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CARDIOTOXICOLOGIE
RAPPELS DE PHYSIOLOGIE CARDIAQUE
DEA DE TOXICOLOGIE
Toxicologie du médicament, Toxicologie d’organes
CARDIOTOXICITE
Nicolas Deye Réanimation Médicale & Toxicologique
Hôpital Lariboisière, Paris [email protected]
1. Le système cardiovasculaire a un rôle de :
• distribution aux cellules : nutriments (AA, AG, vitamines) et O2
• élimination : déchets produits par les cellules (CO2, lactate)
• transport : O2, CO2, et hormones
• régulation : température, pH sanguin, volume d’eau, sels minéraux
2. Le système cardiovasculaire participe à l’homéostasie : maintien des
valeurs physiologiques à un niveau constant
3. Réseau circulatoire avec en son centre une pompe qui fournit la pression
nécessaire à la circulation sanguine. Circuit fermé : sang continuellement
pompé hors du coeur par des vaisseaux et ramené au coeur par d’autres
vaisseaux = 2 circuits totalement distincts
PHYSIOLOGIE CARDIAQUE
Le système s’adapte physiologiquement pour maintenir des apports adaptés aux besoins métaboliques de l’organisme.
Besoins
Apports
Adaptation cardiaque +++, circulatoire, ventilatoire,
métabolique et tissulaire, rénale….
Poumon droit
Médiastin trachée vaisseaux
Diaphragme
Poumon gauche
Cage thoracique (côtes,sternum, vertèbres)
Ventilation
Coeur
THORAX
Circulation
INTERACTION CŒUR-POUMON
POUMON
VG VD PRESSION
THORACIQUE
PRESSION ATMOSPHERIQUE
POMPE CARDIAQUE
POMPE RESPIRATOIRE Cap. Pulm.
TISSUS
"Pompe dans la pompe"
I/ L’appareil circulatoire
A/ Le coeur
Cœur = divisé longitudinalement en deux parties : droite et gauche.
Le coeur = moteur principal + point de départ de la circulation sanguine.
De l’intérieur vers l’extérieur : Endocarde Myocarde Epicarde Péricarde
Sang passe des oreillettes aux ventricules, mais pas l’inverse
Oreillettes Ventricules
Ventricules Artères Sang passe des ventricules aux artères, mais pas l’inverse
Valvules tricuspide et mitrale (bicuspide)
Valvules sigmoïdes (aortique et pulmonaire)
I/ L’appareil circulatoire
A/ Le cœur
B/ Les vaisseaux
Quatre grandes catégories
- artères : principaux vaisseaux de distribution
- artérioles : régulation du débit sanguin
- veines : transport du sang vers le coeur
- capillaires : principaux vaisseaux d’échange
I/ L’appareil circulatoire
A/ Le cœur
B/ Les vaisseaux
C/ La circulation
Veine cave
supérieure
Veine cave
inférieure
Aorte
Veines
pulmonaires
Artère
pulmonaire
Tronc pulmonaire
(se divise en deux
artères pulmonaires)
Deux subdivisions :
- petite circulation : circulation pulmonaire
- grande circulation : circulation systémique
• La circulation coronaire
partent de la crosse aortique et irriguent le coeur
apports des nutriments et de l’O2 au cœur par les artères
coronaires droite et gauche
élimination des déchets par le sinus coronaire
I/ L’appareil circulatoire
A/ Le cœur
B/ Les vaisseaux
C/ La circulation
II/ L’activité électrique du cœur
A/ Propriétés du myocarde
Propriétés histologiques
Constitué de fibres striées et ramifiées (anastomoses)
Constitué de cellules individualisées reliées par des disques intercalaires (stries scalariformes)
Le tissu myocardique (ventriculaire) est constitué de :
-disques intercalaires (barres verticales sombres ventriculaires) séparant les
-cellules ou fibres musculaires striées longitudinales (20 à 100 de diamètre, longueur = mm à cm) = masse cytoplasmique multinuclée avec noyaux, sarcoplasme et myofibrilles striées ; dans le sarcoplasme, il y a le réticulum sarcoplasmique, les myofibrilles, de nombreuses mitochondries.
