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Le système cardiovasculaire (III) Régulation de la pression artérielle,…
Le système cardiovasculaire
Généralités
déplacement assuré par un gradient de pression grâce à une pompe cardiaque
Evolution
liquide interstitiel (plathelminthes et némathélminthes)
cœlome (triblastiques cœlomates : annélides...)
prélèvement direct : diffusion (spongiaires et cnidaires)
compartiment circulatoire (annélides, mollusques, arthropodes, vertébrés)
acquisition du milieu intérieur et système circulatoire : en relation avec le plan d'organisation des animaux
différents appareil vasculaire
incompletement clos : nombreux invertébrés
clos : vertébrés et certains invertébrés
lié au passage du milieu aquatique à aérien
simple circulation : arcs aortiques irrigant les branchies
double circulatoire : arc aoritque 6 -> artère pulmonaire
évolution du cloisonnement
2 cavités : 1 oreillette + 1 ventricule
4 cavités à partir de certains "reptiles"
système cardiovasculaire des Mammifères
organisation avec 2 circuits indépendants
circulation pulmonaire : cœur droit = propulse le sang par l'artère pulmonaire vers chaque poumon
circulation systémique : cœur gauche : propulse le sang par l'aorte en direction de tous les autres organes
organisation double
circulations assurées en parallèle entre les poumons et les organes
fonction de la nutrition (+respiration, alimentation, excrétion) : transport de nutriments, gaz, déchets + transfert de molécules et cellules de la communication intercellulaire
La pompe cardiaque : le cœur et le muscle cardiaque
muscle cardiaque : responsable du travail d'éjection du sang
le myocarde et les cardiomyocytes
cellules musculaires striées
unités répétitives = sarcomères (cf muscle)
cellules étroitement associées en un syncytium fonctionnel
segments transversaux riches en jonctions adhérentes et desmosomes
segments longitudinaux riche en jonctions communicantes
disques intercalaires = stries scalariformes (10 par cellule)
cellules à métabolisme aérobie important
dépendante myocarde : apport 02 suffisant 70-80% de l'O2 apporté par le sang)
métabo aérobie : 70% AG + 30% glucose
nombreuses mitochondries
disposition originale
anneau de tissu conjonctif fibreux : soutien + isolant
cellules nodales = pacemaker : au niveau des noeuds : prolongé par le faisceau de His et les fibres de Purkinje
cardiomyocytes à disposition spiralée autour des ventricules
myocarde: 80% du coeur + péricarde + endocarde
propriétés remarquables
excitabilité et contractiles
dépend du fonctionnement des cardiomyocytes
couplage excitation - contraction du muscle cardiaque
potentiel d'action calco - sodique
dû aux canaux ioniques
entrée NA+, ouverture canaux Ca2+, ouverture canaux K+
potentiel long en plateau
potentiel d'action myocardique et variation de la concentration intracellulaire de calcium
si CA2+ > 10^-5 : fixation de 4 atomes par SU C de la troponine -> tropomyosine change de confo -> libération liaison actine - myosine
PA : activation canaux calcim voltage-dépendants (DHPD) : entrée de calcium extracellulaire + recepteurs à la ryanodine : libération du calcium induit par le calcium
relation calcium - nombre de ponts actine - myosine possibles
relachement par les Ca2+-ATPases
potentiel d'action myocardique et excitation de la cellule
long PA : période réfractaire importante
ne peut pas se recontracter = intétanisable
= dépolarisation membranaire
PA : cellule excitable
conduction électrique et coordination de la contraction
par fibres de Purkinje et faisceu de His
nœud auriculo-ventriculaire : passage de l'activité électrique de l'oreillette au ventricule
propagation et dépolarisation de C en C par jonctions communicantes
PA diffère selon les cellules cardiaques
relation entre l'extensibilité et la force de contraction
restitution de la tension développée par les myofilaments extensibles lors du remplissage
adaptation cardiaque au taux de remplissage
pompe automatique et ajustable
fonctionnement ajustable sous l'influence du système nerveux végétatif et des catécholamines
paramètres ajustables
volume d'éjection systolique : fonction de la force de contraction des ventricules et de la volémie
fréquence cardiaque : rythme variable en focntion des besoins de l'organisme
