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BIOPHYSIQUE DE LA CIRCULATION Mécanique des fluides Hémodynamique Biophysique cardiaque

BIOPHYSIQUE DE LA CIRCULATION Mécanique des fluides Hémodynamique Biophysique cardiaque I - HEMODYNAMIQUE INTRA-CARDIAQUE 1 - Principe de fonctionnement 2 - Courbes pression-volume du ventricule 3 - Courbes pression-temps 4 - Méthodes d'etude de l'hemodynamique cardiaque

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BIOPHYSIQUE DE LA CIRCULATION Mécanique des fluides Hémodynamique Biophysique cardiaque

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  1. BIOPHYSIQUE DE LA CIRCULATION Mécanique des fluides Hémodynamique Biophysique cardiaque I - HEMODYNAMIQUE INTRA-CARDIAQUE 1 - Principe de fonctionnement 2 - Courbes pression-volume du ventricule 3 - Courbes pression-temps 4 - Méthodes d'etude de l'hemodynamique cardiaque II - TRAVAIL CARDIAQUE III - DETERMINANTS BIOPHYSIQUES DE LA PERFORMANCE VENTRICULAIRE 1 - Contractilité et compliance myocardiques 2 - Précharge (loi de Starling) 3 - Postcharge 4 - Fréquence

  2. Pression kPa Ventricule gauche Circ. systémique 13 Ventricule droit Poumons 2,6 I- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT • 2 pompes en séries pour compenser la perte de charge entre le retour veineux (précharge) et le secteur artériel (postcharge). • précharge 1 kPa • postcharge systémique = 13 kPa (Aorte) • pulmonaire = 2,6 kPa (Artère pulmonaire) Remarque: système pulsatile amorti par l’élasticité des vaisseaux

  3. 2 Valve d'admission (tricuspide, mitrale) 3 Ventricule (droit, gauche) 4 Valve d'éjection (pulmonaire, aortique) Pré charge 1 4 2 3 Chaque pompe : 1 Chambre d'admission (basse pression) Post charge

  4.  contraction isovolumétrique  FE Systole OE  éjection  relaxation isovolumétrique Diastole    remplissage diastolique FA OA  2 - COURBE PRESSION-VOLUME P Post charge Pré charge VTS VTD Volume ventriculaire Volume Télé Diastolique – Volume Télésystolique = Volume d’Éjection Systolique (VES)

  5. FE FE OE OE   Systole 1/3 Diastole 2/3  FA FA OA OA 3 - COURBES PRESSION-TEMPS Ventricule gauche P (kPa)  14 12 10 8 6 4 2 0 Aorte Post charge    Pré charge Oreillette gauche VTS VTD Vol Temps

  6. Systole Petit silence Diastole Grand silence 2 1 TOUM TA …. 4 - METHODES D'ETUDE DE L'HEMODYNAMIQUE CARDIAQUE 4.1- Auscultation  FE Aorte 4.1.1- Physiologie : Les bruits normaux du coeur correspondent aux FERMETURES des valves d'admission (tricuspide, mitrale) = premier bruit "TOUM" d'éjection (pulmonaire, aortique) = deuxième bruit "TA"    FA Oreillette gauche Séquence : TOUM - systole (« petit silence ») – TA – diastole (« grand silence » …

  7. Diastole: entre 2ème et 1er bruit Systole: entre 1er et 2ème bruit Normal Laminaire Silence Pathologique Turbulent Souffle 4.1.2- Pathologie : les souffles cardiaques = écoulements turbulents anormaux. Rétrécissement Fuite Fuite Rétrécissement

  8. 4.3- Mesure des volumes Volumes instantanés : VTS et VTD Cathétérisme + injection de produit de contraste + clichés radio Echocardiographie Mesure des axes et calcul des volumes (avec hypothèse géométrique) Courbe volume - temps Médecine nucléaire: marquage radioactif des globules rouges Mesure de la radioactivité au cours du temps (d’une contraction) 4.2- Mesure des pressions intracardiaques : Cathétérisme et montée de sondes manométriques : courbes pression-temps

  9. RA*TS Systole Diastole 1/3 2/3 VTD - VTS VES Fraction d’Éjection (FE) = = Normale = 60% VTD VTD VTDxC - VTSxC RA*TD – RA*TS VTD - VTS = = FE = VTDxC RA*TD VTD Radioactivité mesurée (RA) RA*TD RA = Vol x Concentration Radioactive (C) Temps

  10. II TRAVAIL CARDIAQUE Sang = liquide visqueux → perte de charge. 2 pompes en séries pour compenser la perte de charge entre le retour veineux (précharge) et le secteur artériel (postcharge). Pression kPa Ventricule gauche Circ. systémique 13 Ventricule droit Poumons 2,6 Donc le cœur doit fournir un travail mécanique pour compenser cette perte de charge