-vaisseaux capillaires (sang et lymphe)
-cellules satellites, conjonctives, nerveuses
En ME, en plus du reticulum et des mitochondries et des tubes T = invagination de la membrane entourant la structure striée musculaire qui est composée de 2 types de myofilaments :
-épais fait de myosine
-et fin composé de 7 monomères d’actine, de la tropomyosine et du complexe troponine)
Le sarcomère = segment de myofibrille compris entre 2 stries Z en MO
TnI
cTnC
TnI
Tm
TnT Tm
Actin
Actin
Tm
Tm
TnT
Ca2+
(intra-cellulaire,
+ réticulum)
Relaxed
Myocardium
Actin
Actin
TnT
TnT
cTnC
TnI
Tm
Tm
TnI
cTnC
Ca2+
Ca2+
Relaxation / contraction musculaire
Myosin
Myosin
Contraction
Troponine = protéine de la structure striée du muscle : permet la contraction. Le complexe Troponine (oreillette + ventricule) régule l’interaction actine-myosine en fct° du taux de Ca2+ intracellulaire et est composé de 3 sous-unités (TnC fixant le Ca2+, TnI inhibant l’interaction actine-myosine et TnT liant tropomyosine à actine). Le Ca2+ se fixe sur TnC changement de conformation du complexe Troponine et tropomyosine libération des sites de fixation actine-tête de myosine grâce à l’activité ATPasique de myosine, le filament fin glisse sur le filament épais CONTRACTION
Propriétés physiologiques
• Vitesse de conduction cardiaque =
Effet dromotrope
• Excitabilité cardiaque =
Effet bathmotrope
• Distensibilité fibres =
Effet tonotrope
• Fréquence cardiaque=
Effet chronotrope
• Force de contraction =
Effet ionotrope
+ AUTOMATICITE
La contraction des fibres myocardiques dépend de la loi du tout ou rien
Indice d’étirement = Pré-charge
Indice de contraction
Pré charge-indépendance
Loi de Franck et Starling
Pré charge-dépendance
Influence de la charge au niveau du myocarde et du cœur entier
-Précharge : force exercée sur le myocarde avant l’étirement des fibres -Postcharge : force exercée sur la myocarde pendant la contraction
I/ L’appareil circulatoire
A/ Le cœur
B/ Les vaisseaux
C/ La circulation
II/ L’activité électrique du cœur
A/ Propriétés du myocarde
B/ Tissu nodal et automatisme cardiaque
Le cœur a une activité mécanique commandée électriquement
Autorythmicité cardiaque : existence de cellules myocardiques produisant spontanément un signal électrique et stimulant les cellules voisines.
