Physiologie cardio circulatoire

Généralités

Les physiologies cardiaque et pulmonaires ont des points communs qui permettent de les rapprocher : circulation, échanges.

Milieu intérieur

Les organismes supérieurs, notamment l’homme, ne peuvent fonctionner que si leurs cellules et tissus baignent dans un milieu relativement constant dit « milieu intérieur ».      

Ce milieu se caractérise par :

·         une température

·         une composition ionique (notamment H+)

·         des hormones, des cytokines

·         du CO₂ et de l’O₂ dissous

·         divers solutés

 

Tous ces paramètres doivent être maintenus constants par des systèmes de régulation. Ceci suppose notamment

·         Un apport en O2 et en nutriments, consommés par les cellules

·         Une extraction du CO2 et des déchets, produits par les cellules

Le système cardio circulatoire est chargé de ces taches. C’est pourquoi c’est d’abord un système de transport.

Dispositif de transport et d’échange

Le système cardio circulatoire est composé d’un réseau de « tuyaux ». Au niveau microscopique, les cellules qui tapissent ces tuyaux sont dotées de propriétés spécifiques. Elles synthétisent notamment des substances qui peuvent

·         Etre transmises à distance et avoir une action en dehors du système

·         Participer à la régulation du système lui-même

La surface d’échange à un rôle primordial dans le fonctionnement du système.

Ex : les poumons

·         Sont une zone d’échanges gazeux

·         Représentent un lit vasculaire important

·         Sont le siège de la production et de la destruction de certaines substances

Ils participent au contrôle général de l’organisme.

contenant /contenu

contenant

Les pompes cardiaques et les vaisseaux ont des propriétés mécaniques. Pour les connaître il faut mesurer et analyser les grandeurs adaptées à leur description, principalement

                pressions

                débit

                volume

 

remarque : quand on parle de tension artérielle il s’agit en fait d’une pression

contenu

Le sang est un tissu liquide dont les propriétés mécaniques peuvent être décrites à deux niveaux :

1.        Assimilé à de l’eau, liquide incompressible de propriétés physiques connues : modèle valable dans les gros vaisseaux

2.        Liquide complexe, suspension de particules (GR en particulier) dont l’influence et les propriétés physiques ne sont plus négligeables dans les petits vaisseaux.

 

La discipline concernée est appelée hémodynamique. Elle étudie :

·         Les propriétés des contenants

·         La rhéologie : analyse des propriétés mécaniques et circulatoires du sang.

Des variations anormales de ces propriétés peuvent être à l’origine de diverses pathologies.

 

Remarque : on n’étudiera pas les inter réactions biologiques entre les cellules sanguines et les cellules tapissant les vaisseaux.

Zones d’échange

On distingue les zones de conduction et d’échanges dans le système cardio circulatoire.

Zones de conduction

Ex : cœur et artères

La pression y est forte, le débit important.

Le seul aspect envisagé est le transport de sang, qui nécessite certaines conditions mécaniques.

Zones d’échange

Les échanges concernent les gaz et certaines substances.

Ex :

·         Tissus périphériques : diffusion d’une partie du sang dans les tissus (entrée / sortie)

·         Rein

·         Poumon : apport d’O₂, retrait de CO₂

Ces zones d’échanges représentent une fraction réduite de l’appareil cardio circulatoire en terme de volume mais très élevée en terme de surface.

rôle des différences de pression et de concentration

Le passage de CO₂ et O₂ ne dépend que des différences de pression de part et d’autre de la paroi.

 

Remarque : dans le cas des poumons :

                D’un coté CO₂ et O₂ sont sous forme gazeuse

                De l’autre, dissous puis sous une forme indéterminée dans le sang.

Organisation générale

Système de convection forcée

Grandeurs significatives :

On note

                 Q : volume liquidien

                 V : volume gazeux

                 : débit

                P : pression

Schéma de principe

2 cœurs, 1 poumon

Notion de sang artériel et veineux

Le sang qui revient des organes par le système veineux est chargé de CO₂.

Attention :

les artères pulmonaires contiennent du sang veineux (riche en CO₂, pauvre en O₂)

les veines pulmonaires contiennent du sang artériel

La notation physiologique ne recouvre donc pas la notation anatomique.

En physiologie :  

·         Le sang veineux est toujours riche en CO₂ et  pauvre en O₂ : il va vers le poumon

·         Le sang artériel est toujours riche en O₂ et  pauvre en CO₂ : il sort du poumon.

