physiologie de la circulation 1
24-12-2008, 11:12 AM
I/ Introduction
A\ Rôle de la circulation sanguine
La circulation a pour but d'apporter de l'oxygène, des combustibles métaboliques, des vitamines et des hormones, et de la chaleur à chaque cellule vivante de l'organisme ; elle a aussi pour but d'enlever les produits terminaux du métabolisme et de la chaleur de chaque cellule.
Le sang a donc une fonction respiratoire qui permet le transport d'oxygène des poumons aux tissus et du CO2 des cellules aux poumons.
Une fonction nutritive qui permet le transport de nutriments du tube digestif aux tissus.
Un rôle excrétoire qui permet d'éliminer les déchets des cellules aux organes qui les excrètent (rein, foie).
Un rôle dans le maintien de la teneur en eau des tissus: bien que le sang reste dans le système vasculaire, il y a un échange continuel de fluide à travers les parois vasculaires. Le fluide qui a quitté les vaisseaux et se trouve en contact direct avec les cellules tissulaires s'appelle fluide interstitiel. Il ressemble le plasma sanguin en composition (et il est identique à la lymphe).
Une fonction dans la régulation de la température corporelle: le plasma contient 90- 95 % d'eau. Cette eau a 3 caractéristiques qui sont d'une grande importance dans la régulation thermique:
- chaleur spécifique: nombre de calories nécessaires pour élever la température d'1 gramme d'une substance d'1.25°C. La chaleur spécifique de l'eau est très élevée, ce qui permet aux tissus d'emmagasiner plus de chaleur et les variations soudaines de températures sont évitées. (L'être humain produit environ 3000 kcal/j, et s'il n'y a pas le bénéfice de la chaleur spécifique de l'eau, la T° corporelle augmentera de 100 à 150°C (on n'aurait plus un organisme vivant mais une centrale thermique!).
- conductivité thermique de l'eau est très élevée. Ce qui permet à la chaleur produite dans les tissus profonds de se dissiper facilement à la surface du corps.
- chaleur latente d'évaporation : très élevée. Un cm3 d'eau exige environ 0.6 kcal pour sa vaporisation. Ainsi, de grandes quantités de chaleur sont perdues quand l'eau est évaporée à partir de la peau ou du système respiratoire de l'animal.
La mobilité du sang ajoute un facteur supplémentaire. Il peut être amené très rapidement des profondes régions du corps à la superficie pour dissiper la chaleur.
Enfin, le sang joue un rôle dans la protection et la régulation. Il contient des antitoxines, des lysines et des anticorps et il transporte les hormones.
Par conséquent, les systèmes de contrôle circulatoire ont pour devoir de fournir à chaque organe suffisamment de sang pour satisfaire les besoins nutritionnels intrinsèques des tissus et supporte donc les fonctions spéciales des organes.
En plus, ils doivent garantir un débit adéquat aux organes critiques, même si c'est au dépends des autres, en cas de crise circulatoire. Le cœur et le cerveau sont des exemples de ces organes critiques (nobles), parce que leurs fonctions sont essentielles à la survie et leurs altérations sous les conditions anaérobiques sont irréversibles.
Il faut noter que chez les poissons à respiration strictement branchiale, le sang va du cœur aux branchies, puis aux organes et enfin, retourne au cœur. Le cœur n’a que du sang désoxygéné. Certains poissons, Dipneuste, présentent l’apparition d’un poumon. Ils respirent à la surface (quand l’eau comporte très peu d’oxygène). Au niveau du cœur, il va y avoir séparation des deux types de circulation.
B\ Compartiments liquidiens
L’eau est répartie dans l'organisme dans plusieurs compartiments : le compartiment intracellulaire et le compartiment extracellulaire (50%). Le liquide interstitiel, qui baigne les cellules, est composé d'environ 10,5 litres. Il joue un rôle dans l’homéostasie. Le plasma sanguin ne comprend qu'à peu près 3,5 litres.
La circulation sanguine ne représente qu’une faible proportion des liquides corporels. Pour être efficace, elle a une vitesse importante. Le débit cardiaque est de 5 litres par minute.
ii/ debit cardiaque et besoins en oxygène des tissus
La plupart des réactions métaboliques nécessitent un apport d'oxygène. Comme la dégradation oxydative des molécules est la source principale d’énergie pour l’organisme, le taux métabolique peut être exprimé en termes de consommation d’O2. Le taux métabolique basal, d’un être humain adulte (au repos) est de l’ordre de 250 ml d’O2/ min, Ce taux métabolique varie dans les différents organes du corps.