ajustement du débit cardiaque par le système nerveux autonome (SN végétatif para et orthosympathique)
SNA : ajuste l'activité des viscères
double innervation
SN parasympathique : cellules nodales : récepteurs cholinergiques muscariniques
SN orthosympathique : cellules nodales et myocarde : récepteurs adrénergiques
effets antagonistes : SNP : ralentit la fréq cardiaque et l'amplitude de contraction (chronotrope et inotrope négatif) vs SNO : augmente la fréq cardiaque et l'amplitude de contraction (chronotrope et inotrope positif)
automatisme cardiaque, source des contractions spontanées du coeur
cellules capables de générer automatiquement un potentiel d'action : instabilité du potentiel pacemaker : canaux excitables perméables au K+ et Na+ jusqu'à l'ouverture des Ca2+
cellules pacemaker = cellules nodales + cellules cardionectrices : pauvres en myofibrilles riches en glycogène + réparties dans des centres / nœuds à activités rythmiques différentes
visualiser sur cœur isolé (ou fragment)
dépolarisation des cellules pacemaker = fréquence cardiaque
pompe contractile
pression sanguine et pompe cardiaque
mise en évidence par la prise de pouls : onde pulsatile (systole)
mise en évidence avec la mesure indirecte de la pression artérielle
disparition des bruits en compression de l'artère humérale
relachement : bruit sourd = reprise +pression maximale = pression systolique
bruits d'écoulements du sang
mise en évidence de l'éjection par visualisation
battements du coeur + arrêt cardiaque
scintigraphie de circulation sanguine (traceur radioactif marqué + caméra)
organe creux connecté au système circulatoire
les différentes régions du muscle cardiaque
vaisseaux coronaires qui irriguent le muscle cardiaque
ventricule droit, ventricule gauche , oreillette droit, oreillette gauche
entouré de péricarde : double paroi contient le liquide péricardique
organe thoracique
vaisseaux associés au cœur
tronc pulmonaire -> 2 artères pulmonaires : relié à l'aorte
veines caves : niveau de l'oreillette droite
veines pulmonaires : niveau de l'oreillette gauche
aorte : grosse artère à la sortie du coeur
muscle creux
mise en évidence : eu dans la veine cave : ressort de l'artère pulmonaire
eau dans l'artère pulmonaire : ne sort pas
fluide à sens unique
organe cloisonné
valves ventriculo-artérielles : 3 valvules semi-lunaires
valves auriculo-ventriculaires : petits clapets membraneux : déplacements passifs : sous l'effet de la poussée du sang
4 anneaux de tissu conjonctif fibreux : isolant électriquement oreillettes et ventricules
présence de valves anti-retour: entre oreillette et ventricule , entre ventricule et artère efferente
cycle cardiaque
plusieurs paramètres sont des manifestations de l'activité cardiaque et permettent la caractérisation du cycle cardiaque
capte l'activité électrique globale
variations de pression et de volume
systole ventriculaire : fermeture automatique des valvules auriculo-ventriculaires + contraction isovolumétrique des ventricules + contraction isotonique des ventricules + fermeture des valvules artérielles
diastole ventriculaire : relâchement isovolumétrique + ouverture des valvules auriculo-ventriculaires
électrocardiogramme : 3 électrodes en dérivation
courbe pression - volume + débit cardiaque = volume d'éjection systolique x fréquence cardiaque
bruits du coeur = ouverture et fermeture des valves
activité rythmique du cœur
éjection ventriculaire
début de contraction des ventricules
relâchement ventriculaire
remplissage ventriculaire
coeur au repos = diastole
détente = diastole
contraction = systole
II - La distribution du sang aux organes
Les vaisseaux permettant la circulation
Plusieurs types de vaisseaux assurant la circulation du sang
Observation de conduits contenant du sang
Observation d'artères, veines et capillaire lors de l'observation d'un organe ou d'un muscle
Le sang est contenu dans un ensemble de tubes de sections différentes
Les artères sont efférentes au coeur et les veines, afférentes au cœur. (Soit lors de l'observation du coeur de bœuf ou autre animal,compléter avec une lame pour observer les capillaires
2 grandes catégories de vaisseaux conducteurs (artères et veines) et de capillaires (zones d'échanges, reliant ces 2 types de vaisseaux)
Le sang est totalement endigué chez les Mammifères =
système circulatoire clos
.