 

On mesure les quantités de CO₂ et d’O₂ contenues dans le sang veineux et surtout le sang artériel.

La composition du sang artériel est une grandeur fondamentale en physiologie et en clinique cardiaque et pulmonaire : on étudie notamment [CO₂], [O₂], [H⁺]

Elle caractérise le fonctionnement du cœur, des poumons, et leurs interactions.

 

En réanimation c’est la composition du sang artériel qui permet de contrôler la physiologie du patient (réglage du respirateur).

Répartition des débits

On considère séparément les 2 pompes cardiaques

 

 

 

 

 

D’un point de vue hémodynamique les 2 cœurs sont en série. Les débits sont donc les mêmes au moins en moyenne.

Circulations nourricières et circulations fonctionnelles

Circulations nourricières

Ce sont des circulations locales dans certains organes ou tissus. Elles ont pour rôle :

·         L’apport des substances nécessaires au fonctionnement de l’organe (principalement O₂ et glucose)

·         Le retrait des déchets

 

Ex :          Circulation coronaire (système artériel irriguant le cœur)

                Circulation cérébrale

                Circulation musculaire

Circulations fonctionnelles

Leur but n’est pas de nourrir les organes. Elles participent aux échanges.

Circulation rénale

Rôle : échange de

·         Eau

·         Electrolytes

·         Substances  diverses

Circulation hepato splanchnique

Rôle : récupérer ce qui est passé à travers le tube digestif

Circulation cutanée

Rôle majeur : thermorégulation

Le débit est réglé en fonction des échanges thermiques entre le milieu intérieur et le milieu extérieur

 

Cette circulation n’est pas toujours en fonction : il existe une plage de température ou les échanges thermiques sont quasi nuls.

Circulation foeto placentaire

Rôle : fournir au fœtus les substances dont il a besoin

 

 

 

Les circulations nourricières du cœur et du cerveau sont prioritaires.

Contrairement aux circulations fonctionnelles dont on peut se passer un certain temps, les circulations nourricières sont toujours nécessaires.

 

Ex :          déficience de la circulation coronaire à infarctus

                déficience de la circulation nourricière du cerveau à coma

                déficience de la circulation nourricière des muscles à arrêt impératif de l’exercice.

 

Tous les organes n’ont pas un fonctionnement équivalent. Il est nécessaire que des systèmes de réglage modulent le débit relatif vers chacune des circulations en fonction de l’état physiologique.

 

Ex :          Saignement

                à Baisse du  volume sanguin

                à Activité cardiaque plus difficile

                à Baisse du débit

 

Le système de régulation donne la priorité aux circulations coronaire et cérébrale. Il peut stopper certaines circulations fonctionnelles, comme la circulation rénale(non prioritaire). Si c’est pendant un certain temps il y a  insuffisance rénale.

Si on stoppe l’hémorragie, les circulations fonctionnelles se remettent en place.

 

Remarque : En cas de dysfonctionnement, la composition du milieu intérieur varie.

Débits locaux

On note  le débit principal et q_i les débits locaux. Ceux ci sont différents et variables. Ils sont nécessaires à l’analyse d’une situation pathologique.

Pourcentages des débits locaux

                Coronaire (q_c)                                      3 %

                Cérébrale  (q_cer)                                   14 %

                Musculaire au repos  (q_m)                 15 %

                Hepato splanchnique (q_H-S)              6 %

                Rénale  (q_r)                                           21 %

                Cutanée (q_cut)                                       6 %

                Os                                                          5 %

                Autres                                                  8 %

 

Les autres circulations sont les circulations nourricières de certains organes possédant une circulation fonctionnelle. Les deux circulations sont anatomiquement distinctes mais la première est faible devant la seconde.

Ex : rein

·         Circulation fonctionnelle :         21 % de

·         Circulation nourricière :             1 % de

Application : effort musculaire

Augmentation de l’activité musculaire  Þ augmentation de q_m en %

Augmentation de l’activité cardiaque Þ augmentation de q_c

Production de chaleur : nécessité de thermoréguler Þ augmentation de q_cut (particulièrement si il fait chaud)

Si en plus on digère pendant l’effort Þ  augmentation de q_H-S

Þ augmentation de

Le système cardio circulatoire ne peut pas assumer l’augmentation de  au delà d’une certaine limite.

