3. Noeud sinusal 10. Noeud atrio-ventriculaire4. Oreillette gauche 12. Système de His-Bündel 5. Oreillette droite 13. Branches du faisceau de His

R

P T

QSE.C.G.

0 100 200 300 400 500 600 Temps (msec)

Réponses lentes : noeuds de Keith et Flack (Sinusal) et de Tawara (Auriculo-ventriculaire).Vitesse de propagation lente.

Réponses rapides : cardiomyocytes auriculaires et ventriculaires, fibres de Purkinje.

I - Potentiel de repos

+

-K

Ki = 120 mM Ke = 4 mM

A l ’équilibre : K sortant = K entrantFlux net = 0

[K]iEk = -61,5 log [K]e

Si K est le seul ion diffusible :Vm = Ek

Concentration Concentration Potentiel extracellulaire intracellulaire d’équilibre

Na+ 140 mM 10 mM 70 mVK+ 4 mM 120 mM -91 mVCa++ 2 mM 10-5 mM 132 mVVm = - 80 mV

+

-

Na+ = 10 mM K+ = 120 mM

Na+

K+

K+

Na+

Flux nets :Na+ : entrantK+ : sortantCa++ : entrant

iNa = (Vm - ENa).gNaiK = (Vm -EK).gK

Canaux Calciques

Lents Rapides

EvénementsPrimaires

(Patch clamp)

Sommationtemporelle

II - Réponse rapide

A - Dépolarisation rapide : canaux sodiques rapides dVm maximal = 100-200V/s dans les cellules myocardiques dt

dVm maximal = 500-1000 V/s dans les cellules de Purkinje dt

Na+

+ 30 mV

0 Na+

Na+

Vm

- 80 mV

Na+

Na+Na+

Canaux Sodiques

Tétramère de 6 sous-unités trans-membranairesStructure « chaîne et boulet »

B - Repolarisation précoce (partielle)

Vm

Sortie de K+ : activation de canaux ito

C - Plateau

Vm

Sortie de K+

Entrée de Ca++ : activation des canaux calciques type L, sensibles . aux inhibiteurs calciques (inhibiteurs). aux catécholamines (activatrices)

- 80 mV

t

t

1

2

B - Repolarisation précoce (partielle)

Vm

Sortie de K+ : activation de canaux ito

C - Plateau

Vm

Sortie de K+

Entrée de Ca++ : activation des canaux calciques type L, sensibles . aux inhibiteurs calciques (inhibiteurs). aux catécholamines (activatrices)

- 80 mV

t

t

1

2

D - Repolarisation finale

Vm

Sortie de K+ : augmentation des conductances au potassium (ito, ik, iK1)

- 80 mV

t

3

1

0

0

2

3

4- 90

4

Vm(mV)

ChimiqueElectrostatique

Fast Na+ K+ channel (ito) Ca++ channel K+ channels K+ channelchannel K+ channels (ik, ik1, ito) (ik, ik1) (ik, ik1)

0

0 1

1

2

2

3

3

4

4

Na+K+

Ca++ Ca++

K+ K+

K+ K+ K+ K+Na+

-

---- -

----

----

--

K+

+

+ +++ +

++ ++

++

++

++ -

--- --

----

--

-

-

- - -

---- -

----

---

---

++ + + + +

++ + +

++

++

++

gNa

gCa

gK

Temps (ms)0 100 200 300 400

Sor

tie

En

trée

V - EXCITABILITE CARDIAQUE

- 120

Réponse rapide Réponse lente40

- 80

- 40

0

0 100 200 300 0 100 200 300 time (ms)

b c

a

0

4

3

1 2

43

2

e

d

cPRRPRA

PRRPRA

Mil

livo

lts

- 100

40

- 80

- 40

0

Vm

(m

V) 20

- 20

- 60

- 100- 80

- 40

+ 20

- 20

- 60

0

Pas de canaux sodiques rapides Pas de phase 0 ni de phase 1

Durée du Cycle (DC) = 2000 ms

Durée du potentiel d’action (DPA) = 200 ms

DC = 660 ms

DC = 400 ms

DC = 250 ms

DC = 200 ms

DPA = 180 ms

DPA = 140 ms

DPA = 170 ms

DPA = 130 ms

EFFET DE LA FREQUENCE CARDIAQUE SUR LA DUREE DU POTENTIEL D’ACTION ET L’EXCITABILITE CARDIAQUE

- 100- 80

- 40

0

Cellule ventriculaire A

+ 20

- 20

- 600

12

3

4

- 80

- 40

0

Cellule du noeud sino-auriculaire

B

- 20

- 60

34

0

Potentiel « Pacemaker »

