Questions système cardiovasculaire

LICENCE STS PORTAIL SVT/SPS - ANATOMIE ETPHYSIOLOGIE ANIMALE

Ces notes fournissent un aperçu structuré du systèmecardiovasculaire et respiratoire, essentiels en anatomie et physiologie animale.

Système Cardiovasculaire : Le Cœur

Situation

• Le cœur est situé dans la cavité thoracique, protégé par le thorax osseux (côtes, sternum).
• Entouré par le péricarde, une double membrane séreuse et fibreuse.
• Les poumons encadrent le cœur, avec la plèvre (feuillet pariétal sectionné) visible.
• L'aorte et le tronc pulmonaire sont les gros vaisseaux émergents.
• L'apex du cœur pointe vers le diaphragme.

Anatomie du Cœur : Enveloppe du Cœur

• Le péricarde fibreux est la couche externe protectrice, dense et inélastique.
• Le péricarde séreux est une enveloppe double, avec :
  • Unelame pariétale (externe)
  • Une lame viscérale (interne), aussi appelée épicarde, adhérant directement au cœur.
  • Entre les deux lames, la cavité péricardique contient du liquide péricardique pour réduire les frictions.
• Le myocarde est le muscle cardiaque strié, responsable de la contraction.
• L'endocarde est la couche interne, fine et lisse, tapissant les cavités et les valves.

Cavités et gros vaisseaux

• Le cœurest divisé en quatre cavités : deux oreillettes (supérieures) et deux ventricules (inférieurs).
• Oreillette droite : reçoit le sang désoxygéné de la veine cave supérieure et inférieure.
• Ventricule droit : propulse le sang désoxygéné vers le tronc pulmonaire.
• Oreillette gauche : reçoit le sang oxygéné des quatre veines pulmonaires.
• Ventricule gauche : propulse le sang oxygéné vers l'aorte.
• Les grosses artères partent des ventricules (aorte, tronc pulmonaire).
• Les grosses veines arrivent aux oreillettes (veines caves, veines pulmonaires).

Valves cardiaques

• Les valves assurent la circulation unidirectionnelle du sang.

Valves auriculo-ventriculaires (AV)

1. Le sang retourne au cœur, remplit les oreillettes, et la pression ouvre les valves AV pendant la relaxation ventriculaire.
2. Lescuspides des valves AV pendent dans les ventricules à mesure qu'ils se remplissent.
3. La contraction auriculaire pousse le sang dans les ventricules, finissant le remplissage.
4. La valve AV est ouverte durant le remplissage ventriculaire.

Valves de l'aorte et du tronc pulmonaire (Valves sigmoïdes)

• Ces valves s'ouvrent pendant la systole ventriculaire pour permettre l'éjection du sang dans les artères.
• Elles se ferment pendant la diastoleventriculaire pour empêcher le reflux sanguin vers les ventricules.

Trajet du sang dans le cœur

1. Sang désoxygéné (corps) ➜ Veines Caves ➜ Oreillette Droite.
2. Oreillette Droite ➜ Valve Tricuspide ➜ Ventricule Droit.
3. Ventricule Droit ➜ Valve Pulmonaire ➜ Artère Pulmonaire ➜ Poumons.
4. Dans les Poumons, le sang s'oxygène.
5. Sang oxygéné (poumons) ➜ Veines Pulmonaires ➜ Oreillette Gauche.
6. Oreillette Gauche ➜ Valve Mitrale (Bicuspide) ➜ Ventricule Gauche.
7. Ventricule Gauche ➜ Valve Aortique ➜ Aorte ➜ Corps.

Propriétés du tissu Musculaire cardiaque

• Le muscle cardiaque est un muscle strié, mais involontaire.
• Il est caractérisé par des disques intercalaires.

Tissu Cardio-necteur (Activité électrique)

• Génère l'activité rythmique du cœur.
• Riche en mitochondries.
• Réticulum sarcoplasmique peu développé.
• Peu de filaments d'actine et de myosine.
• Sert à la conduction des potentiels d'action (PA TC).