Il faut faire un choix entre

                Arrêter l’effort

                Arrêter la thermorégulation

                Arrêter la digestion éventuelle

Dans certaines conditions la température meut aller jusqu'à 38, 39 voir 40 °C. Un mécanisme de régulation interne la laisse monter dans la limite du raisonnable pour ne pas utiliser trop de sang en thermorégulation.

 

Dans beaucoup de situations il faut faire un choix semblable. Il est important de comprendre comment le système effectue ces choix en fonction du contexte.

 

Ex :          en cas d’hémorragie, les fonctions du rein sont déficientes (insuffisance rénale : cf. ci dessus)

On peut donner un médicament qui augmente q_r mais cette augmentation se fait au détriment de q_c ce qui peut entraîner la mort.

Circulation pulmonaire et circulation systemique

On parle également de petite et grande circulations

La petite circulation va de l’entrée du VD jusqu'a la sortie de l’OG.

La grande circulation va de l’entrée du VG jusqu'a la sortie de l’OD.

Ces deux circulations sont en série. Le débit  y est donc le même.

 

 

 

 

Les capillaires systémiques font partie de différents organes.

L’activité de l’organe détermine

Le débit sanguin

La composition en O₂ et CO₂ du sang veineux

Les sangs veineux des veines systémiques ont des compositions différentes. Ils se mélangent dans le VD. On parle de sang veineux mêlé. Sa composition en O₂ et CO₂ est la moyenne des compositions des sangs veineux en provenance des organes pondérées par les débits correspondants.

C’est le sang veineux mêlé qui est représentatif du fonctionnement global de l’organisme (activité métabolique moyenne). En clinique, “sang veineux” signifie “ sang veineux mêlé”.

 

Par contre, la composition du sang artériel est identique dans toutes les artères. En effet il n’y a pas d’activité métabolique de la sortie du poumon jusqu'aux artérioles. Le sang artériel ne participe à aucun type d’échange. Sa composition ne varie donc pratiquement pas.

On parle de système de conduction : sa seule fonction est d’amener le sang jusqu'aux capillaires.

clinique

En clinique, on prélève du sang artériel par les artères périphériques, plus faciles d’accès. 

Pour prélever du sang veineux, il faut accéder à l’artère pulmonaire. (cf. ci dessous)

 

Mesure de : il faudrait pouvoir se placer dans l’aorte. Or il est impossible de piquer directement. On évite également de piquer dans une artère périphérique pour remonter ensuite à cause du risque de saignement.

On introduit un cathéter dans  une veine périphérique, puis on remonte et on passe à travers le cœur droit. On peut ainsi se placer dans l’artère pulmonaire, ce qui permet (avec un appareillage adapté)

                De mesurer

                De mesurer P

                De prélever du sang veineux mêlé.

Le cathétérisme de l’artère pulmonaire est fondamental en réanimation (suivi hémodynamique)

Système resistif et système capacitif

Système resistif

Les deux cœurs assurent le même débit. Mais le VG transmet beaucoup plus d’énergie au sang que le VD. La pression dans l’aorte est plus élevée que dans l’artère pulmonaire.

En effet le VG doit propulser le sang jusqu’aux artérioles, qui présentent une résistance considérable.

Analogie électrique :

                Pression =             tension

                Débit =                  intensité

                Cœur =                   générateur

                Capillaires =          résistance

A l’entrée de chaque organe, on peut considérer qu’il existe un « robinet » pratiquement fermé à l’état normal. Pour augmenter le débit dans un organe le système de régulation ouvre ce robinet : la résistance diminue et le

débit augmente.

Le système resistif va donc du VG jusqu'aux artérioles. Il se caractérise par

                Une résistance importante

                Un débit constant

                Une pression forte à l’entrée           

 

Le système resistif est commandé de façon active (i.e. qui nécessite de l’énergie). par l’ouverture des artérioles. L’énergie est fournie par le VG.

Système capacitif

A l’opposé, le reste du système est dit capacitif.

En effet les artères pulmonaires opposent une résistance faible au passage du sang. La pression à la sortie du cœur droit est donc plus faible.

En outre les veines sont capables de changer de volume : on parle de système compliant.

 

Le système capacitif est commandé de façon passive (pas de consommation d’énergie) par la variation du volume Q.

 

En raison de la différence entre ces deux modes de fonctionnement il est nécessaire que le rôle, les propriétés anatomiques, les structures physiques et le métabolisme des deux ventricules soient également différents.