Certains tissus, comme ceux du rein, du foie, et du cerveau sont beaucoup plus actifs au point de vue métabolique par unité de poids de tissu que d'autres tels que la peau et l'os (la consommation d'oxygène pour les premiers est 2.2 ; 2.0 ; et 1.3 ml O2 /g/hr ; elle est de 0.2 et 0.03pour les derniers). Nous devrions par conséquent nous attendre à ce que ces tissus soient beaucoup plus vascularisés avec un plus grand débit sanguin par gramme de tissu.
Les estimations de la consommation d'O2 et du débit sanguin dans les circulations régionales principales d'un sujet normal à l'état basal témoignent d'une grande disparité entre les organes.
Répartition du débit cardiaque : 5000 ml/min
Le pourcentage du débit cardiaque total qui va vers les différents organes est présenté comme suit : Reins : 25% ; foie : 15% ; viscères : 10% ; cerveau : 15% ; coronaires : 10% ; peau : 10% ; muscles : 15%.
Une méthode pratique pour se rappeler de ces valeurs est que le quart du débit cardiaque va vers chaque catégorie de cellules des reins, foie plus viscères, cerveau plus coronaires, et peau plus muscle.
Si on compare ce débit cardiaque aux besoins d'oxygène : 250 ml/min, on trouve :
Muscles : 40% ; Foie : 15% ; Cerveau : 10% ; Cœur : 10% ; Reins : 10% ;
Autres viscères : 10% ; Peau : 5%.
(Il faut noter que seulement 25% du contenu d'O2 du sang artériel atteignant les cellules est utilisé, le sang veineux contient encore 75% de la teneur en O2 du sang artériel comme est montré en comparant le débit sanguin total et la consommation d'O2 totale. Chaque volume sanguin de 100 ml transporte environ 20 ml d'O2 ; ainsi un débit cardiaque de 5000 ml par minute transporte 1000 ml d'O2, dont 25% seulement sont utilisés, cad, 250 ml/min. Ceci est décrit par la formule :
Rapport d'extraction = (art O2 - vein O2) / art O2.
DC = (consommation d'O2 /min) / (Art O2 - Vein O2).
Cependant, quand nous multiplions les valeurs de consommation d'O2 par les poids relatifs des différents tissus dans tous l'organisme (ex : muscles forment plus de 50% du poids total du chien et de l'homme), nous obtenons un ordre de grandeur différent dans le pourcentage de la consommation totale d'O2 nécessaire pour les différents organes (B). A peu près la moitié, chez le chien est demandée par le muscle.
En comparant les deux diagrammes, du point de vue des besoins en O2 seulement, certains organes sont soit sur (hyper) soit sous perfusés.
On distingue deux cas extrêmes :
* le premier cas est celui de la peau et du rein qui sont relativement sur perfusés. L'extraction d'O2, dans ce cas, est très faible ce qui traduit le fait que le débit de sang est très excessif par rapport aux besoins métaboliques (le débit sanguin est deux fois celui exigé pour la consommation d’O2). Le débit sanguin élevé de ces organes est utilisé pour d’autres fonctions que la fonction métabolique (débit important pour permettre à la peau de jouer son rôle d’échangeur thermique, donc régulation de la température et au rein son rôle dans la formation de l’urine, donc élimination de déchets).
* le deuxième cas est celui de la circulation coronaire : dans ce cas l'extraction de l'O2 est quasi complète. Par conséquent, la seule possibilité pour faire face à l'augmentation du métabolisme aérobie est l'accroissement du débit coronaire ; (il est d'ailleurs intéressant de remarquer à ce sujet que la circulation coronaire ne répond pas par la vasoconstriction mais plutôt par la VD à la stimulation sympathique, corollaire constant de l'exercice physique qui est la cause la plus courante de l'augmentation des besoins en O2 du myocarde).
Entre ces extrêmes, les autres circulations forment un groupe moins homogène comportant le cerveau et les muscles. L'activité métabolique du premier est pratiquement constante ; le fait que l'extraction d'O2 du cerveau soit relativement faible est un facteur de sécurité en cas de réduction du débit. Par contre l'activité métabolique des muscles est essentiellement variable. En cas de besoin elle peut être maintenue malgré la réduction du débit grâce à l'accroissement de l'extraction d'O2 ; inversement l'augmentation considérable du métabolisme aérobie liée à l'exercice physique est permise par le double mécanisme de l'augmentation du débit et de l'accroissement de l'extraction d’O2.