Mise en évidence par les expériences historiques de William Harvey (16è siècle)
-> La circulation veineuse se fait en sens unique et du pognet vers le coeur + idée que le sang est poussé
Réalisation d'un point de comporession d'une artère avec une balle de tennis par exemple-> diminution de l'écoulement du sang dans le bras ce qui suggère que le sang circule di coeur vers la main dans les artères.
La pression du doigt sur la veines dilate et chasse le sang en avale du doigt (dans le sens de circulation) ce qui délontre le sens du passage du sang alors que la circulation artérielle n'est pas affectée
-> Conclusion de Harvey et établissement d'un nouveau modèle de circulation par rapport au modèle Galien
Ligature du bras avec un garrot peu serré pour faire ressortir les veines de l'avant bras et entrainer le gonflement des valvules en aval du garrot.
Artères et veines, des vaisseaux à fonctions différentes
Structure identique des vaisseaux de grande section
Média formée de muscle lisse (tunique musculo-élastique)
Aventice externe formée de tissu conjonctif
Intima associant l’endothélium, couche épithéliale mince interne et une couche de tissu conjonctif interne
Des différence entre les artères et veines
Artère à section circulaire, à paroi épaisse (riche en muscles lisses + fibres élastiques) -> variation de diamètre et élasticité source de résistance
veine à section aplatie, à paroi fine (riche en fibre de collagène) source de distension
Des différences entre les artères ou les veines
La paroi des artères évolue quand on s'éloigne du coeur
Les grosses artères élastiques comme l'aorte ou les 2 artères pulmonaires contiennent une grande quantité de tissu conjonctif fibreux (<collagène) et élastique (< élastine)
Les artères distributrices musculaires et les artérioles irriguent les organes et présentent une média plus riche en muscle lisse et moins élastique.
la paroi des veine
La paroi des veines est fine et riche en collagène, pauvre en élastine mais les grosses veines peuvent subir des étirements important
Présence de valvules "anti-reflux" dans la paroi des veines des membres (veines saphènes)
Une pression sanguine variable selon les vaisseaux en relation avec leur structure et leur position par rapport au coeur
Pression sanguine veineuse faible (15 mmHG) -> système à basse pression mais à grande capacité (5000-6000mL)
-> des vaisseaux distributeur aux fonction définies
Pression maximalee dans les artères (120-80 mmHg) -> resevoir de pression mais faible capacité (700mL)
Les capillaires et les échanges entre sang et tissus
Des segments de petite taille
Une stricture simple
Ils forment un réseau interconnecté complexe
Ce sont les plus petits vaisseaux du système circulatoire
Zones d’échange entre les compartiment sanguin et les tissus (compartiment extracellulaires ou interstitiel)
Vaisseaux situés entre les artères et les veines
Quelques organisations vasculaires originales
Les interactions entre les vaisseaux et les tissus
Des mécanismes d'échanges dépendant de nombreux paramètres
Le devenir du liquide interstitiel non résorbé : formation de la lymphe circulante
Les capillaires et la paroi endothéliale sont me siège de nombreux échanges
La circulation sanguine assure la continuité des échanges au niveau des organes
Gradient de pression et de circulation du sang, les lois de l'hémodynamique
Loi de Poiseuille : débit d'un fluide dans un tube creux = Δ P x k
K dépend de la viscosité, du diamètre et de la longueur du tube
Δ P = RxQ
Q = débit cardiaque (fréquence et volume d'éjection systolique)
R = diamètre des artérioles(vasomotricité)
Extrapolation au système cardiovasculaire : le déplacement du sang se fait
depuis les fortes pressions sanguines ers les basses pression sanguines
La circulation du sang se fait selon un gradient de pression hydrostatique donc des hautes pressions artérielles vers les basses pression sanguines
