Post on 04-Apr-2015
BIOPHYSIQUE DE LA CIRCULATIONMécanique des fluides
Hémodynamique
Biophysique cardiaque
I - HEMODYNAMIQUE INTRA-CARDIAQUE1 - Principe de fonctionnement2 - Courbes pression-volume du ventricule3 - Courbes pression-temps4 - Méthodes d'etude de l'hemodynamique cardiaque
II - TRAVAIL CARDIAQUEIII - DETERMINANTS BIOPHYSIQUES DE LA PERFORMANCE VENTRICULAIRE
1 - Contractilité et compliance myocardiques2 - Précharge (loi de Starling)3 - Postcharge4 - Fréquence
PressionkPa
13
2,6
Ventricule droit
Poumons
Ventricule gaucheCirc. systémique
Remarque: système pulsatile amorti par l’élasticité des vaisseaux
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)
I- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Chaque pompe :
1 Chambre d'admission (basse pression)
Pré charge
1
Post charge
2
2 Valve d'admission (tricuspide, mitrale)
3
3 Ventricule (droit, gauche)
4
4 Valve d'éjection (pulmonaire, aortique)
2 - COURBE PRESSION-VOLUME P
ost
char
geP
ré c
har
ge
P
VTS VTD Volume ventriculaire
FA
OE
contraction isovolumétriqueFE
éjection
OA
relaxation isovolumétrique
remplissage diastolique
Sys
tole
Dia
stol
eVolume Télé Diastolique – Volume Télésystolique = Volume d’Éjection Systolique (VES)
3 - COURBES PRESSION-TEMPS
Ventricule gauche
Oreillette gauche
Aorte
P (kPa)14
12
10
8
6
4
2
0VTS VTD Vol Temps
FA
OE
FA
OE
FEFE
OA
OA
Systole1/3
Diastole2/3
Pré
ch
arge
Pos
t ch
arge
4 - METHODES D'ETUDE DE L'HEMODYNAMIQUE CARDIAQUE
4.1- Auscultation
Oreillette gauche
Aorte
FA
FE
4.1.1- Physiologie : Les bruits normaux du coeurcorrespondent aux FERMETURESdes valves
d'admission (tricuspide, mitrale) = premier bruit "TOUM"
d'éjection (pulmonaire, aortique) = deuxième bruit "TA"
TOUM TA ….1 2
SystolePetit
silence
Diastole Grand silence
Séquence : TOUM - systole (« petit silence ») – TA – diastole (« grand silence » …
PathologiqueTurbulent
Souffle
4.1.2- Pathologie : les souffles cardiaques = écoulements turbulents anormaux.
Rétrécissement
Fuite Fuite
Rétrécissement
Systole: entre 1er et 2ème bruit Diastole: entre 2ème et 1er bruit
NormalLaminaire
Silence
4.2- Mesure des pressions intracardiaques :
Cathétérisme et montée de sondes manométriques : courbes pression-temps
4.3- Mesure des volumes
Volumes instantanés : VTS et VTD
Cathétérisme + injection de produit de contraste + clichés radioEchocardiographieMesure des axes et calcul des volumes (avec hypothèse géométrique)
Courbe volume - temps
Médecine nucléaire: marquage radioactif des globules rougesMesure de la radioactivité au cours du temps (d’une contraction)
Radioactivité mesurée (RA)
Temps
RA*TD
RA*TS
RA = Vol x Concentration Radioactive (C)
VTDxC - VTSxCVTDxC
RA*TD – RA*TSRA*TD =
VTD - VTSVTD
= = FE
Fraction d’Éjection (FE) = VTD - VTSVTD
VESVTD= Normale = 60%
Systole
1/3
Diastole
2/3
PressionkPa
13
2,6
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).
Ventricule droit
Poumons
Ventricule gaucheCirc. systémique
II TRAVAIL CARDIAQUE
Donc le cœur doit fournir un travail mécanique pour compenser cette perte de charge
II TRAVAIL CARDIAQUE
P (kPa)14
12
10
8
6
4
2
0 Pré
ch
arge
Pos
t ch
arge
VTS VTD Volume
WM = Ep = P V pour une contrcation
Quelles valeurs de P et de V ?
PdVWM =
Mais WM est accompagné d'un travail de mise en tension du myocarde
2 - Travail de mise en tension du muscle cardiaque
TdtWT= = coef de proportionalitéT = tension pariétale du ventriculeT = 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
3 - Travail total et rendement
Travail total T = WM + WT = PdV + TdtRendement =
WM
WM + WT= 5%
Application : la technique de ventriculectomie partielle pour traiter l’insuffisance cardiaque par dilatation du VG.
r1=6cm1
r2=4cm2
Tdt
Situation 1 : T1 P = T
rSoit une pression donnée TdtWT1 =
Pour réduire T (à P constant) on r P = = 1r
1T
2r
2T
T2 = T1 = T1 = T1 1r
2r
6
43
2TdtWT =
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 myocardiques2- Précharge (loi de Starling)3- Postcharge4- Fréquence cardiaque
VES
1 - Contractilité et compliance myocardiques
1.1- Compliance ou relations pression-volume en diastole (pour le ventricule) :
P
PTD
VTD
Vol
Définit la façon dont le ventricule se laisse distendre passivement en diastole
Courbe de type:P(v) = a exp(k.v) + bAvec k= élastance = 1/compliance
Pour k’ > kCompliance’ <
kk’
VTD’
1.2- Contractilité ou relations pression-volume en fin de systole (pour le ventricule) :
P
Vol
VTS
Définit la relation pression-volume en fin de systole (résultat de la phase « active » de la contraction).
PTSCourbes de type:P(v) = c.v - dAvec c = contractilitéOn s’intéresse surtout au pointPTS = c.VTS - d
Pour c’ > cContractilité >
cc’
VTS’
1.3- Relations de la compliance et de la contractilité avec la boucle pression-volume
FE
OAFA
La compliance est responsable de la forme de la courbe P/V lors du remplissage diastolique
P
VTS VTD Vol
PTS
La contractilité définit le point FE: point (PTS,VTS) entre la phase d’éjection et celle de relaxation isovolumétrique.
1.4- Exemple pathologique: l’insuffisance ventriculaire gauche (IVG) = VES - Deux origines possibles.
contractilité: IVG systolique compliance : IVG diastolique
P P
VES (Car VTS2 > VTS1)
VES (Car VTD2 < VTD1)
2 - Précharge
FAPTD
P
Vol
PTD’ FA’
VES
P du retour veineux VTD suivant la complianceJusqu’à la pression de fermeture de la valve d’admission (PTD’).
VTD VES débit Mais WM aussi
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.
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
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
3 - Postcharge
Liée aux résistances à l'éjection du ventricule (Poiseuille P=RD)
P
VolVES
Postcharge VTS VES débit
WM et WT
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.
Conclusion : exemple de mise en jeu combinée de ces déterminants biophysiques:l'hypertension artérielle augmentation de la postchargeEffet initial :
P P
Vol Vol
VES VES =
Réaction: contractilité
Rétablissement des conditions hémodynamiques mais au prix d'une WM