Cet ensemble de cellules constitue le
2 amas cellulaires :
- nœud sinusal ou Keith et Flack
- nœud auriculo-ventriculaire ou
nœud de Aschoff-Tawara
Prolongement par le faisceau de His
Division en 2 branches :
réseau de fibres de Purkinje
• Naissance du processus de stimulation du cœur dans le nœud sinusal
• Nœud sinusal = pace-maker impose son rythme à tout le cœur = rythme sinusal
• Propagation aux oreillettes qui se contractent en bloc
• Relayée par le nœud auriculo-ventriculaire
• Atteint l’ensemble des 2 ventricules par le faisceau de His et le réseau de Purkinje
I/ L’appareil circulatoire A/ Le cœur B/ Les vaisseaux C/ La circulation
II/ L’activité électrique du cœur
A/ Propriétés du myocarde
B/ Tissu nodal et automatisme cardiaque
C/ Le potentiel d’action cardiaque
Cellules cardiaques sont excitables et présentent un PA
Caractéristiques différentes selon la localisation
Durée plus longue (150-300 ms) que le PA du muscle squelettique
5 phases différentes – Résultante de plusieurs courants mélangés
plateau repolarisation
PA sinusal : allure particulière
- phase de dépolarisation
diastolique lente spontanée
- dépolarisation rapide
- repolarisation lente
- dépend du canal lent calcico-
sodique ( Purkinje : canal sodique rapide)
• La contraction cardiaque intervient à la fin de la phase de dépolarisation
• Les contractions cardiaques ne peuvent se sommer
• Le muscle cardiaque est intétanisable
• Il existe une période réfractaire
• Le calcium joue un rôle fondamental dans la contraction
•Résumé :
• PA au niveau des cellules nodales autoexcitables
• PA au niveau des cellules myocardiques de l’oreillette = contraction
• Dépolarisation du nœud auriculo-ventriculaire
• Dépolarisation des cellules du faisceau de His et des fibres de Purkinje
• PA au niveau des cellules ventriculaires = contraction des ventricules
I/ L’appareil circulatoire
II/ L’activité électrique du cœur
A/ Propriétés du myocarde
B/ Tissu nodal et automatisme cardiaque
C/ Le potentiel d’action cardiaque
III/Le cycle cardiaque
Alternance de contractions et de relaxations : pompe propulsant le sang
Cycle cardiaque = cycle de répétitions des contractions et relaxations
Deux phases principales : diastole et systole
Sang circule d’un système à haute pression vers un système à basse pression
Co
ntra
c-
tion
Ejection
Re
lax
atio
n
Remplissage
Diastole (2/3) Systole (1/3)
50 ms 150ms 80 ms 720 ms
Systole
auriculaire
(~ 0,1 s)
Diastole générale
(~ 0,4 s)
La révolution cardiaque
Le cercle intérieur représente les ventricules et le cercle
extérieur, les oreillettes
Systole
ventriculaire
(~ 0,3 s)
Phase 1. Diastole générale – Écoulement passif du sang des O vers V
Valves AV : ouvertes – Valves sigmoïdes : fermées
Phase 2. Systole auriculaire – Contraction des oreillettes – remplissage actif des ventricules – P oreillette > P ventricule –
Phase 3. Diastole auriculaire – relâchement des oreillettes
Phase 4. Systole ventriculaire – Contraction des ventricules – Ecoulement passif de sang dans les oreillettes – Ejection du sang dans l’aorte
Valves sigmoïdes : O valves AV : F – P ventricule > P aorte
Phase 5. Diastole ventriculaire : relâchement des ventricules
Valves Sigmoïdes F
GAUCHE
Fermeture
AV
Ouverture
AV
Ouverture
Sigmoïde
Fermeture Sigmoïde
Pour fonctionner comme une pompe, le coeur répète successivement 2 phases :
Dépolarisation des cellules qui provoque la systole : phase de contraction
Repolarisation des cellules qui provoque la diastole phase de relâchement qui permet le remplissage des oreillettes et des ventricules
Un cycle cardiaque comprend donc une alternance de phénomènes électriques et mécaniques
Dépolarisation des cellules du nœud sinusal
Dépolarisation des cellules des oreillettes = Systole auriculaire
Dépolarisation du nœud auriculo-ventriculaire
Dépolarisation des cellules de His et Purkinje
Dépolarisation des cellules des ventricules = Systole ventriculaire
Repos = Diastole générale
I/ L’appareil circulatoire
II/ L’activité électrique du cœur
A/ Propriétés du myocarde
B/ Tissu nodal et automatisme cardiaque
C/ Le potentiel d’action cardiaque
D/ L’électrocardiogramme
III/Le cycle cardiaque
IV/ Le débit cardiaque
Volume d’éjection systolique (VES) : Volume de sang éjecté du cœur par les ventricules à chaque contraction (100 ml)
Volume télédiastolique (VTD) : Volume de sang contenu dans les ventricules juste avant la systole ventriculaire (160 ml) = volume précharge
Volume télésystolique (VTS) : Volume de sang contenu dans les ventricules à la fin de chaque systole (60 ml)= volume postcharge
VES = VTD – VTS
Fréquence cardiaque (Fc) : nombre de contractions ventriculaires par seconde. Exprimée en battements par minute (moyenne = 60 - 70 bats/min).