Ainsi, on peut noter qu'il y a des différences considérables entre la distribution du débit sanguin et les besoins d'O2 estimés.
A\ Rôle de la circulation sanguine
La circulation a pour but d'apporter de l'oxygène, des combustibles métaboliques, des vitamines et des hormones, et de la chaleur à chaque cellule vivante de l'organisme ; elle a aussi pour but d'enlever les produits terminaux du métabolisme et de la chaleur de chaque cellule.
Le sang a donc une fonction respiratoire qui permet le transport d'oxygène des poumons aux tissus et du CO2 des cellules aux poumons.
Une fonction nutritive qui permet le transport de nutriments du tube digestif aux tissus.
Un rôle excrétoire qui permet d'éliminer les déchets des cellules aux organes qui les excrètent (rein, foie).
Un rôle dans le maintien de la teneur en eau des tissus: bien que le sang reste dans le système vasculaire, il y a un échange continuel de fluide à travers les parois vasculaires. Le fluide qui a quitté les vaisseaux et se trouve en contact direct avec les cellules tissulaires s'appelle fluide interstitiel. Il ressemble le plasma sanguin en composition (et il est identique à la lymphe).
Une fonction dans la régulation de la température corporelle: le plasma contient 90- 95 % d'eau. Cette eau a 3 caractéristiques qui sont d'une grande importance dans la régulation thermique:
- chaleur spécifique: nombre de calories nécessaires pour élever la température d'1 gramme d'une substance d'1.25°C. La chaleur spécifique de l'eau est très élevée, ce qui permet aux tissus d'emmagasiner plus de chaleur et les variations soudaines de températures sont évitées. (L'être humain produit environ 3000 kcal/j, et s'il n'y a pas le bénéfice de la chaleur spécifique de l'eau, la T° corporelle augmentera de 100 à 150°C (on n'aurait plus un organisme vivant mais une centrale thermique!).
- conductivité thermique de l'eau est très élevée. Ce qui permet à la chaleur produite dans les tissus profonds de se dissiper facilement à la surface du corps.
- chaleur latente d'évaporation : très élevée. Un cm3 d'eau exige environ 0.6 kcal pour sa vaporisation. Ainsi, de grandes quantités de chaleur sont perdues quand l'eau est évaporée à partir de la peau ou du système respiratoire de l'animal.
La mobilité du sang ajoute un facteur supplémentaire. Il peut être amené très rapidement des profondes régions du corps à la superficie pour dissiper la chaleur.
Enfin, le sang joue un rôle dans la protection et la régulation. Il contient des antitoxines, des lysines et des anticorps et il transporte les hormones.
Par conséquent, les systèmes de contrôle circulatoire ont pour devoir de fournir à chaque organe suffisamment de sang pour satisfaire les besoins nutritionnels intrinsèques des tissus et supporte donc les fonctions spéciales des organes.
En plus, ils doivent garantir un débit adéquat aux organes critiques, même si c'est au dépends des autres, en cas de crise circulatoire. Le cœur et le cerveau sont des exemples de ces organes critiques (nobles), parce que leurs fonctions sont essentielles à la survie et leurs altérations sous les conditions anaérobiques sont irréversibles.
Il faut noter que chez les poissons à respiration strictement branchiale, le sang va du cœur aux branchies, puis aux organes et enfin, retourne au cœur. Le cœur n’a que du sang désoxygéné. Certains poissons, Dipneuste, présentent l’apparition d’un poumon. Ils respirent à la surface (quand l’eau comporte très peu d’oxygène). Au niveau du cœur, il va y avoir séparation des deux types de circulation.
B\ Compartiments liquidiens
L’eau est répartie dans l'organisme dans plusieurs compartiments : le compartiment intracellulaire et le compartiment extracellulaire (50%). Le liquide interstitiel, qui baigne les cellules, est composé d'environ 10,5 litres. Il joue un rôle dans l’homéostasie. Le plasma sanguin ne comprend qu'à peu près 3,5 litres.