Le débit cardiaque dépend de :
La fréquence cardiaque : propriété intrinsèque au coeur due aux cellules pace-maker
Volume systolique (volume de sang éjecté à chaque systole, dépend des propriétés intrinsèques du myocardes
La volémie : quantité de sang dans le système cardiavasculaire
La résistance à l'écoulement du sang dépend de
Viscosité du sang, facteur mineur dans la détermination de la résistance périphérique
calibre vasculaire qui dépend des propriétés des artères
élasticité des grosses artères (régularisation du régime discontinu cardiaque - réservoirs de pression)
contractilité (artères distributrices et artérioles)
état du réseau de distribution artérielle (artériosclérose)
BILAN :
La pression artérielle est un paramètre fondamental du MI de l'organisme =
un paramètre réglé du MI dont le gradient est indispensable à la mise en mvt du sang
L'établissement du gradient de la pression sanguine nécessite un système de propulsion, le cœur, pour être efficace.
La pression artérielle est une variable dépendante fr nbx paramètres
: volémie, activité cardiaque, vasoconstriction, activité urinaire, etc...
La pression artérielle, reflet de l'irrigation des tissus
Effet d'une hémorragie importante (décompensation) sur la PA de l'organisme
Chute des pressions artérielle et veineuse
:no_entry: d’irrigation des tissus et organes(dont cerveau)
altération de la performance cardiaque
baisse des capacités d'extraction des tissus en dioxygène
diminution de la filtration capillaire des solutés au niveau des organes et des surfaces d'échange (dont rein)
perte de volume plasmique
altération de l'immunité cellulaire
Modification de la Pa lors d'une activité physique
Variation journalière de la Pa par rapport au lever
augmentation principalement de la PA systolique
différence PA diastolique/PA systolique plus importante pdt un exercice
III) Régulation de la pression artérielle, responsable de la distribution du sang aux organes
Les autres réflexes de régulation de la PA impliquant le SNautonome
Réflexes déclenchés par les chimiorécepteurs
Localisation des chimiorécepteurs
Crosse aortique + glomus carotidiens
Innervation par des ramifications
Détection d'une hypoxie et/ou hypercapnie
Réflexe important dans la régulation de la ventilation mais peu pour la PA
Réflexe impliquant une distension du coeur
Récepteurs cardio pulmonaores
= volorécepteurs = terminaisons mécanoréceptrices et chémoréceptrices
Dans oreillette droite : fibres A myélinisées dans paroi atrium répondent aux changement de rythme cardiaque; fibre B dans paroi atrium répondent en fonction vitesse remplissage et volume de l'atrium
Dans ventricule : fibre mécanoréceptrice et chimioréceptrice dans le myocarde
Traitement de l'information dans centre cardiovasculaire sup
Interaction baroréflexe au niveau bulbe rachidien
Accélération du coeur lié à l'activité des voies sympathiques efférentes
Stimulation de la diurèse en inhibant sécrétion ADH (vasopressine)
Imbrication des boucles de régulation de la PA et de la volémie-osmolarité
Le $ rénine-angiotensine, une régulation à moyen terme de la PA
Production de rénine par l'appareil juxtaglomérulaire
Sensibilité à forte élimination de Na+ et une baisse de la PA
Production d'angiotensine
Rénine = enzyme responsable de l'hydrolyse de l'angiotensinogène plasmatique => production d'angiotensine
Angiotensine = 3 peptides (déca, octo, heptapeptide) ayant des effets différents
Action de l'angiotensine
Vasoconstristrice (angiotensine I et II); action complété par la stimulation de la production de
cathécholamine
par les médullosurrénales
Sur le coeur
Centrale (soif)
Production de l'aldostérone
Activation $ rénine-angiotensine quand baisse PA
ADH et hormones impliquées dans une régulation à long terme de la PA
PA et reins => contrôle volémie et pression osmotique
Exemple : vasopressine (ADH)
Neurohormone : libéré par neurohypophyse