Myocarde (Tissu musculaire strié cardiaque) (Activité mécanique)

• Responsable de la contraction/relaxation.
• Dépend du calcium ($Ca^{2+}$).
• Réticulum sarcoplasmique développé.
• Beaucoup de filaments d'actine et de myosine.
• La dépolarisation du myocarde (PA MUSCULAIRE) entraîne la contraction.

Structure d'un Cardiomyocyte

• Syncytium fonctionnel : lescellules sont interconnectées par des disques intercalaires.
• Les disques intercalaires contiennent :
  • Desmosomes (D) pour l'adhésion structurelle.
  • Jonctions gap (F) pour la communication électrique rapide.
• Le sarcolemme forme des tubules transverses (TT).
• Abondance de mitochondries (E) pour l'énergie.
• Le sarcomère est l'unité fonctionnelle contractile, riche en filaments épais (myosine) et fins (actine).

TISSU CARDIONECTEUR

• Constitué de cellules auto-excitables.
• Le noeud sinusal (NS) est le pacemaker primaire.
• Le noeud auriculo-ventriculaire (NAV) retarde l'influx.
• Le faisceau de His et les fibres de Purkinje acheminent l'influx.

Production des potentiels d'action par les cellules cardionectrices

• Les cellules pacemaker ontun potentiel de repos instable (potentiel de pré-poteniel ou "funny current").
• La dépolarisation est principalement due à l'entrée de Ca$^{2+}$ par des canaux calciques de type L.
• La repolarisation est due à lasortie de K$^{+}$.

COUPLAGE EXCITATION-CONTRACTION

1. Un potentiel d'action (PA) se propage le long du tubule transverse.
2. Les canaux calciques ($Ca_L$) s'ouvrent, entraînant l'entrée d'ions $Ca^{2+}$.
3. Le $Ca^{2+}$ se lie aux récepteurs de la ryanodine (RyR) sur le réticulum sarcoplasmique (RS), provoquant la libération de $Ca^{2+}$ du RS (CICR).
4. Petite augmentation de $Ca^{2+}$ cytoplasmique, suivie par une sommation des signaux calciques.
5. Le $Ca^{2+}$ se lie à la troponine C, initiant la contraction musculaire.
6. La relaxation se produit lorsque le $Ca^{2+}$ se détache de la troponine.
7. Le $Ca^{2+}$ retourne dans le RS via une pompe ATP-dépendante (SERCA).
8. Le $Ca^{2+}$ est expulsé vers le LEC via l'échangeur $Na^{+}/Ca^{2+}$ (NCX).
9. Le gradient de $Na^{+}$ est maintenu par la pompe $Na^{+}/K^{+}$.

Modification du rythme de base : Innervation extrinsèque du cœur

• Système nerveux sympathique : accélère le rythme cardiaque et augmente la force de contraction (adrénaline).
• Système nerveux parasympathique (nerf vague) : ralentit le rythme cardiaque (acétylcholine).

Électrocardiogramme (ECG)

• Mesure l'activité électrique du cœur.
• Onde P : dépolarisation auriculaire.
• Segment PR : délai de la conduction au NAV.
• Complexe QRS : dépolarisation ventriculaire.
• Onde T : repolarisation ventriculaire.

Phénomènes mécaniques : La révolution cardiaque

• Cycle cardiaque : systole (contraction) et diastole (relaxation).
• VTD (Volume TéléDiastolique) : volume de sang dans les ventricules à la fin du remplissage (diastole).
• VTS (Volume TéléSystolique) : volume de sang restant dans les ventricules après éjection (systole).
• VS (VES - Volume d'ÉjectionSystolique) : volume de sang éjecté par battement ($VS = VTD - VTS$).
• Phases du cycle cardiaque :
  1. Remplissage ventriculaire (Diastole) : Valves AV ouvertes, sigmoïdes fermées.
  2. Contraction isovolumétrique (Systole) : Toutes les valves fermées. Augmentation de pression.
  3. Éjection ventriculaire (Systole) : Valves sigmoïdes ouvertes, AV fermées.
  4. Relaxation isovolumétrique (Diastole) : Toutes lesvalves fermées. Diminution de pression.