Fc max = variable suivant individus, elle diminue avec l'âge progressivement et avec l'entraînement = 220 - âge
Débit cardiaque (Qc) = volume de sang expulsé par chaque ventricule par unité de temps
Exprimé en litre par minute
Qc = VES x Fc
Qc moyen = 5l/ min
Varie en fonction des besoins de l’organisme
Débit sanguin dans les organes au repos en ml/min et en % du débit total
Débit sanguin dans certains organes au repos et à l’exercice, en ml/min et en pourcentage du débit total.
I/ L’appareil circulatoire II/ L’activité électrique du cœur A/ Propriétés du myocarde B/ Tissu nodal et automatisme cardiaque C/ Le potentiel d’action cardiaque III/Le cycle cardiaque IV/ Le débit cardiaque
V/ Régulation cardiaque
A/ le système nerveux autonome
Le cœur reçoit une innervation
sympathique et une parasympathique
• Sympathique :
- augmentation de la Fc
- augmentation de la force de contraction
• Parasympathique :
- diminution de la Fc
- diminution de la force de contraction
Les 2 systèmes sont actifs en même temps, avec une prédominance du parasympathique lors du repos et du sympatique en cas de danger.
Majorité des corps cellulaires des fibres cardio-accélératrices = moelle épinière = centre cardio-accélérateur médullaire
Certains corps cellulaires = substance réticulée bulbaire = centre cardio-accélérateur bulbaire
Fibres font relais dans le ganglion stellaire
Nerfs issus de ces ganglions se rendent au plexus aortique et se distribuent à l’ensemble du myocarde et du tissu nodal.
Médiateur chimique : noradrénaline via les récepteurs bêta 1
Excitation électrique du ganglion stellaire :
- chronotrope positif
- dromotrope positif
- ionotrope positif
Si section des voies cardio-accélératrices : suppression de l’influence sympathique : effet inverse
Fibres cardio-inhibitrices proviennent du noyau dorsal du nerf vague (pneumogastrique) – Empruntent le nerf vague vers le plexus aortique
Neurones post-ganglionnaires se terminent autour du nœud sinusal
Peu ou pas de fibres se distribuent au myocarde
Médiateur chimique : acétylcholine par les récepteurs muscariniques
Section des vagues = accélération cardiaque
Excitation électrique du bout périphérique du vague
= effets inhibiteurs
I/ L’appareil circulatoire
II/ L’activité électrique du cœur
A/ Propriétés du myocarde
B/ Tissu nodal et automatisme cardiaque
C/ Le potentiel d’action cardiaque
D/ L’électrocardiogramme
III/Le cycle cardiaque
IV/ Le débit cardiaque
V/ Régulation cardiaque
A/ Le système nerveux autonome
B/ Autres réflexes du coeur
Augmentation du retour veineux
Augmentation du sang dans les oreillettes
Augmentation de l’étirement des oreillettes
Augmentation de la fréquence cardiaque
Augmentation de l’éjection ventriculaire
RETOUR VEINEUX
Résistances
Volémie
(remplissage vasculaire)
I/ L’appareil circulatoire
II/ L’activité électrique du cœur
III/Le cycle cardiaque
IV/ Le débit cardiaque
V/ Régulation cardiaque
A/ le système nerveux autonome
B/ Réflexes du cœur
C/ Température corporelle
• Une augmentation de la température corporelle induit une augmentation de la fréquence cardiaque
• Augmentation de 1°C produit une augmentation de 10 à 20 batts/min