Action sur tube collecteurs du rein (augmentation perméabilité à l'eau et réabsorption eau d'où une diminution de la diurèse)
Plusieurs $ hormonaux : ADH, ANF et aldostérone
Action sur le $ vasculaire : ANF = vasodilatateur , ADH = vasoconstritrice
Action sur le rein : diminution diurèse par diminution ADH ou réabsorption Na+ (aldostérone) OU augmentation diurèse par la natriurèse pour ANF
Les baroréflexes cardiaque et vasculaire assurent la régulation à court-terme de la PA
Barorécepteurs, point de départ de réflexes régulateurs
Centres intégrateurs des messages nerveux
Transfert des messages afférents au centre intégrateur dans le bulbe rachidien
Intervention de centres nerveux supprabulbaires : activité modulatrice sur le baroréflexe
Noyaux dans le bulbe rachidien impliqué dans la régulation de la PA:
Noyaux des nerfs vagues
et
Centre vasomoteur
Centre en permanence contrôlé par des messages nerveux issus des barorécepteurs
Une action sur les effecteurs de la PA par le SNautonome
Action sur le coeur
Action cardiomodératrice (parasympathique)
Innervation noeuds sinusal + auriculo ventriculaire
Effet rapide et bref inotrope et chronotrope négatif
Action cardioaccélérateur (orthosympathique)
Innervation noeuds sinusal + auriculo ventriculaire +
Myocarde
Réponse lente est prolongée
Action sur les vaisseaux
Action sur muscle lisse des artères distributrices et artérioles
Action variable en fonction des récepteur adrénergiques
Alpha 1 (reins, peau, intestin) = vasoconstriction
Béta 2 (muscle) = vasodilatation
Capteurs de variations de la PA
Barorécepteurs = intégrés au $ artériel
Présent dans des zones
barosensibles
(à haute pression)
cross aortique
sinus carotidiens
paroi des grosses artères élastiques du thorax et du cou
Terminaisons nerveuses myélinisées intégrées dans l'adventice de la paroi artérielle
Terminaisons nerveuses associées à des nerfs afférents qu SNC
Nerfs de Hering
Nerfs de Cyon
barorécepteurs = capte directement la PA
= mécanorécepteurs
Activité basale tonique pour une PA moyenne (13kPa)
Récepteur adaptable : fréquence de décharge diminue malgré le maintient de la PA élevé
2 types de barorécepteurs
Fonction de transfert identique : courbe sigmoïde avec une zone de proportionnalité
Bande passante différente (sensibilité différente)
Rm: récepteur carotidiens plus destinés à capter les baisse de PA
BILAN
baroréflexe
Variable régulée (point consigne = PA 100mmHg)
Système réglant composé
un composant sensible à la variable
Un flux continu d'information depuis capteurs jusqu'à un intégrateur ou point de sommation (associé au point de consigne)
Une action sur des effecteurs : responsable d'une inversion de la variation détectée => réponse compensatrice grâce au
point d'inversion
= système en boucle fermé
Réponses très rapides
Activé en permanence
Boucle constituée QUE d'éléments nerveux
Système imparfait de régulation car fonctionne dans une gamme étroite de variation de la PA
Pas d'anticipation ni d'intervention à long terme a cause du réajustement du point de consigne
Les mécanisme d'ajustement local du débit sanguin au niveau des organes
Une autorégulation local de la vasomotricité
Permet
Contrôle local de la PA en fonction de l'activité des organes
Régulation du débit sanguin au niveau de certains organes
Contrôle irrigation capillaire par l'ouverture/fermeture des sphincter précapillaires
Facteurs métabolique libérés lors de l'activité
Diminution de la Pression partielle en O2
Augmentation locale CO2, H+ et métabolites (ex: adénosine), de la température et [K+]extracell
Vasodilatation
des vaisseaux en fonction de l'activité et augmentation de
débit capillaire local
Substance produites par l'endothélium sensibles aux forces de cisaillement
Monoxyde d'azote
Relachement des muscles lisses des vaisseaux (augmentation GMPc + activation prot kinase G = diminution intracell en Ca2+)
Action vasodilatatrice
Synthèse par: ATP, Ach, hypoxie ...