Apport Sanguin Au Cœur : Circulation coronarienne

• Le cœur est alimenté par les artères coronaires, branches de l'aorte.
• Artère coronaire droite (ACD) : irrigue l'oreillette droite, le ventricule droit, et parfois une partie du ventricule gauche. Rameau marginal droit, rameau interventriculaire postérieur.
• Artère coronaire gauche (ACG) : se divise en artère interventriculaire antérieure (IVA) ou descendante antérieure (DA) et artère circonflexe. Rameau interventriculaire antérieur.
• Le sang veineux coronarien est collecté par les veines cardiaques et se draine majoritairement vers le sinus coronaire qui se jette dans l'oreillette droite.

Bruits du cœur

• B1 (bruit fort, audible) : fermeture des valves mitrale et tricuspide (début de la systole ventriculaire).
• B2 (bruit fort, audible) : fermeture des valves sigmoïdes (aortique et pulmonaire) (fin de la systole ventriculaire).
• B3 (bruit inaudible) : phase initiale rapide de remplissage ventriculaire (protodiastole), chez l'enfant ou en cas de pathologies.
• B4 (bruit inaudible) : phase de remplissage actif du ventricule par la contraction auriculaire (télédiastole), souvent pathologique.

Régulation du débit cardiaque

• Le débit cardiaque (DC) est le volume de sang pompé par minute ($DC = VS \times FC$).
• Facteurs influant sur le DC : précharge (élasticité), postcharge (résistance), contractilité, fréquence cardiaque.

Système cardiovasculaire : Les vaisseaux sanguins

Caractéristiques générales des parois vasculaires

• Chaque vaisseau (sauf les capillaires) a trois tuniques :
  1. Tunique interne (intima) : endothélium lisse (cellules endothéliales) et couche sous-endothéliale.
  2. Tunique moyenne (media) : cellules musculaires lisses et fibres élastiques (élastique interne et externe). Contrôle le diamètre vasculaire.
  3. Tunique externe (adventice) : tissu conjonctif fibreux, protège et ancre les vaisseaux.

Réseau artériel

• Artères élastiques (conductrices) : grandes artères proches du cœur (ex : aorte). Aidentà maintenir la pression.
• Artères musculaires (distributrices) : distribuent le sang aux organes (de 1 cm à 0,3 mm), riches en muscle lisse.
• Artérioles : petites artères (de 0,3 mm à 10 µm), contrôlent le flux sanguin vers les capillaires (vaisseaux de résistance).

Réseau veineux

• Veinules : petits vaisseaux qui collectent le sang des capillaires.
• Veines : (vaisseaux réservoirs)retournent le sang au cœur, parois plus minces et lumières plus grandes que les artères. Contiennent des valves pour empêcher le reflux sanguin.

Les Capillaires

• Site des échanges gazeux et de nutriments.
• Seulesles capillaires ont une paroi d'une seule couche de cellules endothéliales (tunique interne), avec une lame basale.

Types de capillaires

• Capillaires continus : majoritaires (ex: SNC, BHE). Jonctions cellulaires serrées.
• Capillaires fenestrés : pores (fenestrations) dans l'endothélium (ex: intestin, rein). Pour des échanges rapides.
• Sinusoïdes (discontinus) : grandes fentes intercellulaires (ex: foie, rate, moelle osseuse). Permettent le passage de grosses molécules ou cellules.

Lits capillaires

• Un lit capillaire est une interconnexion d'artérioles, métartérioles, canaux de passage, vrais capillaires, et veinules.
• Lessphincters précapillaires régulent le flux sanguin dans les capillaires.
• Un réseau de dérivation (anastomose artério-veineuse) peut contourner le lit capillaire.