  11. WM = II TRAVAIL CARDIAQUE P (kPa) WM = Ep = P V pour une contrcation Quelles valeurs de P et de V ? 14 12 10 8 6 4 2 0 Post charge Mais WM est accompagné d'un travail de mise en tension du myocarde Pré charge VTS VTD Volume

  12. WT=  3 - Travail total et rendement +  Travail total T = WM + WT = WM Rendement = = 5% WM + WT 2 - Travail de mise en tension du muscle cardiaque  = coef de proportionalité T = tension pariétale du ventricule T = temps Remarque : effet de la dilatation ventriculaire sur WT : loi de Laplace : P = T (1/r1 + 1/r2) dilatation ventriculaire  r1 et r2  de T pour maintenir un même P  WT

  13. Situation 1 : T1  Soit une pression donnée WT1 =   P = Pour réduire T (à P constant) on  r P = = WT =   T2 = T1 = T1 = T1  Application : la technique de ventriculectomie partielle pour traiter l’insuffisance cardiaque par dilatation du VG. r1=6cm 1  r2=4cm 2

  14. VES III - DETERMINANTS BIOPHYSIQUES DE LA PERFORMANCE VENTRICULAIRE Performance ventriculaire : capacité à assurer un débit circulatoire et des conditions de pression suffisants pour répondre aux besoins de l'organisme avec un rendement maximum. Le débit : D = VES x FC (FC = fréquence cardiaque) Les performances dépendent de 4 paramètres : 1- Contractilité et compliance myocardiques 2- Précharge (loi de Starling) 3- Postcharge 4- Fréquence cardiaque

  15. k’ k VTD’ 1 - Contractilité et compliance myocardiques • 1- Compliance ou relations pression-volume en diastole (pour le ventricule) : Définit la façon dont le ventricule se laisse distendre passivement en diastole P PTD Courbe de type: P(v) = a exp(k.v) + b Avec k= élastance = 1/compliance Pour k’ > k Compliance’ < Vol VTD

  16. c’ c VTS’ 1.2- Contractilité ou relations pression-volume en fin de systole (pour le ventricule) : P Définit la relation pression-volume en fin de systole (résultat de la phase « active » de la contraction). PTS Courbes de type: P(v) = c.v - d Avec c = contractilité On s’intéresse surtout au point PTS = c.VTS - d Vol Pour c’ > c Contractilité > VTS

  17. La contractilité définit le point FE: point (PTS,VTS) entre la phase d’éjection et celle de relaxation isovolumétrique. La compliance est responsable de la forme de la courbe P/V lors du remplissage diastolique 1.3- Relations de la compliance et de la contractilité avec la boucle pression-volume P PTS FE FA OA VTS VTD Vol

  18. VES  (Car VTD2 < VTD1) VES  (Car VTS2 > VTS1) 1.4- Exemple pathologique: l’insuffisance ventriculaire gauche (IVG) = VES  - Deux origines possibles.  compliance : IVG diastolique  contractilité: IVG systolique P P

  19. VES  FA’ PTD’ 2 - Précharge P P du retour veineux  VTD  suivant la compliance Jusqu’à la pression de fermeture de la valve d’admission (PTD’). VTD   VES   débit  Mais WM  aussi FA PTD Vol

  20. Loi de Starling : rappel VES = VTD - VTS VES VTD Le volume d'éjection en systole (VES) est une fonction directe de l'étirement des fibres myocardiques en diastole jusqu'à une distension maximale.

  21. Partie non linéaire (conséquence pathologique) : • Dans l'insuffisance ventriculaire gauche, à partir du point critique de la courbe, si le débit du VD augmente, le VES du VG ne peut pas augmenter autant et il y a engorgement entre les deux : l'oedème aigu du poumon VD Poumons VG Conséquences de la loi de Starling : • Partie linéaire (conséquence physiologique) : • La loi de Starling assure en permanence un débit identique entre les ventricules droits et gauches. débit VD  précharge VG  débit VG VD Poumons VG

  22. Postcharge  VTS  VES  débit  WM et WT VES  3 - Postcharge Liée aux résistances à l'éjection du ventricule (Poiseuille P=RD) P Vol

  23. 4 - Fréquence Agit directement et rapidement sur le débit : D = FC x VES Remarque : Plus il y a de contractions par unité de temps, plus il y a de consommation d'énergie (mécanique WM et de mise en tension WT) et moins bon est le rendement.

  24. Réaction:  contractilité VES = Conclusion : exemple de mise en jeu combinée de ces déterminants biophysiques: l'hypertension artérielle  augmentation de la postcharge Effet initial : P P Vol Vol VES  Rétablissement des conditions hémodynamiques mais au prix d'une  WM

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