La circulation sanguine ne représente qu’une faible proportion des liquides corporels. Pour être efficace, elle a une vitesse importante. Le débit cardiaque est de 5 litres par minute.
ii/ debit cardiaque et besoins en oxygène des tissus
La plupart des réactions métaboliques nécessitent un apport d'oxygène. Comme la dégradation oxydative des molécules est la source principale d’énergie pour l’organisme, le taux métabolique peut être exprimé en termes de consommation d’O2. Le taux métabolique basal, d’un être humain adulte (au repos) est de l’ordre de 250 ml d’O2/ min, Ce taux métabolique varie dans les différents organes du corps.
Certains tissus, comme ceux du rein, du foie, et du cerveau sont beaucoup plus actifs au point de vue métabolique par unité de poids de tissu que d'autres tels que la peau et l'os (la consommation d'oxygène pour les premiers est 2.2 ; 2.0 ; et 1.3 ml O2 /g/hr ; elle est de 0.2 et 0.03pour les derniers). Nous devrions par conséquent nous attendre à ce que ces tissus soient beaucoup plus vascularisés avec un plus grand débit sanguin par gramme de tissu.
Les estimations de la consommation d'O2 et du débit sanguin dans les circulations régionales principales d'un sujet normal à l'état basal témoignent d'une grande disparité entre les organes.
Répartition du débit cardiaque : 5000 ml/min
Le pourcentage du débit cardiaque total qui va vers les différents organes est présenté comme suit : Reins : 25% ; foie : 15% ; viscères : 10% ; cerveau : 15% ; coronaires : 10% ; peau : 10% ; muscles : 15%.
Une méthode pratique pour se rappeler de ces valeurs est que le quart du débit cardiaque va vers chaque catégorie de cellules des reins, foie plus viscères, cerveau plus coronaires, et peau plus muscle.
Si on compare ce débit cardiaque aux besoins d'oxygène : 250 ml/min, on trouve :
Muscles : 40% ; Foie : 15% ; Cerveau : 10% ; Cœur : 10% ; Reins : 10% ;
Autres viscères : 10% ; Peau : 5%.
(Il faut noter que seulement 25% du contenu d'O2 du sang artériel atteignant les cellules est utilisé, le sang veineux contient encore 75% de la teneur en O2 du sang artériel comme est montré en comparant le débit sanguin total et la consommation d'O2 totale. Chaque volume sanguin de 100 ml transporte environ 20 ml d'O2 ; ainsi un débit cardiaque de 5000 ml par minute transporte 1000 ml d'O2, dont 25% seulement sont utilisés, cad, 250 ml/min. Ceci est décrit par la formule :
Rapport d'extraction = (art O2 - vein O2) / art O2.
DC = (consommation d'O2 /min) / (Art O2 - Vein O2).
Cependant, quand nous multiplions les valeurs de consommation d'O2 par les poids relatifs des différents tissus dans tous l'organisme (ex : muscles forment plus de 50% du poids total du chien et de l'homme), nous obtenons un ordre de grandeur différent dans le pourcentage de la consommation totale d'O2 nécessaire pour les différents organes (B). A peu près la moitié, chez le chien est demandée par le muscle.
En comparant les deux diagrammes, du point de vue des besoins en O2 seulement, certains organes sont soit sur (hyper) soit sous perfusés.
On distingue deux cas extrêmes :
* le premier cas est celui de la peau et du rein qui sont relativement sur perfusés. L'extraction d'O2, dans ce cas, est très faible ce qui traduit le fait que le débit de sang est très excessif par rapport aux besoins métaboliques (le débit sanguin est deux fois celui exigé pour la consommation d’O2). Le débit sanguin élevé de ces organes est utilisé pour d’autres fonctions que la fonction métabolique (débit important pour permettre à la peau de jouer son rôle d’échangeur thermique, donc régulation de la température et au rein son rôle dans la formation de l’urine, donc élimination de déchets).
* le deuxième cas est celui de la circulation coronaire : dans ce cas l'extraction de l'O2 est quasi complète. Par conséquent, la seule possibilité pour faire face à l'augmentation du métabolisme aérobie est l'accroissement du débit coronaire ; (il est d'ailleurs intéressant de remarquer à ce sujet que la circulation coronaire ne répond pas par la vasoconstriction mais plutôt par la VD à la stimulation sympathique, corollaire constant de l'exercice physique qui est la cause la plus courante de l'augmentation des besoins en O2 du myocarde).
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