Pression sanguine systémique

• Pression artérielle (PA) : force exercée par le sang sur les parois des artères.
• Pression artérielle systolique ($P_{sys}$) : pression maximale durant la contraction ventriculaire.
• Pression artérielle diastolique ($P_{dia}$) : pression minimale durantla relaxation ventriculaire.
• Pression différentielle ($P_{diff}$) = $P_{sys} - P_{dia}$.
• Pression artérielle moyenne ($PAM$) $\approx (P_{sys} + 2 P_{dia})/3$.

Pression capillaire

• Diminue de 40 mmHg (côté artériel) à 20 mmHg (côté veineux).

Pression veineuse

• Faible (environ 20 mmHg) et diminue en approchant du cœur.
• Facteurs favorisant le retour veineux :
  1. Pompe respiratoire : variations de pression intra-thoracique.
  2. Pompe musculaire : contraction des muscles squelettiques comprime les veines (qui ont des valves anti-reflux).

Notions de Physiologie de la circulation

• Débit sanguin ($D$, en ml/min) : volume de sang circulant par unité de temps.
• Pression sanguine ($\Delta P$) : gradient de pression qui pousse le sang.
• Résistance périphérique ($R$) : friction rencontrée par le sang dans les vaisseaux.
  • Dépend de la viscosité du sang, de la longueur des vaisseaux, et surtout du diamètre vasculaire.
• Relation fondamentale : $D = \Delta P / R$ (donc $\Delta P = D \times R$).
• Système nerveux autonome sur le diamètre vasculaire :
  • Sympathique ➜ VASOCONSTRICTION (augmentation de R).
  • Parasympathique ➜ VASODILATATION (diminution de R).

Maintien de la Pression artérielle

• $PA = DC \times RP$ (Résistance Périphérique).
• Les barorécepteurs (dans la crosse aortique et les sinus carotidiens) surveillent la PA.
• En cas d'augmentation de la PA :
  • Stimulation du centre cardio-inhibiteur (et inhibition du cardio-accélérateur) ➜ diminution de DC.
  • Inhibition du centre vasomoteur ➜ vasodilatation ➜ diminution de RP.
  • Résultat : Retour de la PA à la normale.
• En cas de diminution de la PA :
  • Stimulation du centre cardio-accélérateur (et inhibition du cardio-inhibiteur) ➜ augmentation de DC.
  • Stimulation du centre vasomoteur ➜ vasoconstriction via nerfs vasomoteurs ➜ augmentation de RP.
  • Résultat : Retour de laPA à la normale.

Appareil respiratoire et fonction de respiration

Anatomie fonctionnelle du système respiratoire

• Divisée en deux zones :
  1. Zone de conduction : (du nez aux bronchioles terminales) conduit l'air, le purifie, le réchauffe et l'humidifie.
  2. Zone respiratoire : (bronchioles respiratoires, canaux alvéolaires, alvéoles) siège des échanges gazeux.
• Muqueuse respiratoire (voies de conduction) : épithélium cylindrique pseudo-stratifié cilié avec glandes séreuses et muqueuses.
• Muqueuse du vestibule nasal : épithélium de type cutané, vibrisses (poils).
• Muqueuse des portions communes digestives (oropharynx, laryngopharynx) : épithélium épidermoïde pluristratifié non kératinisé, résistant au stress mécanique.
• Sinus paranasaux : cavités aériennes dans les os crâniens, tapissées de muqueuse respiratoire.
• Trachée : conduit principal (10-12 cm / 2.5 cm) avec anneaux cartilagineux. Se divise en bronches.
• Arbre bronchique : ramification progressive des bronches en bronchioles (<1 mm) et bronchioles terminales (<0.5 mm).
• Alvéoles pulmonaires : petites poches où les échanges gazeux se produisent.
  • Pneumocytes de type I : cellules épithéliales squameuses, fines, forment 90% de la paroi alvéolaire.
  • Pneumocytes detype II : sécrètent le surfactant (réduit la tension superficielle).
  • Macrophages alvéolaires : cellules immunitaires ("éboueurs").
• La membrane alvéolo-capillaire : barrière très minceentre l'alvéole et le capillaire, pour faciliter les échanges.