Seuil

Phénomène intrinsèque : contrôle de l’automaticité et de la rythmiciténormalement contrôlées par le noeud sino-auriculaire

VI - Excitation naturelle du coeur

CATECHOLAMINES : iCa et if (1-AMPc)ACETYLCHOLINE : gK (iK) iCaL (NO dp) et if

if

(Na+)

iCa = canaux T&L

iKSor

tie

En

trée

100 ms

mV

0

- 65

DÉTERMINANTS DE LA FRÉQUENCE

Diminution de la vitesse de dépolarisation spontanée (a b c)

NORADRENALINE : la vitesse de dépolarisation (a) Accélération de la Fréq. Cardiaque

IVABRADINE & ACETYLCHOLINE : la vitesse de dépolarisation (c) Ralentissement de la Fréq. cardiaque

Augmentation du seuil (seuil 1 seuil 2)

Augmentation du potentiel minimal ( d)Hyperpolarisation de la celluleRalentissement de la Fréq. cardiaque

Seuil

Seuil 1

Seuil 2

ca

20

0

- 20

- 40

- 60

- 80

0

- 20

- 40

- 60

- 80d

100 ms

Vm

(m

V)

b

Fermeture valve

aortiquepression aortique

Pression ventriculaire

gauche

ouverture valve mitrale

Ouverture valve

aortique

fermeture valve

mitrale

Pression(mmHg)

120

100

80

60

40

20

0 pression oreillette gauche

Débit sanguinaortique(l/min)

5

4

3

2

1

0

Volume ventriculaire(ml)

4 B1 B2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Temps (s) )

Bruits du coeur 3

ECG

S

Systole ventriculaire

Sys

tole

au

ricu

lair

e

Co n

tra c

t io n

is

o vol

.

Éje

ctio

n r

apid

e

Eje

ctio

n le

nte

Rel

axat

ion

is

ovol

.

Rem

pli

ssag

e ve

ntr

icu

lair

e ra

pid

e

Rem

pli

ssag

e ve

ntr

icu

lair

e le

ntSYSTOLE VENTRICULAIRE

Le cycle cardiaque

R

Q

P T P

PRESSION VG

PAo syst.

PAo diast.

W = P.V

Diastole

VTS VTD VG VG

VS

VOLUME VG

COURBES PRESSION - VOLUME

AUGMENTATION DE LA PRÉCHARGE

PRESSION VG

PAo S3

VOLUME VG

VES3 = 2 VES1

PAo S1

PAo D3

PAo D1

VES1

VES2

VES3

AUGMENTATION ISOLEE DE LA POST-CHARGE

ETAT INTERMEDIAIRE

PRESSION

VOLUMEVES2

VES1

VOLUME

VES3

VES1

ADAPTATION

AUGMENTATION DE LA CONTRACTILITE

PRESSION

VES1VOLUME

VES2

VES3

1

2

3

DIMINUTION DE LA CONTRACTILITE

PRESSION

VES2VOLUME

VES1

2

1

DIMINUTION DE LA COMPLIANCE

VES2

VES

PAoS

PAoD

The End

VIII - MECANISMES DES ARYTHMIES

REENTREE

A S

L R

C

B S

L R

C

C S

L R

C

D S

L R

C

ACTIVITES DECLENCHEES

mV

0

- 20

- 40

- 60

- 80

P.D.P. P.D.T.

IV - Conduction (Transmission du potentiel d ’action de cellule à cellule : disques intercalaires)

A - Conduction de la réponse rapide dépend de :- L’amplitude du potentiel d’action- La vitesse de changement de potentiel

(dVm/dt)- Le potentiel de repos

Vitesses : 0,3 à 1 m/s (cellules myocardiques)1 à 4 m/s (cellules de Purkinje)

12 à 20 nm

Desmosome, ou macula adherens

Fascia adherens

Sarcomère

Nexus, ou gap junction

DISQUE INTERCALAIRE

SarcolemneMyocyte 2 Myocyte 1

échangesioniques

propagation directe du PA

N20 m

100 m

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LA POMPE CARDIAQUE