Endothélines (petites protéines vasoconstritrices)
En cas de lésions et réaction inflammatoire = vasodilatation
Un $ limité d'ajustement
Régulation localisée (pas de coordination entre organe)
Contrôle local favorise un apport accru du sang au niveau des capillaires
PAs de coordination donc pour une coordination du débit sanguin entre les tissus on a besoin d'un
contrôle centralisé de la PA
Les pathologies en relations avec le sang et sa circulation
Relation entre athérosclérose et les différents facteurs de risques
Obésité
Hypertension artérielle
Diabète
Age et sexe
Tabac
Alimentation
Hypertension ou une modification du point de consigne de la PA
Hypertension
augmente le travail cardiaque et les contraintes sur les parois artérielles
Complication directe = cérébrale (AVC), cardique (insuffisance cardique)
Complication indirecte lié à l'arthérosclérose où hypertension = facteur de risque
Traitement
Hygyène de vie
Médicament antihypertenseur
Athérosclérose ou obstruction progressive des artères
Un processus inflammatoire
obstruction par la formation de plaques d'athérome
complication aigues, inflammatoires et thrombotiques (caillots) = obstruction brutal (infarctus du myocarde, ischémie)
Formation des plaques d'athérome
étape 1: pénétration et accumulation des lipoprotéines (LDL) dans l'intima vasculaire
2) Adhésion des myocytes circulants
Entretien des macrophage : réaction inflammatoire chronique
Production des macrophages de
métalloprotéinases
(dégrade matrice extracell
3) Evolution de la plaque (épaississement)
Accumulation des lipides (coeur lipidique)
Migration des cellules musculaire lisses (de la média vers intima)
Formation d'une chape fibreuse (tissus fibreux cicatriciel) = isolement du coeur lipidique
Après: évolution par remodelage puis dysfonctionnement de l'artère
La plaque instable => mise en contact avec la lumière artérielle qui provoque un thrombus, par érosion ou par rupture
Comment éviter la formation de plaques
Contrôle de l'alimentation et apport lipidique
Amélioration de la fluidité du sang (grâce aliment riche en oméga 3 => effets bénéfique sur le coeur et $ cardiovasculaire +effet anti-inflammatoire)
Limiter oxydation: favoriser prise d'anti oxydant (vitamine E, C, B9 ...)
BILAN
final
Rôle fondamental de la PA comme paramètre de l'organisme
Synergie harmonieuse et coordonnée des SN et SE
Complexité de sa régulation (plusieurs boucles de régulation)
Divers $ de régulation dans le traitement de l'hypertension = arsenal thérapeutique
Généralité sur la PA
= paramètre de l'homéostasie
paramètre de la PA : Activité cardiaque, fréquence, amplitude de contraction, vasoconstriction, volémie en lien avec l'activité rénal
Différentes régulations
Nerveuse et hormonale
Nerveuse rapide : action sur le contenant (coeur et vaisseaux)
Hormonale moyennement rapide (qlq min à 1jour) : action sur le contenant et le contenu (volémie) Ex: $ rénine-angiotesine
Hormonale lente : action sur le contenu (volémie) Ex: Aldostérone
Neuro-hormonale : action sur le contenant (coeur+vaisseaux) Ex: Adrénaline
Régulation locale : ajustement très rapide ; agit sur le contenant (coeur+vaisseaux)
Bilan : plusieurs boucle de régulations imbriquées