La mécanique respiratoire

• Basée sur la Loi de Boyle-Mariotte : Pression et Volume sont inversement proportionnels.
• Pression atmosphérique : 760 mmHg.
• Pression intra-alvéolaire : varie avec les mouvements respiratoires.
• Pression intra-pleurale : toujours négative (-4 mmHg) par rapport à la pression atmosphérique, maintient les poumons "collés" à la paroi thoracique.

Cycle respiratoire

1. Inspiration :
   • Contraction du diaphragme (descente) et des muscles intercostaux externes (élévation de la cage thoracique).
   • Augmentation du volume de la cavitéthoracique.
   • Dilatation des poumons, augmentation du volume intra-alvéolaire.
   • Diminution de la pression intra-alvéolaire (-1 mmHg).
   • L'air s'écoule dans les poumons selon le gradient de pression.
2. Expiration (au repos, passive) :
   • Relâchement des muscles inspiratoires (diaphragme et cage thoracique s'élèvent/descendent passivement).
   • Diminution du volume de la cage thoracique.
   • Rétraction passive des poumons, diminution du volume intra-alvéolaire.
   • Augmentation de la pression intra-alvéolaire (+1 mmHg).
   • L'air s'écoule hors des poumons.

Échanges gazeux ($O_2$ et $CO_2$)

• Se produisent par diffusion selon les gradients de pression partielle.

Transport d'$O_2$

• 1.5% dissous dans le plasma.
• 98.5% lié à l'hémoglobine (Hb) pour former l'oxyhémoglobine ($HbO_2$).
• Réaction réversible : $HHb + O_2 \rightleftharpoons HbO_2 + H^+$ (favorisée à gauche dans les tissus, à droite dans les poumons).

Transport de $CO_2$

• 7 à10% dissous dans le plasma.
• 20 à 30% lié à l'hémoglobine pour former la carbhémoglobine ($HbCO_2$).
• 60 à 70% sous forme d'ions bicarbonates ($HCO_3^-$).
  • Dans les tissus : $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$. L'enzyme anhydrase carbonique accélère cette réaction.
  • Les ions $HCO_3^-$ sontéchangés avec les ions chlorure ($Cl^-$) dans les globules rouges (déplacement du chlore).

Échanges au niveau des tissus

• Les tissus consomment $O_2$ et produisent $CO_2$.
• $PO_2$ tissulaire est basse, $PCO_2$ tissulaire est élevée.
• L'$O_2$ quitte les capillaires vers les tissus.
• Le $CO_2$ quitte les tissus vers les capillaires.

Échanges au niveau despoumons (alvéoles)

• Les alvéoles apportent $O_2$ et éliminent $CO_2$.
• $PO_2$ alvéolaire est élevée, $PCO_2$ alvéolaire est basse.
• L'$O_2$ quitte les alvéoles vers les capillaires pulmonaires.
• Le $CO_2$ quitte les capillaires pulmonaires vers les alvéoles.

Régulation de la respiration

• Contrôlée par des centres nerveux dans le tronc cérébral (bulbe rachidien et protubérance).
• Influence de la PCO2 (principal stimulus), $PO_2$ et $pH$.
• Chémorecepteurs centraux (bulbe) sensibles au $PCO_2$ et $pH$ du LCR.
• Chémorecepteurs périphériques (corps carotidiens et aortiques) sensibles aux $PO_2$, $PCO_2$ et $pH$ sanguins.
• Augmentation de $PCO_2$ ou diminution de$pH$ ➜ augmentation de la fréquence et de la profondeur respiratoire.
• Forte diminution de $PO_2$ devient un stimulant important.